CN112994760B - 一种高集成度多波束瓦片式tr组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成度多波束瓦片式TR组件，从射频公共输入端口输入的射频信号经射频控制板上的信号处理电路进行多波束信号功分、幅相调制、功率放大后，经天线输出端口实现射频信号输出；从供电与控制连接器端口输入的供电和控制信号传输到波控子板，经波控子板过渡到射频供电板进行电压转换，经电压转换后的低频信号通过毛纽扣固定板与射频控制板连通，实现供电和控制信号的传输。本发明的TR组件加入了毛纽扣固定板，可以降低装配难度和射频供电板的布线难度，使得供电和控制信号的焊盘大小、位置和分布更加自由，增加DAC芯片和射频处理芯片的集成数量，提高了多波束射频信号TR组件的集成度，具备小型化、高稳定性的特点。

Description

一种高集成度多波束瓦片式TR组件

技术领域

本发明涉及微波雷达技术领域，尤其是一种高集成度多波束瓦片式TR组件。

背景技术

近些年来，微波通信、雷达及制导领域得到了快速发展，相关平台及载体的应用场景也日渐复杂。在这种现实背景下，对装载的相控阵天线的功能和性能提出了更高的要求。而TR组件作为相控阵天线的核心部件，必须进一步提升小型化、高集成度和多功能等特性，以满足相控阵天线的应用需求。

而多波束工作条件下，TR组件需要实现对每个波束信号的控制，包括：功分/合成、功率放大和幅度相位调整等，同时控制接口、供电接口和元件连接等设计也更为复杂。传统多波束TR组件集成度低、生产装配难度高、成本高等问题限制了多波束TR组件的发展。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高集成度多波束瓦片式TR组件，有效解决多波束瓦片式TR组件集成度低、设计难度大、装配难度大的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种高集成度多波束瓦片式TR组件，包括射频公共输入端口、供电与控制连接器端口、盖板、波控子板、上腔体、射频供电板、毛纽扣固定板、射频控制板和下腔体，下腔体上集成天线输出端口；盖板、波控子板、上腔体、射频供电板、毛纽扣固定板、射频控制板、下腔体逐层垂直堆叠，波控子板安装于上腔体内，盖板密封盖合上腔体；射频供电板、毛纽扣固定板、射频控制板均设置于下腔体内，上腔体和下腔体密封盖合；

射频公共输入端口用于射频信号输入，从射频公共输入端口输入的射频信号经射频控制板上的信号处理电路进行多波束信号功分、幅相调制、功率放大后，经天线输出端口实现射频信号输出；

供电与控制连接器端口用于供电和控制信号输入，从供电与控制连接器端口输入的供电和控制信号传输到波控子板，经波控子板过渡到射频供电板进行电压转换，经电压转换后的低频信号通过毛纽扣固定板与射频控制板连通，实现供电和控制信号的传输。

进一步的，射频公共输入端口集成于盖板上，并逐层穿过波控子板、上腔体、射频供电板、毛纽扣固定板，连接于射频控制板上；供电与控制连接器端口集成于波控子板上，供电与控制连接器端口通过介质接收供电和控制信号，该介质穿过盖板。

进一步的，信号处理电路包括射频芯片控制及供电线路、多波束功分网络、多波束幅相控制芯片以及功率放大器芯片，射频芯片控制及供电线路用于接收供电和控制信号，多波束功分网络用于对射频信号功分，多波束幅相控制芯片对射频信号进行幅相调制，功率放大器芯片用于对射频信号进行功率放大；射频芯片控制及供电线路分别连接多波束幅相控制芯片和功率放大器芯片，多波束功分网络、多波束幅相控制芯片和功率放大器芯片间通过金丝键合。

进一步的，毛纽扣固定板上集成多个毛纽扣，射频供电板通过毛纽扣固定板上集成的毛纽扣实现与射频控制板间低频信号的连通。

进一步的，毛纽扣固定板上靠近射频控制板的一侧设置有多个槽，槽内设置吸波材料。

进一步的，波控子板固定于上腔体内。

进一步的，射频供电板、毛纽扣固定板和射频控制板均固定于下腔体内。

进一步的，波控子板上设置有第一插针连接器，射频供电板上设置有与第一插针连接器相匹配的第二插针连接器，第一插针连接器穿过上腔体，与第二插针连接器匹配连接。

进一步的，射频供电板上集成多个DAC数模转换芯片，对输入的供电和控制信号进行电压转换；DAC数模转换芯片在射频供电板内走线，通过穿孔将转换的电压传输到背侧的焊盘。

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TR组件加入了毛纽扣固定板，可以有效降低装配难度，有效降低射频供电板的布线难度，使得供电和控制信号的焊盘大小、位置和分布更加自由，增加DAC芯片和射频处理芯片的集成数量，提高了多波束射频信号TR组件的集成度，在体积增加不大的情况下，实现多波束的功能。

