CN111525284B - 多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，包括逐层设置的波控供电层、盖板层、低频供电转接层、射频层、射频转接层、模块腔体和阵列天线层。波控供电层用于获取电源、向下层供电和发送数字信号，低频供电转接层用于向下层供电和发送数字信号，各射频子层和射频转接层分别通过对应的高频连接器接收对应的激励信号，并根据数字信号对接收的激励信号进行预处理；各射频子层将对激励信号的预处理结果引入射频转接层；射频转接层还将本层对激励信号的预处理结果，以及各层射频子层引入的预处理结果，分别传输到设置于阵列天线层上对应的天线单元，模块腔体层内设置有散热结构。本发明具备多频率、多通道、多极化、高集成的特点。

Description

多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线

技术领域

本发明涉及微波无线通信领域，尤其是一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线。

背景技术

有源相控阵天线前端技术随着相控阵天线系统性能的提升、高频材料及工艺的发展、微组装技术的进步逐渐往双频复合、小体积、高集成发展。目前有源相控阵天线结构主要分为砖式集成和瓦式集成，砖式集成的方式大多用于大功率有源相控阵天线，瓦式集成的方式大多用于小功率有源相控阵天线。随着无线通信的场景逐渐复杂，有源相控阵天线系统的性能要求越发苛刻，有源相控阵天线从以往的单频率工作模式变化为双频率甚至多频率工作模式，同样体积下的功率密度需求也大大提高，目前双频工作模式在砖式有源相控阵天线中较容易实现，但双频（或多频）瓦式的有源相控阵天线鲜有耳闻。且目前已有的瓦式有源相控阵天线基本为小功率单频工作模式，难以做到高集成大功率双频（多频）复合。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，以在同等或更小尺寸的情况下，提供一种多频率、多极化、多通道、大功率、高集成度的瓦式有源相控阵天线。

本发明采用的技术方案如下：

一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其包括从射频信号激励端到天线辐射端逐层设置的波控供电层、盖板层、低频供电转接层、射频层、射频转接层、模块腔体和阵列天线层；射频层包括至少一层射频子层；盖板层密封模块腔体的开口；

波控供电层用于获取外部电源，并向低频供电转接层供电和发送数字信号；

低频供电转接层连接于波控供电层，用于分别获取供电和数字信号，还用于分别为各射频子层和射频转接层供电和传输数字信号；

各射频子层和射频转接层分别连接有对应的高频连接器，各射频子层和射频转接层分别通过对应的高频连接器接收对应频率的激励信号，并根据接收的数字信号对接收的激励信号进行预处理；各射频子层还分别通过射频垂直传输方式将对激励信号的预处理结果引入射频转接层；射频转接层还将本层对激励信号的预处理结果，以及各层射频子层引入的预处理结果，分别通过对应的射频接口传输到设置于阵列天线层上对应的天线单元；

模块腔体层内设置有散热结构。

不同的高频连接器分别接收不同频段的激励信号，各射频子层和射频转接层分别处理其中一个频率的激励信号。各射频子层将对激励信号的处理结果分别引入到射频转接层上，射频转接层再分别将各路（包括本层的）处理结果传输到相应的天线单元，从而实现多频复合。天线通道尺寸、数量，激励信号频段皆可以灵活设计，从而实现多通道、多极化功能。腔体结构的模块腔体可以将腔体内（包括盖板层）各层的热量导出并进行快速散热，从而可以提高多功能芯片对大功率的承受能力，实现信号的大功率输出。天线各层之间结构紧凑，提高了天线的集成度，使得天线尺寸保持小巧的特点。

进一步的，射频接口为空气同轴。空气同轴可以允许射频连接器件穿过，以键合到射频转接层对应的射频端，一方面方便层间结构的连接，另一方面，也可以提高层间（尤其端口间）射频信号的连续性（相较于接触式连接的方式）。

进一步的，射频转接层设置有用于预处理激励信号的多功能芯片组，射频转接层上设置有导热结构，导热结构两端分别与模块腔体和多功能芯片组的大功率芯片接触。大功率芯片产生的热量能够通过导热结构快速传导到模块腔体中进行散热，从而提高多功能芯片组的热量承受能力，使得天线具备大功率特点。

