CN110739537B - 高密度高集成度毫米波瓦式相控天线t/r组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，旨在提供一种性能可靠，易集成，低剖面的T/R组件设计方案。本发明通过下述方案予以实现：射频信号从T/R组件下腔底部公共端通过射频同轴连接器直接馈入，直接过渡到T型结，单芯片集成功率预放大、功分网络、幅相控制、串并转化、电源管理以及数字控制的功能，级联对应通道数量的GaAs功率放大器芯片构成多通道2.5维异构可扩展子阵单元，低频信号网络直接控制T/R组件的单芯片和GaAs功率放大器，实现多路信号的相位移相，幅度衰减，功率放大，经处理后的信号，通过共面波导到同轴转换的垂直互联结构送至T/R组件上端多层电路板的滤波功能层，滤波后的信号最后送至微带贴片天线，发射射频信号。

Description

高密度高集成度毫米波瓦式相控天线T/R组件

技术领域

本发明涉及毫米波收发共口径相控阵天线全双工工作时，一种高密度高集成度毫米波瓦式相控天线T/R组件（简称T组件）件实现技术。

背景技术

随着器件、工艺集成技术不断发展，以及探测、通信领域电子设备功能不断丰富，毫米波相控阵的应用日趋广泛。有源相控阵天线是一种常用的天线形式，作为有源相控阵天线的核心模块，每个通道集成功率放大、移相、衰减等功能。一个完整的T/R组件除射频放大、移相、衰减等功能外，一般还包括串并信号转换，电源管理等其它控制功能。可见，T/R组件是一个集成了多种信号多种功能的高密度高集成模块。由于毫米波有源相控阵天线系统的工作带宽约 1-2GHz，若采用常规的矩形波导驻波阵很难满足带宽要求，并且由于其波导宽度尺寸的限制，也不利于相控阵天线大角度相扫特性的实现。目前二维有源相控阵按照组装方式主要分为砖式和瓦式，砖式结构是芯片放置方向垂直于相控阵天线阵面孔径，电路采用纵向集成横向组装，由于纵向不受限于半波长可根据设计需求扩展，Z向尺寸大，因此，这种结构集成度较低，难以实现中大型阵列应用规模并保证TR组件长期可靠工作。而根据系统应用的要求和技术发展情况, 有源相控阵天线正朝着小型化、高性能、低成本等方面不断发展。若继续采用集成相对较低的“砖式”结构方式，有源相控阵天线很难实现小型化、轻重量设计。

瓦片式TR组件的特点是元器件放置方向平行于相控阵天线阵面孔径，面子阵电路采用横向集成纵向组装。这种结构优点在于可实现热沉与TR组件下腔体一体集成，并且热沉厚度方向就是天线纵向，其厚度可根据需求自由扩展，易于实现大规模阵列，非常适合于大功率应用。并且在降低TR组件成本、减小体积尺寸、减轻设备重量方面具有优势。但电路面积受限于半波长平方，无法扩展。单元尺寸受限于半波长不可扩展，集成密度要求非常高，电路设计难度大，必须提高T/R组件中核心器件的集成度，其中的关键技术在于以单芯片集成的方式代替传统的T/R芯片组，即首先完成每个T/R通道中各个功能电路的集成，在此基础上再将多个T/R通道以及馈电网络进行片上集成，这样可以大大减少T/R组件中芯片的数目，并且同时采用小型化、高性能高可靠射频垂直互联来适应瓦式的组装方式。当前微波及毫米波器件的制造工艺主要分为以CMOS或锗硅（SiGe）为代表的硅基半导体工艺和以砷化镓（或氮化镓）为代表的III-V族化合物半导体工艺两大类。砷化镓（或氮化镓）工艺器件的优势在于可以获得较大的输出功率和较低的噪声特性，另一方面，该工艺也存在集成度低、成本高、无法集成大规模数字电路、工艺一致性较差等问题。CMOS是一种基于硅衬底和标准制造流程的集成电路工艺，虽然在最大输出功率和噪声性能方面逊于砷化镓（GaAs）工艺，但具有集成度高、功耗低、成本低等优势，已成为制备大规模集成电路的主流工艺技术。基于CMOS工艺的高集成度片上系统（SOC）可以在同一芯片上集成模拟电路、数字电路和射频电路等具有不同功能的模块，但是无法输出较大的功率。而且CMOS芯片的输出功率最多20mw这样一个量级，并且效率很低。