2、本发明的TR组件在毛纽扣固定板中设置了吸波材料，且未占用多余的空间，在消除自激的同时节约了空间，提高了集成度。

3、本发明的TR组件分上下腔体排布层级结构，可有效降低装配难度并提高电磁兼容性能，上、下腔体可封焊，增强气密特性。

4、本发明的TR组件的供电和控制信号过渡方式采用毛纽扣而非其它垂直过渡结构，焊点对接操作简单，板间压合的方式可以降低装配难度，并且保证接触的稳定性，从而提高TR组件工作的可靠性。

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是高集成度多波束瓦片式TR组件的整体示意图。

图2是高集成度多波束瓦片式TR组件的波控子板示意图。

图3是高集成度多波束瓦片式TR组件的射频供电板示意图。

图4是高集成度多波束瓦片式TR组件的毛纽扣固定板示意图。

图5是高集成度多波束瓦片式TR组件的射频控制板示意图。

图6是高集成度多波束瓦片式TR组件的下腔体图。

图7是高集成度多波束瓦片式TR组件的各部件分解示意图。

图中：1是盖板，11是射频公共输入端口，12是供电与控制连接器端口，2是波控子板，21是第一插针连接器，22是微矩形连接器，3是上腔体，4是射频供电板，41是DAC数模转换芯片，42是第二插针连接器，5是毛纽扣固定板，51是毛纽扣，52是槽，6是射频控制板，61是多波束幅相控制芯片，62是功率放大芯片，7是下腔体，71是天线输出端口。

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

一种高集成度多波束瓦片式TR组件，如图1、7所示，包括射频公共输入端口11、供电与控制连接器端口12、盖板1、波控子板2、上腔体3、射频供电板4、毛纽扣固定板5、射频控制板6和下腔体7，下腔体7上集成天线输出端口71。射频公共输入端口11用于射频信号输入，从射频公共输入端口11输入的射频信号经射频控制板6上的信号处理电路进行多波束信号功分、幅相调制、功率放大后，经天线输出端口71实现射频信号输出。供电和控制信号经供电与控制连接器端口12输入，从供电与控制连接器端口12输入的供电和控制信号传输到波控子板2，经波控子板2过渡到射频供电板4进行电压转换，经电压转换后的低频信号通过毛纽扣固定板5与射频控制板6连通，实现供电和控制信号的传输。毛纽扣固定板5的加入极大的减小了射频供电板4的布线困难，使得供电和控制信号焊盘的大小、位置和分布更加自由。通过合理的设计器件位置和走线分布，可以最大程度利用好射频供电板4上的空间，从而提升TR组件的集成度；也可以优化射频供电板4的厚度和层叠，进一步实现小型化和减小翘曲度。低频信号（供电和控制信号）和高频信号（射频信号）的处理方式相结合，共同实现TR组件对多波束射频信号的幅相控制功能。盖板1、波控子板2、上腔体3、射频供电板4、毛纽扣固定板5、射频控制板6、下腔体7逐层垂直堆叠，波控子板2设置于上腔体3内，盖板1密封盖合上腔体3；射频供电板4、毛纽扣固定板5、射频控制板6均设置于下腔体7内，上腔体3和下腔体7密封盖合。分上下腔体可有效降低装配难度并提高电磁兼容性能。

实施例二

一种高集成度多波束瓦片式TR组件，如图1、7所示，包括射频公共输入端口11、供电与控制连接器端口12、上腔体3、下腔体7和盖板1，盖板1安装于上腔体3敞口。上腔体3内安装波控子板2。盖板1和子板2都装配在上腔体3中，通过螺钉可以将子板2安装在上腔体3内部；通过螺钉或银胶可以将盖板1安装在上腔体3。

盖板1上集成射频公共输入端口11，用于射频信号的输入。波控子板2上集成供电与控制连接器端口12，如图2所示，该供电与控制连接器端口12上设置微矩形连接器22，该微矩形连接器22穿出所述盖板1，实现供电和控制信号的输入。

下腔体7内堆叠射频控制板6、毛纽扣固定板5、射频供电板4。上腔体3与下腔体7件气密封焊。波控子板2上的第一插针连接器21穿过上腔体3，与射频供电板4上设置的第二插针连接器42连接。