进一步的，各所述高频连接器均依次贯穿波控供电层、盖板层和低频供电转接层，连接到最上层的射频子层上；位于非最上层的各射频子层和所述射频转接层分别通过相应的射频垂直连接结构连接到对应的高频连接器；各射频子层分别通过相应的射频垂直连接结构将预处理结果引入所述射频转接层。各高频连接器均连接于最上层射频子层上，其中的一个高频连接器为最上层射频子层提供激励信号，其余的高频连接器为往下的其他射频子层和射频转接层提供高频信号。对于非最上层射频子层而言，需要通过射频垂直连接结构连接到对应的高频连接器，通过另一个射频垂直连接结构将预处理结果传输到射频转接层；最上层射频子层通过射频垂直连接结构向射频转接层传输预处理结果，射频转接层通过射频垂直连接结构连接到对应的高频连接器。即无论是接收激励信号，还是向下传输预处理结果，均是通过相应的射频垂直连接结构实现。

进一步的，射频垂直连接结构由类同轴过渡接口或介质波导构成。具体而言，是通过分别设置于对应射频子层上的类同轴过渡接口或者介质波导依次相连而成。该设计同样可以减少层间结构的相互穿插。

进一步的，波导过渡结构为：

对于传输偏低频波段的信号，对应的射频垂直连接结构由类同轴过渡接口构成，对于传输偏高频波段的信号，对应的射频垂直连接结构由介质波导构成。即在射频子层或射频转接层工作于偏低频率时，其通过类同轴过渡接口连接到高频连接器，并通过类同轴过渡接口向射频转接层（对于射频子层而言）传输预处理结果，工作于偏高频率时同理。

进一步的，散热结构为微流道。微流道结构便于精简模块腔体的结构，同时也起到良好地散热效果。

进一步的，各所述空气同轴分别通过对应的第一射频连接结构和第二射频连接结构连接到对应的天线单元；第一射频连接结构设置于模块腔体上，第一射频连接结构的针头伸入对应的空气同轴中并与所述射频转接层键合（键合到对应的射频端）；第二射频连接结构设置于天线阵列层上，第二射频连接结构的针头连接对应的天线单元。模块腔体和天线阵列层相互独立，无结构穿插。

进一步的，低频供电转接层层内设置有铜基热沉。通过该设计，低频供电转接层可以将射频层的热量（芯片产生的热量）快速传递到盖板层，进而传导到模块腔体进行快速散热，从而提高了芯片对热量的承受能力，进一步提高了天线功率。

进一步的，各射频子层和射频转接层均设置有相互对应的供电焊盘，各射频子层和射频转接层的供电焊盘依次相连，最上层射频子层的供电焊盘连接到低频供电转接板，以获得供电。该设计减少了层间走线，精简了天线结构，提高了天线的集成度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线相较于砖式相控阵天线和现有的瓦式天线，具备多频率、多通道、多极化、高集成的特点。

2、本发明的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线结构紧凑，且复杂度低，具备极小的体积和重量。

3、本发明的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线的层间结构独立，装配方便。

4、本发明对于各频段处理的射频电路集成在同一层，通过测试夹具测试合格后直接装配，提升了生产装配效率。

5、本发明的层间射频信号采用垂直过渡方式，提高了装配对位的容差，可以提高射频信号（尤其是高频信号）传输的有效性。

6、本发明采用射频转接层的过渡方式，保证了各射频子层信号到天线单元射频路径上的信号连续性，使得多频多极化的射频通道性能稳定以及实现产品工程化。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是多频（双频）复合大功率瓦片式有源相控阵天线层级结构图。

图2是多频（双频）复合大功率瓦片式有源相控阵天线结构图。

图3（a）~（c）依次为波控供电层7、盖板层6、低频供电转接层5的俯视图。

图4（a）、（b）分别为射频层4、射频转接层3的电路结构图。

图5（a）、（b）分别模块腔体底面结构图和阵列天线层仰视图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例公开了一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，如图1所示，包括从射频信号激励端到天线辐射端逐层设置的波控供电层7、盖板层6、低频供电转接层5、射频层4、射频转接层3、模块腔体2和阵列天线层1；射频层4包括至少一层射频子层；如图2所示，盖板层6密封模块腔体2的开口，将低频供电转接层5、射频层4、射频转接层3密封于模块腔体2内。