微型毫米波连接器的快速发展也为毫米波板间互联提供了解决途径，微型毫米波连接器实现毫米波电路的板间垂直互联有如下3种：SSMP、WMP和Fuzz Button。SSMP和WMP互联结构实际需要两个安装在基板上的高频接头和双阴（KK）连接器实现，高频接头还需通过SMT工艺安装于基板表面，集成度较差，安装工艺复杂、大批量使用的成本较高。而FuzzButton作垂直互联接口，这种射频垂直互连使用简便，但实际需要1个适配在腔体内的FuzzButton与多层电路板的触点紧密结合实现，要求腔体加工精度和安装工艺高，但是有源相控阵天线的阵面规模一般成千上百，每一个通道用一个连接件，成本较高，并且FuzzButton对弹、机载工作环境适应性存在一定困难，长期可靠性很难保证。

根据应用的需求，当毫米波收发共口径相控阵天线全双工工作时，天线阵面采用共口径设计，为了使得功放PA发射时耦合到接收通道发射频点功率不饱和，在R组件前端增加一级滤波器，滤波器位于接收通道的最前级，因此在确保足够带外抑制的同时必须严格保证极低的损耗，才能尽量降低R组件的噪声系数。同时功放工作时耦合到接收通道中接收频点上的噪声功率不影响正常信号接收。在T/R组件末端增加滤波器，确保足够带外抑制的同时必须严格保证极低的损耗。通常的做法是在射频接口和天线之间，每个通道安装一个滤波器，采用纵向组装的方式，对于这种组装方式，导致T/R组件装配工序复杂，纵向尺寸大。

总的来说，传统的毫米波有源相控阵天线T/R组件多数采用每个发射阵元后端要依次连接功放芯片、移相器芯片等器件，器件数量多，随着频段的不断扩展，瓦式T/R组件在有限的半波长平方内，难以完成高密度集成T/R组件设计。而瓦式T/R组件的器件采用唯一一种毫米波器件制造工艺，难以同时满足集成密度、功能密度、射频性能以及可实现性的需求。此外，目前瓦式天线阵面、滤波层、T/R组件分离模块设计，难以实现低剖面设计，难以不采用射频射插件完成与天线连接。因此，如何进一步提高在有限单元面积内的集成度，如何在集成密度、功能密度、射频性能以及可实现性等多个方面获得了良好的平衡，如何实现T/R组件带天线滤波功能层一体化集成设计，如何实现T/R组件与天线之间工艺化、低成本连接，目前还没有确定的技术方案。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种工程实用性高，性能可靠，实现难度小，能够减少毫米波有源相控阵天线T/R组件芯片数量，降低相控阵天线T/R组件成本，解决毫米波收发共口径相控阵天线全双工工作时，可实现带有天线滤波功能层的高密度高集成度毫米波瓦式相控天线T/R组件实现集成技术。以解决现有技术集成度低、成本高，TR组件体积大，占用空间大的问题。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到。一种高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，包括：高密度高集成了滤波功能层7、垂直互联层8的上端多层电路板2和设置在该上端多层电路板2板面上的微带贴片天线1，以及分布于T/R组件下腔体5两侧的芯片组3，嵌套于T/R组件下腔体5腔体中的下端多层电路板4及其固定在底部的射频同轴连接器6，其特征在于：根据芯片分布位置关系，下端多层电路板4集成了对各芯片加电及状态控制的馈线网络、若干直流馈电焊盘和无源功分网络，并通过金丝将各馈电焊盘与芯片组3各芯片表面焊盘键合连接；GaAs功率放大器芯片10对应多通道多功能集成的单芯片9的通道数量级联构成哑铃形状的芯片组3，所构成的每个芯片组3集中平行镶嵌在下端多层电路板4平行分布的哑铃孔中，与T/R组件下腔体5腔底设置的同形哑铃凸台形成共形平面；对应连接微带贴片天线1的滤波功能层7通过按非等间距矩形栅格排的射频垂直互联接口，与设置于下端多层电路板4的垂直互联接口对接，通过同轴转共面波导的方式来实现垂直互联，下端多层电路板4上的共面波导11以三线金丝键合的方式连接芯片组3。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

