CN112838366B - 一种多通道表贴式t/r组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了射频微波组件领域的一种多通道表贴式T/R组件，包括基板，基板的上表面固接金属环框，金属环框上方固接盖板；基板的上表面还有呈规则分布的若干凹槽，凹槽中均设置射频通道，各凹槽之间采用隔墙对射频通道电磁隔离，隔墙与基板材质相同；隔墙中设有内腔，并在内腔中置有微波传输线；基板上还设有集总电路，射频通道的一端连接至T/R组件的天线口，另一端通过微波传输线连接至集总电路的支路口，每个射频通道与集总电路的微波传输线的电长度相等，集总电路的总口通过总口传输线连接到T/R组件的集总口。本发明采用了多通道综合集成的架构，减少了金属材料的使用量，充分利用T/R组件的内部空间，达到了小型化和轻量化的效果。
Description
技术领域
本发明涉及射频微波组件领域，具体是一种多通道表贴式T/R组件。
背景技术
T/R组件作为有源相控阵的核心，在通信和雷达系统中得到广泛应用。T/R组件是有源相控阵雷达实现快速电扫描、数字波束形成和空间功率合成的必要部件，其性能对整机的性能将产生决定性的影响。
相控阵技术的发展对T/R组件的要求越来越高，表现在：要求T/R组件小型化、轻量化、高可靠、大功率。这种发展要求给T/R组件的设计制造带来诸多难题。T/R组件的小型化，使得微波信号除了被分布在基板的表面，也可能被分布在产品空间的任意位置，信号走向变得更复杂，使设计难度大大增加；此外，通道间的物理距离减小导致通道间的空间耦合加强，对邻近通道的幅度和相位的产生影响，最终影响通道间的一致性。T/R组件发射功率的增大不仅带来散热问题，还严重影响其他电性能，包括PA后级的环行器/开关的耐受功率、发射/接收的隔离度、接收通道的指标等。
传统砖块式的T/R组件越来越难满足相控阵技术的发展需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道表贴式T/R组件，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多通道表贴式T/R组件，包括基板，所述基板的上表面固接金属环框，金属环框上方固接盖板；所述基板的上表面还有呈规则分布的若干凹槽，所述凹槽中均设置射频通道，各凹槽之间采用隔墙对射频通道电磁隔离，所述隔墙与基板材质相同；所述隔墙中设有内腔，并在内腔中置有微波传输线；所述基板上还设有集总电路，所述射频通道的一端连接至T/R组件的天线口，另一端通过所述微波传输线连接至所述集总电路的支路口，集总电路的总口通过总口传输线连接到T/R组件的集总口。
作为本发明的改进方案，所述隔墙的上表面、下表面及侧面上均设有金属膜层，用于实现对射频通道的电磁隔离。
作为本发明的改进方案，所述隔墙的上表面、下表面上均设有金属膜层，隔墙的内腔中靠近侧面的位置上下贯通有金属过孔，金属过孔连接隔墙的上表面、下表面的金属膜层，用于实现对射频通道的电磁隔离。
作为本发明的改进方案，为了实现每个射频通道与集总电路之间的微波传输线的插损一致，每个射频通道与集总电路的微波传输线的电长度相等。
作为本发明的改进方案，为了实现T/R组件的散热，所述基板选用ALN基板。
作为本发明的改进方案，所述基板底部设有表贴焊盘，T/R组件的天线口、集总口、电源/控制口设置在表贴焊盘上。
作为本发明的改进方案，所述盖板内表面贴附有吸波材料。
作为本发明的改进方案，为了充分利用隔墙的内腔空间，减少微波传输线的长度，所述微波传输线由微带线、射频类同轴孔、带状线、微带线依次连接组成，所述微波传输线一端的微带线与射频通道内部的多功能芯片连接，另一端的微带线与集总电路的内部芯片连接，射频类同轴孔与带状线位于所述隔墙的腔体中。
作为本发明的改进方案，为了充分利用隔墙的内腔空间，减少总口传输线的长度，所述总口传输线由射频类同轴孔、带状线、射频类同轴孔依次连接组成，所述总口传输线两端的射频类同轴孔分别与集总电路的内部芯片、T/R组件的集总口连接，带状线位于所述隔墙的腔体中。
作为本发明的改进方案，所述射频通道包括多功能芯片、电源控制芯片、功放芯片和限幅低噪放大芯片，其中，所述多功能芯片通过金丝键合与天线口和微波传输线进行电连接；所述电源控制芯片通过金丝键合与所述多功能芯片和电源/控制口进行电连接。
有益效果：本发明采用了多通道综合集成的架构，减少了金属材料的使用量，充分利用T/R组件的内部空间，达到了小型化和轻量化的效果。
附图说明
图1为本发明提供的T/R组件(无盖板)的整体结构图；
图2为本发明提供的盖板的结构图；
图3是本发明提供的隔墙及微波传输线的示意图；
