CN110867661B - 一种高集成度的综合馈电网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成度的综合馈电网络，属于相控阵雷达技术领域，包括多功能基板、多个TR模块、综合馈电网络腔体与盖板，多个所述TR模块均设置在所述综合馈电网络腔体的外部下端，所述盖板设置在所述综合馈电网络腔体的外部上端，所述多功能基板设置在所述综合馈电网络腔体与所述盖板构成的密闭腔体中，所述多功能基板同时与多个所述TR模块连接。本发明将天线阵面内部的各种网络综合起来，实现一体化设计，形成综合网络，提高集成度，节省了大量的阵面空间；并且各功能单元采用盲配连接，最大化地形成无电缆阵面，减小了天线阵面的体积与重量，满足各类载荷平台对雷达高集成度、轻量化要求。

Description

一种高集成度的综合馈电网络

技术领域

本发明涉及相控阵雷达技术领域，具体涉及一种高集成度的综合馈电网络。

背景技术

相控阵雷达是现代雷达发展的主流趋势。随着技术的进步，不管是有源相控阵雷达还是无源相控阵雷达，集成了越来越多的功能，其设备量和复杂度也在不断增加。天线阵面作为相控阵雷达核心装备之一，其设计影响着雷达的机动性、可靠性和维修性等诸多方面。

普遍地，天线阵面内部的射频网络、控制网络和电源网络各自独立设计，由于各个网络在电讯上没有交互，这样设计带来一些优势：各专业设计师独立设计，集成相对简单。

但是，一方面，载荷平台的不断丰富，由地面向机载、舰载、弹载和星载等平台延伸，平台对载荷的重量、尺寸和功耗方面等有着苛刻的要求；另一方面，随着雷达应用频段不断提高，天线阵列的单元间距相应减小，使得整个相控阵雷达阵面可用有效空间尺寸越来越狭小。特别地，天线阵面内部众多的TR模块、射频模块、电源模块和纵横交错的杂乱电缆等严重制约着天线阵面向高集成化、小型化和轻量化方向发展。为此，提出一种高集成度的综合馈电网络。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何将天线阵面内部的各种网络综合起来，实现一体化设计，形成综合网络，提高集成度，节省大量的阵面空间，提供一种高集成度的综合馈电网络。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括多功能基板、多个TR模块、综合馈电网络腔体与盖板，多个所述TR模块均设置在所述综合馈电网络腔体的外部下端，所述盖板设置在所述综合馈电网络腔体的外部上端，所述多功能基板设置在所述综合馈电网络腔体与所述盖板构成的密闭腔体中，所述多功能基板同时与多个所述TR模块连接，所述多功能基板提供波控码值和工作时序给所述TR模块；

所述综合馈电网络腔体与所述TR模块之间设置有定位螺钉，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块通过所述定位螺钉连接，所述综合馈电网络腔体上靠近定位螺钉的螺孔外围设置有凸台，所述TR模块上靠近定位螺钉的螺孔外围对应设置有与所述凸台相匹配的凹槽，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块连接时，所述凸台为所述凹槽的内部。

更进一步的，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块之间设置有导电层，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块通过所述导电层电性连接。

更进一步的，所述导电层为铟箔，所述铟箔的数量为两层，两层所述铟箔层叠平铺在所述综合馈电网络腔体与所述TR模块之间。

更进一步的，所述综合馈电网络腔体内部与所述多功能基板上设置有对应的定位通孔，通过所述定位通孔实现所述综合馈电网络腔体内部与所述多功能基板的精确定位。

更进一步的，所述综合馈电网络腔体上设置有多组导向孔，多组所述导向孔贯穿所述综合馈电网络腔体的底壁设置，所述导向孔是所述TR模块与所述多功能基板之间的连接通道。

更进一步的，所述导向孔的组数与所述TR模块的数量相同，一组所述导向孔包括一个圆形导向孔与一个方形导向孔，所述圆形导向孔为射频通孔，所述方形导向孔为低频通孔。

更进一步的，所述TR模块与所述多功能基板之间设置有第一连接器与第二连接器，所述TR模块与所述多功能基板之间的射频信号通过所述第一连接器传输，低频信号和电源信号通过所述第二连接器传输。

更进一步的，所述多功能基板通过其同步串口接收上级波控发送的波控码并将波控码按照协议分发至多个所述TR模块，所述多功能基板控制所述TR模块的收发工作时序，并实现电源变换为所述TR模块提供馈电。

更进一步的，所述多功能基板包含一分八射频功分合成网络，采用威尔金森方式设置，所述多功能基板在上层印制板射频总口处和下层印制板射频分口处，分别开槽，露出内层微带板，留出连接器焊接位置。射频总口使用SSMA-KFHD连接器，射频分口使用SMP-JHD连接器。