波控供电层7用于获取外部电源，并向低频供电转接层5供电和发送数字信号。低频供电转接层5连接于所述波控供电层7上，用于获取供电和数字信号，还用于分别为各射频子层和射频转接层3供电和传输数字信号。具体而言，各射频子层和所述射频转接层3均设置有相互对应的供电焊盘，各射频子层和所述射频转接层3的供电焊盘依次相连，最上层射频子层的供电焊盘连接到所述低频供电转接板5，以获得供电。为了进一步提高散热效果，低频供电转接层5层内设置有铜基热沉，以将射频层4的热量传递到盖板层6，进而引导到模块腔体2进行快速散热。

各射频子层和所述射频转接层3分别连接有对应的高频连接器44，各高频连接器44均向波控供电层7方向逐层贯穿直至贯穿波控供电层7，各射频子层和所述射频转接层3分别通过对应的高频连接器44接收对应频率的激励信号，并根据从低频供电转接板5接收的数字信号对接收的激励信号进行预处理，预处理通常包括调幅调相、功率放大、信号分路和多路信号合路；各射频子层还分别通过射频垂直传输方式将对激励信号的预处理结果引入射频转接层3，例如分别通过射频垂直连接结构连接到射频转接层3以分别传输预处理结果；射频转接层3还将本层对激励信号的预处理结果，以及各层射频子层引入的预处理结果，分别通过对应的射频接口传输到设置于阵列天线层1上对应的天线单元。具体而言，各射频接口分别通过对应的第一射频连接结构22和第二射频连接结构13连接到对应的天线单元，第一射频连接结构22设置于模块腔体2上，第一射频连接结构22与射频转接层3中相应射频端（输出预处理结果的端口）键合，第二射频连接结构13设置于天线阵列层1上。在一个实施例中，射频转接层3上，各射频端分别键合到对应的空气同轴34，对应的第一射频连接结构22的针头插入对应的空气同轴34并键合到相应的射频端。模块腔体2层内设置有散热结构，该散热结构可以为设计于层中的微流道21。

在一个实施方式中，各所述高频连接器44均依次贯穿波控供电层7、盖板层6和低频供电转接层5，连接到最上层的射频子层上；位于非最上层的各射频子层（即除开最上层的射频子层）和所述射频转接层3，分别通过相应的射频垂直连接结构连接到对应的高频连接器44；各射频子层分别通过相应的射频垂直连接结构将预处理结果引入所述射频转接层3。射频垂直连接结构包括两种结构类型：类同轴过渡结构和介质波导过渡结构，两者均可用作激励信号的接入（即连接到高频连接器）或预处理结果（调幅调相、功率放大、信号分路和多路信号合路）的输出，其中，当用于传输偏低频率波段的信号时，射频垂直连接结构选用类同轴过渡结构，其由类同轴过渡接口36构成，当用于传输偏高频率波段的信号时，射频垂直连接结构选用介质波导过渡结构，其有介质波导43构成。无论选用何种过渡结构，该过渡结构均由分别设置于相应层上的类同轴过渡接口36或介质波导43依次连接而成。

射频转接层3通过以下结构将各路预处理结果传递给对应的天线单元：

射频转接层3设置有用于处理激励信号多功能芯片组，射频转接层3上与各射频子层引入预处理结果的位置，分别设置有对应的结构，对于通过介质波导43引入的情况，设置有介质波导短路面33，该介质波导短路面33连接到对应的空气同轴34，对于通过类同轴过渡接口36引入的情况，设置有对应的类同轴过渡接口36，该类同轴过渡接口36通过水平带线连接到对应的空气同轴34；对于本层的多功能芯片组而言，其输出端同样连接有相应的空气同轴34；各空气同轴34分别与对应的射频连接器件相连。对应的，射频连接器件均由第一射频连接结构22和第二射频连接结构13相连而成；第一射频连接结构22设置于模块腔体2上，第一射频连接结构22的针头伸入对应的空气同轴34中，通过金丝键合到相应的介质波导短路面33或水平带线；第二射频连接结构13设置于天线阵列层1上，第二射频连接结构13的针头连接对应的天线单元。

不同的高频连接器44分别接收不同频率的激励信号，各射频子层和射频转接层3分别处理其中的一个激励信号；各射频子层将对激励信号的处理结果分别引入到射频转接层3上，射频转接层3再分别将各路处理结果（包括自身输出的和从各射频子层引入的）传输到相应的天线单元，从而实现多频复合。在上述的天线中，通道尺寸、数量皆可以灵活设计，从而实现多通道功能。腔体结构的模块腔体2可以将腔体内（包括盖板层6）各层的热量导出并进行快速散热，从而可以提高多功能芯片对大功率的承受能力，实现信号的大功率输出。各层之间结构紧凑，提高了天线的集成度，使得天线尺寸保持小巧的特点。