图4是本发明提供的T/R组件的射频通道示意图。
图5是本发明提供的T/R组件的接口示意图。
图中：101-基板；102-凹槽；103-隔墙；104-微波传输线；105-集总电路；106-盖板；107-吸波材料；108-射频通道；109-总口传输线；201-多功能芯片；202-电源控制芯片；203-功放芯片；204-限幅低噪放大芯片；301-电源/控制口；302-天线口；303-集总口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-2，一种多通道表贴式T/R组件，包括基板101，基板101的上表面固接金属环框，金属环框上方固接盖板106，优选地，盖板106可采用平行缝焊或激光焊的方式与金属环框封口。可选地，盖板106内表面贴附有吸波材料107，用于吸收电磁波能量。
本实施方式中，如图5所示，基板101底部设有表贴焊盘，T/R组件的天线口302、集总口303、电源/控制口301设置在表贴焊盘上。基板101的上表面有呈规则分布的若干凹槽102，凹槽102中均设置射频通道108。
射频通道108由射频电路、电源电路、控制电路组成，具体地，如图4所示，包括多功能芯片201、电源控制芯片202、功放芯片203和限幅低噪放大芯片204。
各凹槽102之间采用隔墙103对射频通道108电磁隔离，隔墙103中设有内腔，基板101上还设有集总电路105，集总电路105由功分器或合路器构成。多功能芯片201通过金丝键合与天线口302和微波传输线104进行电连接；电源控制芯片202通过金丝键合与多功能芯片201和电源/控制口301进行电连接。
微波传输线104由微带线、射频类同轴孔、带状线、微带线依次连接组成。微波传输线104一端的微带线与射频通道108内部的多功能芯片201金丝键合，另一端的微带线与集总电路105内部芯片的支路口金丝键合，射频类同轴孔与带状线位于隔墙103的内腔中。集总电路105位于基板101的中心位置，每个射频通道108与集总电路105的微波传输线104的电长度相等，使得微波传输线104的插损一致。在满足各个射频通道108的微波传输线104的电长度相等的情况下，微波传输线104直接沿着隔墙103的内腔布置，能够尽量减小微波传输线104的长度，使得微波传输线104的损耗减小，并且不易受到外界的干扰。
优选地，凹槽102呈台阶型，也即凹槽102的上方边缘部设有槽口，用于使微波传输线104与多功能芯片201连接的微带线的所在位置与多功能芯片的表面在同一水平高度，减少线间距，可以获得较好的电性能。
集总电路105的总口通过总口传输线109连接到T/R组件的集总口303。总口传输线109由射频类同轴孔、带状线、射频类同轴孔依次连接组成；总口传输线109两侧的射频类同轴孔分别与集总电路105的内部芯片的总口、T/R组件的集总口金丝键合，总口传输线109的带状线位于隔墙103的腔体中。
总口传输线109、微波传输线104的组成结构与隔墙103充分配合，利用了隔墙103的内部空间，使隔墙103既可以为微波传输线104提供空间，又仍能够对各个射频通道108进行电磁隔离。
实施例1，凹槽102的数量为4个并行列式对称分布，射频通道108的数量也为四个，隔墙103呈十字形分布在各凹槽102之间，集总电路105处于隔墙103的中心处，使每个射频通道108与集总电路105的微波传输线104的电长度相等，进而使得插损一致。隔墙103的内腔构成了多通道架构，微波传输线104沿着隔墙103内腔的架构方向分布，充分利用了隔墙103分隔形成的三维空间。采用这种结构，隔墙103内部形成一个相对封闭的腔，将微波传输线104的射频类同轴孔、带状线布设在隔墙103的内腔中，较好的解决了等长线微波传输线的电长度相等的布线问题，利于产品的小型化。
实施例2，凹槽102设有若干个并呈圆周状均匀分布，射频通道108的数量与凹槽102的数量相同。隔墙103向外延伸出支臂直至接触到基板101内壁，从而将各个凹槽102进行分隔，集总电路105处于隔墙103的圆心处，便于使每个射频通道108与集总电路105的微波传输线104的电长度相等。与实施例1相同，本实施方式中的微波传输线104、总口传输线109同样沿着隔墙103的架构方向设置，充分利用了T/R组件的内部空间。
隔墙103的上表面、下表面均设有金属膜层，上表面、下表面用于布设微波传输线104；隔墙103的侧面存在两种结构，一种结构为隔墙103的内腔中靠近侧面的位置上下贯通有若干规则排列的金属过孔(图3所示)，另一种结构为通过侧印的方式印制金属膜层构成地平面。规则排列形成的金属过孔以及金属膜构成的地平面均可以等效成PEC理想电边界，形成对两个射频通道件的电磁信号的隔离，同时，减少了金属材料的使用，利于产品的轻量化。