更进一步的，所述综合馈电网络通过所述TR模块与天线阵面盲配连接，所述综合馈电网络腔体上设置有紧固螺杆与导向销，通过所述导向销在连接时对所述综合馈电网络与天线阵面进行定位，所述综合馈电网络与天线阵面通过所述紧固螺杆连接。

更进一步的，所述综合馈电网络还包括调试接口，所述调试接口设置在所述多功能基板上。通过调试接口可以实现读写逻辑固件程序、在线调试和测试时序输出功能。

更进一步的，增大所述多功能基板上的电源接口、调试接口、通讯接口和射频总口连接器的法兰尺寸，并配备密封垫圈。这样，在紧固螺杆的作用下，盖板与综合馈电网络腔体及多功能基板上连接器能保持紧密连接。

更进一步的，所述盖板上设置有多个蘑菇钉，多个所述蘑菇钉设置在所述盖板的上端外表面。利用助拔器同时借助四个蘑菇钉对所述综合馈电网络进行拆卸的过程中，所有TR模块通道几乎同时与天线阵面脱离，避免损坏盲配接口。

本发明相比现有技术具有以下优点：

(1)天线阵面内部各种网络不再孤立设计，对所有信号统一考虑并一体化设计，形成综合网络，提高集成度，节省了大量的阵面空间，提高了系统可靠性；

(2)、各功能单元之间的盲配连接，最大化地形成无电缆阵面，减小了天线阵面的体积与重量，满足各类载荷平台对雷达高集成度、轻量化要求；

(3)、天线阵面内部有序排列的综合馈电网络符合以LRU(现场可更换单元)为核心理念的现代雷达维修设计准则，维修性得到极大的提升；

(4)、综合馈电网络集多种功能于一体，TR模块射频信号的功分/合成，多种直流电压转换及馈电保障，TR模块内部移相、幅度和收发模式控制，阵面状态监控及故障信息上报；

(5)、综合馈电网络形成标准模块，天线阵面单元数增减灵活，有利于天线阵面的二维扩充，适用多种布局方案，避免低效重复设计。

附图说明

图1是本发明中综合馈电网络封盖状态下的结构示意图；

图2是本发明中综合馈电网络开盖状态下的结构示意图；

图3是本发明中综合馈电网络腔体的下端面结构示意图；

图4是本发明中多功能基板的下端面结构示意图；

图5是本发明中多功能基板的上端面结构示意图；

图6是本发明中盖板的结构示意图；

图7是本发明中TR模块的结构示意图；

图8是本发明中综合馈电网络的爆炸示意图。

图中：1、TR模块；11、凹槽；12、定位螺钉；2、多功能基板；21、射频分口；22、FPGA；23、电源模块；24、21芯弹性连接器；25、射频总口；26、定位通孔；27、电源接口；28、调试接口；29、通讯接口；3、综合馈电网络腔体；31、射频通孔；32、低频通孔；33、紧固螺杆；34、导向销；35、凸台；4、盖板；41、蘑菇钉。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2所示，本实施例的一种综合馈电网络，将TR模块1、射频网络、波控电路和馈电模块一体化设计，包括多个TR模块1、多功能基板2、综合馈电网络腔体3和盖板4；所有TR模块1均固定在综合馈电网络腔体3外侧下方，多功能基板2安装在综合馈电网络腔体3内部，盖板4通过十字螺栓固定在综合馈电网络腔体3上方；综合馈电网络腔体3为整个综合馈电网络提供结构支撑；综合馈电网络腔体3与盖板4为多功能基板2构成密闭工作环境，具备防水、防尘和防盐雾功能。

一体化设计过程中，一个很重要的设计难点是多功能基板2与TR模块1之间需要精确定位，这样才能保证两者之间的连接器才能可靠接触，保障电讯信号质量，减小射频信号插损，低频控制信号和电源信号无短路、断路。本实施例中采用间接定位法方案：借助综合馈电网络腔体3，首先将多功能基板2精确定位在综合馈电网络腔体3内，再将TR模块1精确定位在综合馈电网络腔体3外。即确定了多功能基板2与TR模块1相对位置。

如图5所示，在多功能基板2上下两侧，留有直径4mm的定位通孔26。在综合馈电网络腔体3内对应位置也铣出同样直径的定位通孔26，如图4所示。装配时，首先使用定位销将多功能基板2在综合馈电网络腔体3内部定位，之后使用固定螺钉把多功能基板2固定在综合馈电网络腔体3内部，再把定位销取出，更换成固定螺钉。在多功能基板2和综合馈电网络腔体3之间需要增加导热衬垫，有利于大功率器件(电源模块23和FPGA22等)热量能快速导出。