在一个实施方式中，多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线包括从射频信号激励端到天线辐射端逐层设置的波控供电层7、盖板层6、低频供电转接层5、射频层4、射频转接层3、模块腔体2和阵列天线层1，其中，射频层4包括至少一层射频子层。如图2所示，盖板层6密封模块腔体2的开口，即低频供电转接层5、射频层4和射频转接层3均设置于模块腔体2的腔体内。

如图2、图3（a）所示，波控供电层7远离盖板层6的一侧设置有电子元器件71和第一低频供电连接器74，第一低频供电连接器74从外部电源得到所需电压。贯穿波控供电层7设置有第二低频供电连接器72，以对内（天线的结构）提供低频电源和数字信号（数字电平信号或控制信号）。

如图2、图3（c）所示，低频供电转接层5靠波控供电层7一侧、对应于第二低频供电连接器72的位置，设置有第三低频供电连接器51，第三低频供电连接器51与第二低频供电连接器72相匹配，从第二低频供电连接器72获得供电和数字信号。如图3（b）所示，盖板层6上对应于第三低频供电连接器51的位置，开设有供第三低频供电连机器51通过的开槽61。低频供电转接层5内部加入了铜基热沉，将部分射频层4的热量带到模块盖板6再传导到模块腔体2。

各层射频子层均具备以下结构：

射频子层连接对应的高频连接器44，高频连接器44向波控供电层7方向逐层延伸出波控供电层7，以接收激励信号。射频子层上设置有处理对应激励信号的多功能芯片组，包括四通道幅相多功能芯片和双通道大功率芯片，以实现对激励信号的调幅调相、信号放大、信号分路或多路信号合路。射频子层内部设置有第一射频线路41，多功能芯片通过连接对应的高频连接器44。射频子层上设置有第一供电焊盘45，第一供电焊盘45键合到低频供电转接层5获得供电，再通过层间内部走线实现对对应芯片的供电。非最上层射频子层的第一供电焊盘45可以连接到上一层射频子层的第一供电焊盘45获得供电和数字信号。射频子层的多功能芯片组通过第一射频线路41连接对应的射频垂直连接结构，射频垂直连接结构向射频连接层3方向延伸到射频连接层3，以向射频转接层3传递经处理后的激励信号。

射频转接层3连接对应的高频连接器44，高频连接器44向波控供电层7方向逐层延伸出波控供电层7，以接收激励信号。射频子层上设置有处理对应激励信号的多功能芯片组，包括四通道幅相多功能芯片和双通道大功率芯片，以实现对激励信号的调幅调相、信号放大、信号分路或多路信号合路。射频转接层3中设置有第二射频线路38，多功能芯片组连接对应的高频连接器44。射频转接层3上与各射频子层引入预处理结果之处对应的位置，分别设置有对应的介质波导短路面33或类同轴过渡接口36，以实现预处理结果的引入（与对应射频垂直连接结构的射频连接）。射频转接层3上设置有第二供电焊盘37，第二供电焊盘37接收通过上一层射频子层的第一供电焊盘45传递的电压和数字信号（控制信号）。例如射频转接层3上与最下层射频子层的第一供电焊盘45对应的位置，设置有第二供电焊盘37，第二供电焊盘37与最下层射频子层的第一供电焊盘45连接以获得供电和数字信号。再通过层间（射频转接层3）内部走线实现对对应芯片的供电。射频转接层3上、正对第二双通道大功率芯片31之处设置局部嵌铜32（即导热结构），其与模块腔体2直接接触进行导热。在射频转接层3上设置有空气同轴34，所述多功能芯片组，以及介质波导短路面33或类同轴过渡接口36分别通过第二射频线路38连接到对应的空气同轴34。

如图2、图5（a）所示，模块腔体2内设计有微流道，以实现快速散热。模块腔体2上对应于空气同轴34的位置，设置有第一射频连接器22，该第一射频连接器22的针头伸出模块腔体2表面，在与射频转接层3完成装配时，伸入对应的空气同轴34中完成互联，并键合到对应的介质波导短路面33或类同轴过渡接口36。