本发明采用高密度高集成了滤波功能层7、垂直互联层8的上端多层电路板2和设置在该上端多层电路板2板面上的微带贴片天线1，以及嵌套于T/R组件下腔体5腔体中的下端多层电路板4及其固定在底部的射频同轴连接器6，将每个芯片组3集中平行镶嵌在下端多层电路板4平行分布的哑铃孔中，与T/R组件下腔体5腔体中设置的同形哑铃凸台形成共形平面；这样组成的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，实现难度小，减少毫米波有源相控阵天线T/R组件芯片数量，降低相控阵天线T/R组件成本，工程实用性高，性能可靠，克服了现有技术集成度低、成本高，TR组件体积大，占用空间大的问题。

本发明针对T/R组件采用瓦式架构在有限单元内面临布局困难，T/R组件采用的8通道多功能集成的单芯片9，单芯片集成功率预放大、功分网络、幅相控制、串并转化、电源管理以及数字控制的功能，实现了多路信号的相位移相，幅度衰减，功率放大。大幅度减少了芯片使用面积和简化外围电路设计，提高横向空间利用率，解决了Ka频段相控阵发射天线T/R组件在有限安装面积范围内要集成各种功能电路的技术难题。

同时外部与GaAs功率放大器10级联构成8通道2.5维异构可扩展子阵单元， 8通道多通道集成的单芯片9可以采用CMOS或锗硅SiGe制造工艺，8通道多通道集成单芯片9实现多路信号的相位移相、幅度衰减和功率预放大，放大后的射频信号送给GaAs功率放大器芯片10，弥补8通道CMOS多功能集成芯片输出能力不足的问题，保证每个通道的输出功率。两种工艺芯片的异构，发挥了CMOS或锗硅SiGe工艺的CORECHIP，具有集成度高、功耗低、低成本、多功能的特点和GaAs工艺的中功率放大器具有效率高的优点，通过充分发挥硅基半导体工艺强大的数模混合集成能力和化合物半导体工艺优异的射频性能，并将两类芯片在平面内直接异构拼装，使该技术在集成密度、功能密度、射频性能以及可实现性等多个方面获得了良好的平衡。

同时采用基于8通道多功能集成的单芯片9和GaAs功率放大器10的异构集成的8个单元，可作为8单元子阵在X方向以2λ的整数倍，Y方向以λ的整数倍扩展，实现了8通道可扩展子阵单元设计，从而保证子阵设计的灵活性。

同时，相较于传统全GaAs芯片方案架构，采用基于8通道多功能集成的单芯片9和GaAs功率放大器10的异构集成的瓦式TR组件，9个芯片实现了8通道发射的全功能，芯片数量缩减率＞50%，芯片面积缩减率＞50%，在组装方面，金丝数量缩减率＞50%，并且T/R组件实现了高性能、高智能、高集成度的设计。

本发明采用滤波功能层二维平面一体化集成结构，利用内埋嵌入式支节耦合滤波器技术和多层PCB复合技术，将滤波器内埋至与T/R组件芯片面平行的方向将各通道对应滤波器单元在X-Y平面内等间距周期性展开，构建出与瓦式横向集成纵向组装架构相匹配的滤波功能层7，将滤波功能层7横向集成以此替代了传统滤波器单通道分离纵向集成纵向组装的方式，并且再次利用多层复合板技术，将微带贴片天线1和滤波功能层7通过层间垂直互联，一体化集成设计。解决了收发信号相互串扰严重的问题，降低了T/R组件的Z向高度，简化了互连，降低成本。