如图3、图7所示，综合馈电网络腔体3在固定螺钉孔外围预留凸台35，TR模块1在对应定位螺钉12的螺孔外围预留凹槽11。三对这样的凸台35-凹槽11定位螺孔结构，可以将一个TR模块1紧固在综合馈电网络腔体3外侧，同时实现综合馈电网络腔体3与TR模块1的精确定位。由于TR模块1和综合馈电网络腔体3在机加工时都存在公差，需要在综合馈电网络腔体3与TR模块1之间嵌入两层铟箔，实现可靠电性接触。铟箔不仅具有更好的导热导电性能，相对柔软的质地易于产生合适的形变量，填充TR模块1和综合馈电网络腔体3之间的缝隙，实际装配时，由机加公差决定嵌入几层铟箔。

如图3所示，综合馈电网络腔体3底部有两种导向孔：圆形通孔用于对SMA-KK连接器进行限位，连接TR模块1与多功能基板2之间的射频信号，为射频通孔31；方形通孔对21芯弹性连接器24进行限位，多功能基板2通过21芯弹性连接器24为TR模块1提供低频控制信号(波控码值和收发工作时序)以及+8V、+5V和-5V等电源信号，为低频通孔32。SMA-KK连接器和21芯弹性连接器24需要特别定制，长度必须满足TR模块1与多功能基板2之间间距要求，太短可能导致接触不良，太长导致压力增大，超出TR模块1和多功能基板2的应力范围。在本实施例中，第一连接器为SMA-KK连接器，第二连接器为21芯弹性连接器24。

多功能基板2上采用高性能FPGA22作为处理器，受限于集成度和安装方式，采用差分同步串口与上级波控通讯。合理制定通信协议，避免无效字节，缩短单次编码、解码时间，提高雷达工作重频。编写FPGA22逻辑固件程序，完成参数接收、参数解码、码值分发、占空比保护、收发工作时序产生、温度采集和状态监控等功能。

多功能基板2包含多个电源模块23，电源模块23又分为DC/DC电源模块与LDO电源模块，DC/DC电源模块用于将直流28V输入电压转换成+8V、数字+5V、模拟+5V和-5V等电压值，+8V、模拟+5V和-5V为TR模块1所需电源。LDO电源模块用于将数字+5V转换成3.3V、2.5V、1.5V、1.2V和1.0V等FPGA22及外围电路所需电压值。

多功能基板2包含一分八射频功分合成网络，采用威尔金森方式设置，能够完成将激励功率分配到各个TR模块1以及将各个TR模块1的接收通道信号合成至射频总口输出的功能。

由于有低频连接器穿过多功能基板2安装，以及连接器焊盘周围需要用螺钉保证良好接触，造成多功能基板2上开孔较多，射频功分合成网络的路径需要仔细排布，才能保证网络的带宽、损耗、隔离度、驻波等性能。多功能基板2在上层印制板射频总口25处和下层印制板射频分口21处，分别开槽，露出内层微带板，留出连接器焊接位置；射频总口25使用SSMA-KFHD连接器，射频分口21使用SMP-JHD连接器。

本综合馈电网络通过TR模块1与天线阵面盲配连接，之间不需要任何电缆。在综合馈电网络腔体3靠近TR模块1的下端外表面安装有两个导向销34，依靠导向销34综合馈电网络能精确定位于天线阵面。定位后，使用四个紧固螺杆33将综合馈电网络固定在天线阵面上。

一个综合馈电网络有多达32个通道，这么多通道与天线阵面盲配连接后，存在较大的插拔力。徒手很难从天线阵面上拆卸综合馈电网络，使用一般工具，一方面，狭小的阵面空间很难操作，另一方面，有可能损坏综合馈电网络。

如图6所示，在盖板4上安装四个蘑菇钉41，使用助拔器可以相对轻松拆卸综合馈电网络拆卸。更重要的是，利用助拔器同时借助四个蘑菇钉41对综合馈电网络进行拆卸的过程中，所有TR模块1通道几乎同时与天线阵面脱离，避免损坏盲配接口。

如图5所示，综合馈电网络上设有射频总口25、电源接口27、通讯接口29和调试接口28等四个连接器接口。其中，通过调试接口28可以实现读写逻辑固件程序、在线调试和测试时序输出功能。