本实施方式中的T/R组件，可以根据需求的通道数进行叠加组合，具体来说，将多个相同结构的T/R组件平铺，形成2*2或4*4或其他形式的点阵，即可实现利用多个T/R组件的组合应用。
为了实现轻量化，采用陶瓷等非金属材料代替高导热、高比热容的金属材料，但这使T/R组件的散热面积减小、储热减小、热阻增大，使散热问题更加突出。T/R组件的散热状态的恶化又将进一步降低性能，降低产品的可靠性。作为一种实施方式，基板101选用ALN基板101，其散热性能较佳，有利于T/R组件实现较大的发射功率，在具有电学性能的同时，还实现了高导热，并且隔墙103与基板101材质相同，可加工性强。如果T/R组件在导热方面需求不高，基板101还可采用低温陶瓷材料。
本发明采用了多通道综合集成的架构，减少了金属材料的使用量，充分利用T/R组件的内部空间，达到了小型化和轻量化的效果。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种多通道表贴式T/R组件，包括基板(101)，所述基板(101)的上表面固接金属环框，金属环框上方固接盖板(106)；其特征在于，所述基板(101)的上表面还有呈规则分布的若干凹槽(102)，所述凹槽(102)中均设置射频通道(108)，各凹槽(102)之间采用隔墙(103)对射频通道(108)电磁隔离，所述隔墙(103)与基板(101)材质相同；所述隔墙(103)中设有内腔，并在内腔中置有微波传输线(104)；所述基板(101)上还设有集总电路(105)，所述射频通道(108)的一端连接至T/R组件的天线口(302)，另一端通过所述微波传输线(104)连接至所述集总电路(105)的支路口，集总电路(105)的总口通过总口传输线(109)连接到T/R组件的集总口(303)。
2.根据权利要求1所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述隔墙(103)的上表面、下表面及侧面上均设有金属膜层。
3.根据权利要求1所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述隔墙(103)的上表面、下表面上均设有金属膜层，隔墙(103)的内腔中靠近侧面的位置上下贯通有金属过孔，金属过孔连接隔墙(103)的上表面、下表面的金属膜层。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，每个射频通道(108)与集总电路(105)的微波传输线(104)的电长度相等。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述微波传输线(104)由微带线、射频类同轴孔、带状线、微带线依次连接组成，所述微波传输线(104)一端的微带线与射频通道(108)内部的多功能芯片(201)连接，另一端的微带线与集总电路(105)的内部芯片连接，射频类同轴孔与带状线位于所述隔墙(103)的腔体中。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述总口传输线(109)由射频类同轴孔、带状线、射频类同轴孔依次连接组成；所述总口传输线(109)两端的射频类同轴孔分别与集总电路(105)的内部芯片、T/R组件的集总口连接，带状线位于所述隔墙(103)的腔体中。
7.根据权利要求1所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述基板(101)选用ALN基板(101)。
8.根据权利要求1所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述基板(101)底部设有表贴焊盘，T/R组件的天线口(302)、集总口(303)、电源/控制口(301)设置在表贴焊盘上。
9.根据权利要求1所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述盖板(106)内表面贴附有吸波材料(107)。
10.根据权利要求1所述的一种多通道表贴式T/R组件，其特征在于，所述射频通道(108)包括多功能芯片(201)、电源控制芯片(202)、功放芯片(203)和限幅低噪放大芯片(204)，其中，所述多功能芯片(201)通过金丝键合与天线口(302)和微波传输线(104)进行电连接；所述电源控制芯片(202)通过金丝键合与所述多功能芯片(201)和电源/控制口(301)进行电连接。
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