本发明采用非接触式同轴转共面波导垂直互联结构，连接天线和滤波功能层对应的射频垂直互联接口分布于上端多层电路板2和下端多层电路板4，整个垂直互联结构完全采用多层PCB复合板制造工艺，非接触式同轴转共面波导垂直互联结构中的类同轴与微带贴片天线1和滤波功能层7同步且一体化集成实现，下端多层电路板4集成各芯片加电及状态控制的馈线网络、若干直流馈电焊盘和无源功分网络，同时也具有同轴转共面波导的功能，使一体化集成和过渡转接功能简单巧妙地融合在一起，由于互联结构全部由多层基板加工工艺同步完成，制造工艺兼容性好，成本低廉，无任何附加元件的集成装配误差，阵列排布使用或多批次使用互联性能都具有良好的一致性，实现了T/R组件与天线之间工艺化、低成本连接。

附图说明

图1是本发明的高密度高集成度毫米波瓦式T/R组件分解示意图。

图2是图1下端多层电路板4的俯视图。

图3是图1的仰视图。

图4是图1上端多层电路板的透视示意图。

图5是图1下端多层电路板4的三维构造示意图。

图中：1微带贴片天线，2上端多层电路板，3芯片组，4下端多层电路板，5 T/R组件下腔体，6射频同轴连接器，7滤波功能层，8垂直互联层，9 多通道多功能集成的单芯片，10GaAs功率放大器，11共面波导，12低频信号接口焊盘组。

具体实施方式

参阅图1-图2。在以下描述的实施例中，一种高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，包括：高密度高集成了滤波功能层7、垂直互联层8的上端多层电路板2和设置在该上端多层电路板2板面上的微带贴片天线1，以及分布于T/R组件下腔体5两侧的芯片组3，嵌套于T/R组件下腔体5腔体中的下端多层电路板4及其固定在底部的射频同轴连接器6。其中，上端多层电路板2包括分布在多层介质板顶层上按矩形栅格阵列分布的微带贴片天线1，所述微带贴片天线1穿过多层介质板往下连接于内埋的滤波器，通过带状线转同轴的形式将所述所述微带贴片天线（1）过渡到部分垂直互联结构。

根据芯片分布位置关系，下端多层电路板4集成了对各芯片加电及状态控制的馈线网络、若干直流馈电焊盘和无源功分网络，并通过金丝将各馈电焊盘与芯片组3各芯片表面焊盘键合连接；GaAs功率放大器芯片10对应多通道多功能集成的单芯片9的通道数量级联构成哑铃形状的芯片组3，所构成的每个芯片组3集中平行镶嵌在下端多层电路板4平行分布的哑铃孔中，与T/R组件下腔体5腔底设置的同形哑铃凸台形成共形平面；对应连接微带贴片天线1的滤波功能层7通过按非等间距矩形栅格排的射频垂直互联接口，与设置于下端多层电路板4的垂直互联接口对接，通过同轴转共面波导的方式来实现垂直互联，下端多层电路板4上的共面波导11以三线金丝键合的方式连接芯片组3。

嵌套焊接于T/R组件下腔体5的下端多层电路板4，垂直互联接口位置与上端多层电路板2的垂直互联接口对应，上端多层电路板2外形侧壁金属化，紧贴于下端多层电路板4，下端多层电路板4和上端多层电路板2紧密接触，通过焊接上端多层电路板2侧壁和T/R组件下腔体5端面，固定整个T/R组件的结构，实现T/R组件下腔体5的气密封装。上、下端的多层电路板全部由多层基板加工工艺同步完成，实现了T/R组件与天线之间工艺化、低成本连接。

连接微带贴片天线1和滤波功能层7对应的射频垂直互联接口分布于上端多层电路板2和下端多层电路板4，通过同轴转共面波导的方式来实现，制作按照电路印刷工艺流程，无射频接插件连接器。