多功能基板2是有源电路，有防尘、防水和防盐雾需求，必须为多功能板提供一个可靠的密闭工作环境。为此增大多功能基板2上的电源、调试、通讯和射频总口25的连接器法兰尺寸，并配备密封垫圈。这样，在紧固螺杆33的作用下，盖板4与综合馈电网络腔体3及多功能基板2上连接器能保持紧密连接。

本实施例综合馈电网络包含8个TR模块，按照2行4列布置，组成4行8列，共32个射频通道。采用综合馈电网络方案的天线阵面具有较高的可扩充性和布局灵活性。例如，采用8个本实例综合馈电网络的天线阵面可以布局成4行64列，共256个通道；也可以布局成8行32列，共256个通道。另外，综合馈电网络积木式布局在天线阵面上，更加有利于故障隔离和定位，仅需要更换有故障的综合馈电网络，大大提高雷达维修性。积木式布局是体现在多个综合馈电网络与天线阵面的连接方式上。

综上所述，本实施例中高集成度的综合馈电网络，天线阵面内部各种网络不再孤立设计，对所有信号统一考虑并一体化设计，形成综合网络，高集成度节省了大量的阵面空间，提高了系统可靠性；各功能单元之间的盲配连接，最大化地形成无电缆阵面，减小了天线阵面的体积与重量，满足各类载荷平台对雷达高集成度、轻量化要求；天线阵面内部有序排列的综合馈电网络符合以LRU(现场可更换单元)为核心理念的现代雷达维修设计准则，维修性得到极大的提升；综合馈电网络集多种功能于一体：TR模块射频信号的功分/合成，多种直流电压转换及馈电保障，TR模块内部移相、幅度和收发模式控制，阵面状态监控及故障信息上报；5、综合馈电网络形成标准模块，天线阵面单元数增减灵活，有利于天线阵面的二维扩充，适用多种布局方案，避免低效重复设计，值得被推广使用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于，包括多功能基板、多个TR模块、综合馈电网络腔体与盖板，多个所述TR模块均设置在所述综合馈电网络腔体的外部下端，所述盖板设置在所述综合馈电网络腔体的外部上端，所述多功能基板设置在所述综合馈电网络腔体与所述盖板构成的密闭腔体中，所述多功能基板同时与多个所述TR模块连接，所述多功能基板发送波控码值和工作时序给所述TR模块；

所述综合馈电网络腔体与所述TR模块之间设置有定位螺钉，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块通过所述定位螺钉连接，所述综合馈电网络腔体上靠近定位螺钉的螺孔外围设置有凸台，所述TR模块上靠近定位螺钉的螺孔外围对应设置有与所述凸台相匹配的凹槽，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块连接时，所述凸台位于所述凹槽的内部，通过所述凸台、所述凹槽实现所述综合馈电网络腔体与所述TR模块之间的定位工作；所述综合馈电网络腔体内部与所述多功能基板上设置有对应的定位通孔，通过所述定位通孔可实现所述综合馈电网络腔体内部与所述多功能基板的定位工作；

所述综合馈电网络腔体上设置有多组导向孔，多组所述导向孔贯穿所述综合馈电网络腔体的底壁设置，所述导向孔是所述TR模块与所述多功能基板之间的连接通道。

2.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：所述综合馈电网络腔体与所述TR模块之间设置有导电层，所述综合馈电网络腔体与所述TR模块通过所述导电层电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：所述导向孔的组数与所述TR模块的数量相同，一组所述导向孔包括一个圆形导向孔与一个方形导向孔，所述圆形导向孔为射频通孔，所述方形导向孔为低频通孔。

4.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：所述TR模块与所述多功能基板之间设置有第一连接器与第二连接器，所述TR模块与所述多功能基板之间的射频信号通过所述第一连接器传输，低频信号和电源信号通过所述第二连接器传输。

5.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：所述多功能基板通过其同步串口接收上级波控发送的波控码并将波控码按照协议分发至多个所述TR模块，所述多功能基板控制所述TR模块的收发工作时序，并进行电源变换为所述TR模块提供馈电。

6.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：所述综合馈电网络通过所述TR模块与天线阵面盲配连接，所述综合馈电网络腔体上设置有紧固螺杆与导向销，通过所述导向销在连接时对所述综合馈电网络与天线阵面进行定位，所述综合馈电网络与天线阵面通过所述紧固螺杆连接。

7.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：增大所述多功能基板上的电源接口、调试接口、通讯接口和射频总口连接器的法兰尺寸，并在各 接口连接器的法兰上设置密封垫圈。

8.根据权利要求1所述的一种高集成度的综合馈电网络，其特征在于：所述盖板上设置有多个蘑菇钉，多个所述蘑菇钉设置在所述盖板的上端外表面。

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