如图2、图5（b）所示，阵列天线层1上，对应于第一射频连接器22的位置，设置有第二射频连接器13，各第二射频连接器13连接有对应的天线阵，天线阵与各射频子层和射频转接层3的激励信号相对应。

参见附图2、图4（a），在一个实施例中，对应于各射频子层和射频转接层3的高频连接器44的一端均设置于最上层（靠波控供电层7方向）的射频子层，另一端均依次贯穿低频供电转接层5、盖板层6和波控供电层7。在各射频子层上，均分别设置有用于传递其后续射频子层及射频转接层3用的激励信号的激励信号过渡结构，以及用于接收本层用的激励信号的激励信号接收结构，各射频子层的激励信号过渡结构相互对应，显然，越往下层，激励信号过渡结构越少，最下层的射频子层则只有一个激励信号过渡结构和一个激励信号接收结构。除最上层的射频子层外，其余射频子层上，均设置有用于过渡其上层传递的射频信号的射频信号过渡结构，以及用于传递本层对激励信号的处理结果的射频信号传递结构，各射频子层的射频信号过渡结构相互对应，显然，越往下层，射频信号过渡结构越多，最上层射频子层只有射频信号传递结构。这样，对于各层射频子层而言，其通过本层设置的激励信号接收结构，以及其上（若有）的所有射频子层上对应的激励信号过渡结构，连接到对应的高频连接器44；各层射频子层本层设置的射频信号传递结构，以及其下（若有）的所有射频子层上对应的射频信号过渡结构，共同构成其对应的射频垂直连接结构。以三层射频子层为例，三颗高频连接器44均设置于最上层射频子层上，在最上层射频子层上，设置有射频信号传递结构，用于输出该层处理后的激励信号。中间层射频子层上，设置有激励信号过渡结构和激励信号接收结构，用于过渡最下层射频子层及射频转接层3用的激励信号，以及接收对应高频连接器44馈入的激励信号；还设置有射频信号过渡结构，连接于最上层射频子层的射频信号传递结构以对信号进行传递，还设置有射频信号传递结构，用于输出该层处理后的激励信号。最下层射频子层上，设置有激励信号接收结构，用于接收中间层射频信号的激励信号过渡结构传递的激励信号，还设置有激励信号过渡结构，连接于中间层的激励信号过渡结构，用于过渡射频转接层3用的激励信号，还设置有两个射频信号过渡结构，分别连接于中间层射频子层的射频信号过渡结构和射频信号传递结构；还设置有射频信号传递结构。最终，最下层射频子层向射频转接层3传递3路处理后的激励信号以及射频转接层3用的激励信号。

射频转接层3上，对应于最下层射频子层的激励信号过渡结构的位置，设置有激励信号接收结构，以通过其上各射频子层的激励信号过渡结构连接到对应的高频连接器44，获取激励信号。射频转接层3上与最下层射频子层的各射频信号过渡结构（若有）和射频信号传递结构对应的位置，均对应设置有介质波导短路面33，以实现射频信号接收。

阵列天线层1上所设置的天线阵，分别对应于各层射频子层和射频转接层3。以上述三层射频子层为例，阵列天线层1上，分别对应最上层射频子层、中间层射频子层、最下层射频子层、射频转接层3设置有相应的天线阵，各天线阵分别连接到对应的第二射频连接器13。例如最上层射频子层的射频信号传递结构，通过中间层射频子层、最下层射频子层的射频信号过渡结构，射频转接层3上的类同轴过渡接口，以及第一射频连接器22、第二射频连接器13，连接到对应的天线阵，其余射频子层和射频转接层3与天线阵的构造关系同理。

在实际应用中，激励信号过渡结构、激励信号接收结构、射频信号过渡结构和射频信号传递结构可分别选用类同轴过渡接口36和/或介质波导43，例如在传输偏低频频率波段的信号时，选用类同轴过渡接口36，在传输偏高频频率波段的信号时，选用介质波导43。

实施例二

以射频层4仅包含一层射频子层为例（多层同理），本实施例公开了一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，如图1所示，其包括从射频信号激励端到天线辐射端逐层设置的波控供电层7、盖板层6、低频供电转接层5、射频层4、射频转接层3、模块腔体2和阵列天线层1；如图2所示，盖板层6密封模块腔体2的开口，即低频供电转接层5、射频层4和射频转接层3均设置于模块腔体2的腔体内。