射频信号从T/R组件下腔体5底部公共端通过射频同轴连接器6直接馈入，通过金丝键合的方式直接过渡到T型结，信号一分为二，等功率平分后的信号直接馈入实现多通道多功能集成的单芯片9，该单芯片集成功率预放大、功分网络、幅相控制、串并转化、电源管理以及数字控制的功能，并且级联对应通道数量的GaAs功率放大器芯片10构成多通道异构可扩展子阵单元，加电和控制信号通过馈线网络中的低频信号接口焊盘组12输入低频信号网络，直接控制T/R组件的2个多通道多功能集成的单芯片9和16个GaAs功率放大器芯片10，实现多路信号的相位移相，幅度衰减，功率放大，经处理后的信号，通过共面波导到同轴转换的垂直互联结构送至T/R组件上端多层电路板2的滤波功能层7，滤波后的信号最后送至微带贴片天线1，发射射频信号。同时，T/R组件上端多层电路板2与T/R组件5下腔通过焊接的方式实现T/R组件的气密封装。

在可选实施例中，高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件采用了瓦式架构，也即毫米波输入输出接口与T/R组件芯片及电路所处平面呈垂直关系。上端多层电路板2采用多层复合PCB设计，集成天线阵面、滤波器单元、非接触垂直互联同轴转共面波导的带状线类同轴，微带贴面天线1分布在多层介质的上端多层电路板2顶层，按照工作频率半波长进行等间距栅格排列。连接于微带贴片天线1的馈电探针与内埋的嵌入支节耦合滤波器相连接，滤波器单元与T/R组件芯片面平行，并将各通道对应滤波器单元在X-Y平面内等间距周期性展开，滤波器单元通过带状线转类同轴过度到非接触式带状线类同轴转共面波导垂直互联结构接口，为了更好的利用空间，垂直互联接口按非等间距栅格排列布局，排列成4×4阵列。

以高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件工作在25GHz为例，高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件是按4×4通道规模进行集成设计的，该方案设计具有通道规模的可扩展性，可按4×4通道规模的整倍数进行扩展，如4×8阵列、8×8阵列、16×16等。

上述方案中，微带贴片天线1的辐射可以按4×4阵列单元规模，以工作频率的0.48～ 0.53波长为单元间距，按矩形栅格阵列布局，将滤波器单元内埋至与天线阵面、T/R组件芯片面分别平行的方向，将各通道对应滤波器单元在X-Y平面内等间距周期性展开；连接微带贴片天线1和滤波功能层7对应的射频垂直互联接口分布于上端多层电路板2和下端多层电路板4，射频垂直互联接口按非等间距矩形栅格排布。

上述方案中，高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件的单通道输出功率可以是100mw、200mw、或400mw。多通道多功能集成的单芯片9可基于Si或SiGe工艺实现，移相、衰减位数可以为6位，也可以是4位、5位或其它位数。

上述方案中，所用的多通道多功能集成的单芯片9可以是8通道多功能集成的单芯片，8通道多功能集成的单芯片9实现8路Ka频段射频信号的相位移相、幅度衰减和功率预防大。

上述方案中，所用的上、下端多层电路板材料可以是PCB基材、PTFE基材，或LCP基材，也可以是几种基材的组合使用，此外下端多层电路板材料还可以是LTCC基材。

T/R组件的单通道输出功率可以是单通道输出功率可以是100mw、200mw、或400mw。多通道多功能集成的单芯片9实现8路Ka频段射频信号的相位移相、幅度衰减和功率预防大。8通道多功能集成的单芯片可基于Si或SiGe工艺实现，移相、衰减位数可以为6位，也可以是4位、5位或其它位数。

多通道多功能集成的单芯片上9集成了把信号等分为8路的功分器，每一路通道集成了6位移相器、5位衰减器，片上集成的高速串行接口模块完成数据的串并转换。数字控制单元完成对串行幅相编码的解码，并分别控制8个发射通道的幅度和相位。8路信号经过各自独立的相位和幅度控制，产生不同相位和幅度的信号，再经过片上功率放大器放大后输出，驱动末级的GaAs功率放大器10，信号放大后经滤波输出给微带贴片天线1。

2个8通道多功能集成的单芯片9和16个GaAs功率放大器芯片10直接贴装于T/R组件下腔体5上。8通道多功能集成的单芯片9与对应通道数量GaAs功率放大器芯片10级联构成的芯片组3像“哑铃状”分布在T/R组件下腔体5腔底两个平行排列哑铃凸台的表面。多通道多功能集成的单芯片9和对应通道数量GaAs功率放大器10构成的异构集成8单元，可作为8单元子阵在X方向以2λ的整数倍，Y方向以λ的整数倍扩展，实现了8通道可扩展子阵单元设计，从而保证子阵设计的灵活性。而单芯片9集成了把信号等分为8路的功分器，每一路通道集成了6位移相器、5位衰减器，片上集成的高速串行接口模块完成数据的串并转换。多通道多功能集成的单芯片9中的数字控制单元完成对串行幅相编码的解码，并分别控制8个发射通道的幅度和相位。8路信号经过各自独立的相位和幅度控制，产生不同相位和幅度的信号，再经过片上功率放大器放大后输出，驱动末级的GaAs功率放大器10，通过充分发挥硅基半导体工艺强大的数模混合集成能力和化合物半导体工艺优异的射频性能，并将两类芯片在平面内直接异构拼装，使该技术在集成密度、功能密度、射频性能以及可实现性等多个方面获得了良好的平衡。同时这样设计大幅度减少了芯片使用面积和简化外围电路设计，提高横向空间利用率，从而解决空间受限的问题。

参阅图3。T/R组件下腔体5的底部制有装配射频同轴连接器6通向腔体的装配孔和围绕该装配孔周向四等分排列的螺钉孔。射频同轴连接器6与下端多层印制板4两侧上微带的互连方式是金丝键合。射频同轴连接器6作为T/R组件公共端射频垂直互联接口，两侧设有对称分布线阵排列的低频信号接口焊盘组12，信号从底部馈入后，通过微带-带状线-共面波导的转换到多通道多功能集成的单芯片9，实现输入信号的垂直互联过渡。

参阅图4。上端多层电路板2内埋矩阵排列分别对应多通道多功能集成的单芯片9与对应通道GaAs功率放大器组成各通道的滤波器单元，分别与微带贴片天线1、T/R组件芯片组3平行，在X-Y平面内等间距周期性展开，构建出与瓦式横向集成纵向组装架构相匹配的滤波功能层7，将滤波功能层7横向集成以此替代了传统滤波器单通道分离纵向集成纵向组装的方式，其中，滤波器单元为高容差性埋置型滤波器。

参阅图5。下端多层电路板4制有对称中心十字连接板的哑铃形通槽，板体两侧设有对应T/R组件下腔体5底部线阵排列的低频信号接口焊盘组12。由于所有芯片放置于T/R组件下腔体5的表面哑铃凸台上，对应下端多层电路板4哑铃形镂空通槽，芯片组3放置哑铃形凸台后的高度与装配于T/R组件下腔底部的哑铃形凸台的表面齐平。而此时下端多层电路板4镂空通槽嵌套的芯片组3与T/R组件下腔体5哑铃凸台平齐的位置有一个深坑，若用传统的微带方式连接芯片，会造成射频地的不完整性，驻波很差，为了避免射频地的不连续，芯片组3所有的射频接口和下端多层电路板4的射频接口，采用三线键合金丝的方式，与芯片射频接口连接，通过共面波导11转共面波导，弥补射频地的不连续性，实现射频信号的传输。

下端多层电路板4的底部的两侧对称集成外部电源及控制信号的低频信号接口焊盘组12，与之对应的T/R组件下腔体5进行让位开槽，低频信号接口焊盘组12作为T/R组件的外部电源及控制信号的馈入。