如图2、图3（a）所示，波控供电层7远离盖板层6的一侧设置有电子元器件71和第一低频供电连接器74，第一低频供电连接器74从外部电源得到所需电压。贯穿波控供电层7设置有第二低频供电连接器72，以对内（天线的结构）提供低频电源和数字信号（数字电平信号或控制信号）。

如图2、图3（c）所示，低频供电转接层5靠波控供电层7一侧、对应于第二低频供电连接器72的位置，设置有第三低频供电连接器51，第三低频供电连接器51与第二低频供电连接器72相匹配，从第二低频供电连接器72获得供电和数字信号。如图3（b）所示，盖板层6上对应于第三低频供电连接器51的位置，开设有供第三低频供电连机器51通过的开槽61。低频供电转接层5内部加入了铜基热沉，将部分射频层4的热量带到模块盖板6再传导到模块腔体2。

如图2、图4（a）所示，射频层4靠低频供电转接层5一侧设置有两颗高频连接器44，其中一颗为第一频率连接器，传输第一信号，另一颗为第二频率连接器，传输第二信号。两颗高频连接器44均依次贯穿低频供电转接层5、盖板层6和波控供电层7。射频层4作为第一信号波段工作层，其上设置有对应于第一信号的第一多功能芯片，包括第一四通道幅相多功能芯片46和第一双通道大功率芯片42，以实现对第一信号的调幅调相、信号放大、信号分路或者多路信号合路。在射频层4内部设置有第一射频线路41，第一信号波段的多路射频信号依靠该第一射频线路41实现连接。第一多功能芯片通过第一射频线路41连接第一频率连接器。射频层4上设置有第一供电焊盘45，第一供电焊盘45键合到低频供电转接层5获得供电，再通过层间（射频层4）内部走线实现对对应芯片的供电。射频层4上设置有第一介质波导43，该第一介质波导43通过第一射频线路41连接于第一多功能芯片，以向射频转接层3传递经处理后的第一信号。

如图2、图4（b）所示，射频转接层3上与第一介质波导43对应的位置，设置有介质波导短路面33，以实现与第一介质波导43的射频连接。射频转接层3上与第一供电焊盘45对应的位置，设置有第二供电焊盘37，第二供电焊盘37与第一供电焊盘45连接以获得供电，再通过层间（射频转接层3）内部走线实现对对应芯片的供电。射频转接层3上对应于第二频率连接器的位置，设置有类同轴过渡结构36，以从射频层4将第二信号引入射频转接层3。射频转接层3作为第二信号波段工作层和第一信号波段转接层，其上设置有对应于第二信号的第二多功能芯片，包括第二四通道幅相多功能芯片35和第一双通道大功率芯片31，以实现对第二信号的调幅调相、信号放大、信号分路或者多路信号合路。在射频转接层3内部设置有第二射频线路38，第二信号波段的多路射频信号依靠该第二射频线路38实现连接。第二多功能芯片通过第二射频线路38连接于类同轴过渡结构36。射频转接层3上、正对第二双通道大功率芯片31之处设置局部嵌铜32，其与模块腔体2直接接触进行导热。在射频转接层3上设置有空气同轴34，所述介质波导短路面33和第二多功能芯片分别通过第二射频线路38连接到对应的空气同轴34。

如图2、图5（a）所示，模块腔体2内设计有微流道，以实现快速散热。模块腔体2上对应于空气同轴34的位置，设置有第一射频连接器22，该第一射频连接器22的针头伸出模块腔体2表面，在与射频转接层3完成装配时，伸入对应的空气同轴34中完成互联。

如图2、图5（b）所示，阵列天线层1上，对应于第一射频连接器22的位置，设置有第二射频连接器13，各第二射频连接器13连接有对应的天线阵，其中，连接到介质波导短路面33的第二射频连接器13连接第一天线阵11，连接到第二多功能芯片的第二射频连接器13连接第二天线阵12。

从第一频率连接器接收到的第一信号（或者称为第一激励信号）馈入到射频层4，在射频层4中分配到各芯片（芯片46、42）进行数字调制和放大后，通过介质波导43、介质波导短路面33后输入到射频转接层3转接为平面微带，再键合到空气同轴34中，经第一射频连接器22、第二射频连接器13与对应的第一天线阵11连接。同理，从第二频率连接器接收的第二信号（或称为第二激励信号）通过类同轴过渡结构36从射频层4引入到射频转接层3中，经过内部芯片（芯片35、31）进行数字调制和放大后，键合到对应的空气同轴34中，经第一射频连接器22、第二射频连接器13与对应的第二天线阵12连接。这样，就完成了多频（双频）复合。