下端多层电路板4嵌套焊接于T/R组件下腔体5，T/R组件下腔体5开一个圆柱形阶梯台阶孔，焊接射频同轴连接器6作为T/R组件公共端射频垂直互联接口。根据芯片分布的位置，下端多层电路板4内部集成电源及控制线网络把电源及控制信号分发到正面的若干直流馈电焊盘；金丝键合连接多层电路板正面焊盘与芯片表面焊盘，实现对芯片组3的加电。从T/R组件下腔体5底部焊接穿上来的公共端射频同轴连接器6，与下端多层电路板4中心两侧的微带通过金丝键合的方式相连接，信号从底部馈入后，通过微带-带状线-共面波导的转换到-多通道多功能集成的单芯片9，实现输入信号的垂直互联过渡。

本发明特别参照优选的实施例来说明和展示，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，因此凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何结构或材料的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，包括：高密度集成了滤波功能层（7）、垂直互联层（8）的上端多层电路板（2）和设置在该上端多层电路板（2）板面上的微带贴片天线（1），以及分布于T/R组件下腔体（5）两侧的芯片组（3），嵌套于T/R组件下腔体（5）腔体中的下端多层电路板（4）和 固定在下腔体（5）底部的射频同轴连接器（6），其特征在于：按照电路印刷工艺流程，连接微带贴片天线（1）和滤波功能层（7）之间对应的射频垂直互联接口分布于上端多层电路板（2）和下端多层电路板（4），通过类同轴转共面波导的方式，实现了射频信号无射频接插件的板间垂直互联，外部电源及控制信号的低频信号接口焊盘组（12）对称集成在下端多层电路板（4）的底部的两侧，与之对应的T/R组件下腔体（5）进行让位开槽，作为外部电源及控制信号的馈入，将焊接射频同轴连接器（6）作为T/R组件公共端射频垂直互联接口；根据芯片分布位置关系，上端多层电路板（2）外形侧壁金属化，紧贴于下端多层电路板（4），下端多层电路板（4）和上端多层电路板（2）紧密接触，通过焊接上端多层电路板（2）侧壁和T/R组件下腔体（5）端面，固定整个T/R组件的结构，实现T/R组件下腔体（5）的气密封，下端多层电路板（4）集成了对各芯片加电及状态控制的馈线网络、若干直流馈电焊盘和无源功分网络，并通过金丝将各直流馈电焊盘与芯片组（3）各芯片表面焊盘键合连接；射频信号从T/R组件下腔体（5）底部公共端通过射频同轴连接器（6）直接馈入，利用金丝键合的方式直接过渡到T型结，信号一分为二，等功率平分后的信号直接馈入实现多通道多功能集成的单芯片（9），GaAs功率放大器芯片（10）的数量对应多通道多功能集成的单芯片（9）的通道数量，GaAs功率放大器芯片（10）与所述单芯片（9）级联构成哑铃形状的芯片组（3），下端多层电路板（4）上制有两个对称的哑铃形镂空通槽，下端多层电路板（4）板体两侧设有对应T/R组件下腔体（5）底部线阵排列的低频信号接口焊盘组（12），所有芯片放置于T/R组件下腔体（5）的表面哑铃凸台上，对应下端多层电路板（4）哑铃形镂空通槽，所构成的每个芯片组（3）集中平行地镶嵌在与下端多层电路板（4）平行分布的哑铃孔中，与T/R组件下腔体（5）腔底设置的同形哑铃凸台形成共形平面；与微带贴片天线（1）对应连接的滤波功能层（7）通过按非等间距矩形栅格排列的射频垂直互联接口与设置于下端多层电路板（4）的垂直互联接口对接，类同轴垂直互联过渡到共面波导（11），下端多层电路板（4）上的共面波导（11）以三线金丝键合的方式连接芯片组（3）。

2.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：嵌套焊接于T/R组件下腔体（5）的下端多层电路板（4）的垂直互联接口的位置与上端多层电路板（2）的垂直互联接口的位置对应。

3.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：上端多层电路板（2）包括分布在多层介质板顶层上按矩形栅格阵列分布的微带贴片天线（1），所述微带贴片天线（1）经类同轴穿过多层介质板往下连接于内埋的滤波器，再通过带状线转类同轴的形式将所述微带贴片天线（1）过渡到部分垂直互联结构。

4.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：上端多层电路板（2）内埋矩阵排列分别对应多通道多功能集成的单芯片（9）与对应通道GaAs功率放大器组成各通道的滤波器单元，分别与微带贴片天线（1）、T/R组件芯片组（3）平行，在X-Y平面内等间距周期性展开，构建出与瓦式横向集成纵向组装架构相匹配的滤波功能层（7），其中，滤波器单元为高容差性埋置型滤波器。

5.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于单芯片（9）集成功率预放大、功分网络、幅相控制、串并转化、电源管理以及数字控制的功能，并且级联对应通道数量的GaAs功率放大器芯片（10）构成呈哑铃形状的多通道异构可扩展子阵单元，可作为8单元子阵在X方向以2λ的整数倍，Y方向以λ的整数倍扩展，实现8通道可扩展子阵单元设计，并在集成密度、功能密度、射频性能以及可实现性多个方面获得了良好的平衡，其中λ 为波长。

6.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：加电和控制信号通过馈线网络中的低频信号接口焊盘组（12）输入低频信号网络，直接控制T/R组件的2个多通道多功能集成的单芯片（9）和16个GaAs功率放大器芯片（10），实现多路信号的相位移相、幅度衰减、功率放大，经处理后的信号通过共面波导到类同轴转换的垂直互联结构送至T/R组件上端多层电路板（2）的滤波功能层（7），滤波后的信号最后送至微带贴片天线（1），发射射频信号；同时，T/R组件上端多层电路板（2）与T/R组件（5）下腔体通过焊接的方式实现T/R组件的气密封装。

7.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：上端多层电路板（2）采用多层复合PCB设计，集成天线阵面、滤波器单元、非接触式垂直互联同轴转共面波导类同轴垂直互联结构接口，按照工作频率半波长进行等间距栅格排列；连接于微带贴片天线（1）的馈电探针与内埋的嵌入支节耦合滤波器相连接，滤波器单元与T/R组件芯片面平行，并将各通道对应滤波器单元在X-Y平面内等间距周期性展开，滤波器单元通过带状线转类同轴过渡到非接触式类同轴转共面波导垂直互联结构接口。

8.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：单芯片（9）上集成了把信号等分为8路的功分器，每一路通道集成了6位移相器、5位衰减器，片上集成的高速串行接口模块完成数据的串并转换，数字控制单元完成对串行幅相编码的解码，并分别控制8个发射通道的幅度和相位，8路信号经过各自独立的相位和幅度控制，产生不同相位和幅度的信号，再经过片上功率放大器放大后输出，驱动末级的GaAs功率放大器（10），信号放大后经滤波输出给微带贴片天线（1）。

9.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：芯片组（3）放置于T/R组件下腔体底部的哑铃形凸台的表面，并且芯片组（3）上所有的射频接口和下端多层电路板（4）的射频接口采用三线键合金丝的方式连接，通过芯片组（3）上的共面波导转到下端多层电路板（4）的共面波导（11）弥补射频地的不连续性，实现射频信号的传输。

10.如权利要求1所述的高密度高集成度毫米波瓦式相控阵天线T/R组件，其特征在于：下端多层电路板（4）嵌套焊接于T/R组件下腔体（5），T/R组件下腔体（5）开一个圆柱形阶梯台阶孔，下端多层电路板（4）把电源及控制信号分发到正面的若干直流馈电焊盘；金丝键合连接下端多层电路板（4）正面的若干直流焊盘与芯片组（3）表面焊盘，实现对芯片组（3）的加电，从T/R组件下腔体（5）底部焊接穿上来的公共端射频同轴连接器（6），与下端多层电路板（4）中心两侧的微带通过金丝键合的方式相连接，信号从底部馈入后，通过微带-带状线-共面波导的转换到多通道多功能集成的单芯片（9），实现输入信号的垂直互联过渡。

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