实施例三

本实施例以Ka波段和Ku波段为例，以4*4通道单元为例，本实施例公开了一种多频（双频）复合大功率瓦片式有源相控阵天线。其包括从射频信号激励端到天线辐射端逐层设置的波控供电层7、盖板层6、低频供电转接层5、射频层4、射频转接层3、模块腔体2和阵列天线层1；如图2所示，盖板层6密封模块腔体2的开口，即低频供电转接层5、射频层4和射频转接层3均设置于模块腔体2的腔体内。

微带天线阵列1由稀布的Ka天线阵（即第一天线阵11）和半波长单元间隔的的Ku天线阵（即第二天线阵12）组成，天线对外接口为第二射频连接器13；模块腔体2为正方形凹腔，底部内置微流道21和第一射频连接器22，射频连接器针头伸出腔体底面；射频转接层3主要作用为Ku波段工作层以及Ka波段转接层，含置Ku多功能芯片（即第二多功能芯片），多功能芯片分为带预放的Ku四通道幅相多功能芯片（即第二四通道幅相多功能芯片35）和Ku双通道大功率芯片（即第二双通道大功率芯片31），大功率芯片31下方局部嵌铜32直接跟模块腔体2底部接触散热；Ku类同轴过渡接口36通过类同轴垂直互连方式从射频层4馈入激励信号；Ku多路射频信号依靠内部Ku射频线路（即第二射频线路38）实现连接；介质波导短路面33通过植球焊接与射频层4中的介质波导43相连，以垂直传输Ka高频信号（已经多功能芯片组预处理过），Ka和Ku的信号最终都通过金丝键合方式与空气同轴34中的第一射频连接器22的针头互连以输出或接收射频信号；射频转接层3的供电焊盘37与射频层4上的供电焊盘45通过植球焊接垂直互连；射频层4包含2颗高频连接器44，可以传输0-40GHz的射频信号，一颗传输Ku信号（即第二信号），一颗传输Ka信号（即第一信号），高频连接器44焊接到LTCC表层；射频层4为Ka波段工作层，通过Ka四通道幅相多功能芯片（即第一四通道幅相多功能芯片46）和Ka双通道大功率芯片（即第一双通道大功率芯片42）实现信号放大和调幅调相；Ka多路射频信号依靠内部Ka射频线路41实现连接；射频层4的供电从低频供电转接板5直接键合到其供电焊盘45上，再通过层间内部走线给芯片供电；低频供电转接板5为波控供电子板7和射频层4提供供电转接，内部加入铜基热沉，将部分射频层4的热量带到模块盖板6再传导到模块金属腔；第三低频供电连接器51传输波控供电子板7上的供电和控制信号；模块盖板6可以激光缝焊到模块腔体2上实现模块气密，盖板上需要开通槽61避让高频连接器44和第三低频供电连接器51；波控供电子板7上方有封装芯片和电子元器件71以及第二低频供电连接器72，第二低频供电连接器72与第三低频供电连接器51匹配，开通槽73是为了避让高频连接器44。

波控供电子板7通过第一低频供电连接器74从外部电源得到所需电压，对内为系统内部有源芯片提供低频电源以及为数字芯片提供数字电平信号和控制时序，这些信号通过第二低频供电连接器72和第三低频供电连接器51输入到低频供电转接板5，通过金丝键合到下一层射频层4相应焊盘，为射频层4内Ka波段芯片供电，射频转接层3内Ku波段芯片的供电是通过射频层4上的供电焊盘45焊接到射频转接层3上的供电焊盘37来实现；射频层4和射频转接层3为LTCC或高介电常数的高频复合基板，内部可以通过带状线平行传输各路射频信号，也可以制作介质波导来垂直传输高频信号，本发明Ku波段信号的垂直传输用类同轴的方式传输，Ka和若用到Ka频段以上的频率则使用介质波导来垂直传输；Ka/Ku的激励信号通过高频连接器44馈入射频层4，Ka的激励信号在该射频层4内部分配到各个芯片最终经放大和数字调制后通过介质波导43垂直输出到射频转接层3转接为平面微带，经金丝键合到空气同轴34中射频连接器22针头跟Ka天线单元连接；Ku的激励信号需要通过Ku类同轴过渡接口36从射频层4将信号引入射频转接层3，经内部分配放大调制后键合到空气同轴34中射频连接器22针头跟Ku天线单元连接。

虽然本实施例采用频率为Ku频段和Ka频段，但应用时不限于该两个频率段，该架构可分别往低频段和高频段扩展，相应的调整每个通道的通道间距，设计相应频段的天线单元，多功能芯片替换为相应频段的芯片，类同轴和介质波导垂直传输的模型随频率变化做相应调整即可适应不同频段的工作。本发明内提及的Ka/Ku多功能芯片不限于单发射芯片、单接收芯片、收发多功能；不限于集成的通道数，如双通道或四通道甚至八通道。芯片装配形式不限，可用裸片焊接到射频层再金丝键合到射频线路，也可以直接使用封装芯片表贴。最终该双频复合大功率瓦式有源相控阵天线可实现整个模块气密，对外接口仅有双频信号的射频口、波控供电板上对外低频连接器。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，其包括从射频信号激励端到天线辐射端逐层设置的波控供电层（7）、盖板层（6）、低频供电转接层（5）、射频层（4）、射频转接层（3）、模块腔体（2）和阵列天线层（1）；射频层（4）包括至少一层射频子层；盖板层（6）密封模块腔体（2）的开口；

所述波控供电层（7）用于获取外部电源，并向低频供电转接层（5）供电和发送数字信号；

所述低频供电转接层（5）连接于所述波控供电层（7），用于分别获取供电和数字信号，还用于分别为各射频子层和射频转接层（3）供电和传输数字信号；

各所述射频子层和所述射频转接层（3）分别连接有对应的高频连接器（44），各所述高频连接器（44）均依次贯穿波控供电层（7）、盖板层（6）和低频供电转接层（5），连接到最上层的射频子层上；位于非最上层的各射频子层和所述射频转接层（3），分别通过相应的射频垂直连接结构连接到对应的高频连接器（44）；各射频子层分别通过相应的射频垂直连接结构将预处理结果引入所述射频转接层（3），各所述射频子层和所述射频转接层（3）分别通过对应的高频连接器（44）接收对应频率的激励信号，并根据接收的数字信号对接收的激励信号进行预处理；各所述射频子层还分别通过射频垂直传输方式将对激励信号的预处理结果引入射频转接层（3）；所述射频转接层（3）还将本层对激励信号的预处理结果，以及各层射频子层引入的预处理结果，分别通过对应的射频接口传输到设置于阵列天线层（1）上对应的天线单元；

所述模块腔体（2）层内设置有散热结构。

2.如权利要求1所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，所述射频接口为空气同轴（34）。

3.如权利要求1所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，所述射频转接层（3）设置有用于预处理激励信号的多功能芯片组，所述射频转接层（3）上设置有导热结构，所述导热结构两端分别与模块腔体（2）和所述多功能芯片组中的大功率芯片接触。

4.如权利要求1所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，所述射频垂直连接结构由类同轴过渡接口（36）或介质波导（43）构成。

5.如权利要求4所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，对于传输偏低频波段的信号，对应的射频垂直连接结构由类同轴过渡接口（36）构成，对于传输偏高频波段的信号，对应的射频垂直连接结构由介质波导（43）构成。

6.如权利要求1所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，所述散热结构为微流道（21）。

7.如权利要求2所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，各所述空气同轴（34）分别通过对应的第一射频连接结构（22）和第二射频连接结构（13）连接到对应的天线单元；所述第一射频连接结构（22）设置于模块腔体（2）上，所述第一射频连接结构（22）的针头伸入对应的所述空气同轴（34）中并与所述射频转接层（3）键合；所述第二射频连接结构（13）设置于天线阵列层（1）上，所述第二射频连接结构（13）的针头连接对应的所述天线单元。

8.如权利要求1所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，所述低频供电转接层（5）层内设置有铜基热沉。

9.如权利要求1所述的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，其特征在于，各所述射频子层和所述射频转接层（3）均设置有相互对应的供电焊盘，各所述射频子层和所述射频转接层（3）的供电焊盘依次相连，最上层射频子层的供电焊盘连接到所述低频供电转接层（5），以获得供电。

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