如图3所示，射频供电板4上集成多个DAC数模转换芯片41，对输入电压进行电压转换，提供射频芯片工作所需的控制电压。射频供电板4上靠毛纽扣固定板5一侧设置有多个圆焊盘，将DAC芯片的输出控制电压转到背面，与对应的圆焊盘相连，方便实现供电与控制信号对接的同时也大大减小了射频供电板的布线难度和翘曲率。多个DAC数模转换芯片，通过打孔换到底层的方式，即DAC数模转换芯片在射频供电板内走线，通过穿孔将转换的电压传输到背侧的焊盘，所谓的背侧，即射频供电板4上，与DAC数模转换芯片所在面相对的一侧。背侧的焊盘将电压信号通过毛纽扣固定板5传递给射频控制板6。该设计极大的减小了布线难度，提高了DAC芯片装配数量，从而进一步提高了TR组件的集成度。射频供电板4可以通过螺钉安装在下腔体7中。

如图4所示，毛纽扣固定板5上集成多个毛纽扣51，通过毛纽扣51实现射频供电板4和射频控制板6的供电和控制信号的连通，从而共同实现TR组件对多波束射频信号的幅相控制功能。毛纽扣固定板5是作为射频供电板4与射频控制板6之间的中间过渡板，毛纽扣固定板5上安装有多个毛纽扣51，数量、大小和相对位置与射频供电板4背面的圆焊盘和射频控制板6上的圆焊盘一一对应，通过毛纽扣51的连接实现射频供电板4和射频控制板6的供电和控制信号的连通。毛纽扣固定板5靠近射频芯片的一侧设有多个槽52，粘附吸波材料可以消除自激且尽可能节约空间。毛纽扣固定板5的加入极大的减小了射频供电板4的布线困难，使得供电和控制信号焊盘的大小、位置和分布更加自由。毛纽扣固定板5可以通过射频供电板4与射频控制板6之间的压合和螺钉来固定位置。

如图5所示，射频控制板6上集成射频芯片控制及供电线路、多波束功分网络、多波束幅相控制芯片61和功率放大芯片62，射频芯片控制及供电线路、多波束功分网络、多波束幅相控制芯片61和功率放大器芯片62之间通过金丝键合实现相互连接。射频控制板6可以通过LTCC或微波多层板等工艺实现，射频芯片控制及供电线路主要实现对多波束幅相控制芯片61和功率放大器芯片62的控制和供电，线路分布在射频控制板的多个层。多波束功分网络主要实现对多个波束的射频信号的功分，主要包括功分器线路、埋阻和屏蔽孔，不同波束的功分网络分布在射频控制板的不同层，不同波束的层之间加入屏蔽孔和地，减小不同层间的相互影响。多波束幅相控制芯片61主要功能是实现多个波束射频信号的幅度相位控制，对每一个波束射频信号，集成芯片内部包含一分四功分器和四个VM芯片，多个波束的功分器和VM芯片都集成在一个SOC芯片内部，有效提高了TR组件的集成度。功率放大器芯片62主要功能是实现射频芯片功率放大，多个波束的射频信号可以共用一个功率放大器芯片，进一步提高了TR组件的集成度。多波束幅相控制芯片61和功率放大器芯片62都放在射频控制板6内部对应开槽位置，以充分利用空间。射频控制板6表层设有多个圆焊盘，数量、大小和相对位置与射频供电板4背面的圆焊盘一一对应，通过毛纽扣51的连接实现射频供电板4和射频控制板6的供电和控制信号的连通。射频控制板6可以通过银胶粘贴到下腔体上。

射频公共输入端口11穿过波控子板2、上腔体3、射频供电板4、毛纽扣固定板5后，连接到射频控制板6，射频公共输入端口11可通过同轴连接器输入射频信号。射频控制板6可以通过LTCC或微波多层板等工艺实现。如图6所示，下腔体7上集成天线输出端口71，射频控制板6可以通过银胶粘贴到下腔体7上，功率放大芯片62的输出端连接天线输出端口71。射频信号从射频公共输入端口11输入之后，经过射频控制板6中的多波束功分网络实现射频信号功分；经过射频控制板6中集成的多波束幅相控制芯片61实现射频信号的幅相调制；经过射频控制板6中集成的功率放大器芯片62实现射频信号的功率放大，经功率放大的信号经天线输出端口71实现射频信号的输出。

本发明设计的高集成度多波束瓦片式TR组件具有高集成度、轻量化、低装配难度、高电磁兼容性、高可靠性和小尺寸等优势，在各种平台上都有很广泛的应用价值。

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 (8)

1.一种高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，包括射频公共输入端口（11）、供电与控制连接器端口（12）、盖板（1）、波控子板（2）、上腔体（3）、射频供电板（4）、毛纽扣固定板（5）、射频控制板（6）和下腔体（7），所述下腔体（7）上集成天线输出端口（71）；所述盖板（1）、波控子板（2）、上腔体（3）、射频供电板（4）、毛纽扣固定板（5）、射频控制板（6）、下腔体（7）逐层垂直堆叠，所述波控子板（2）安装于所述上腔体（3）内，所述盖板（1）密封盖合所述上腔体（3）；所述射频供电板（4）、毛纽扣固定板（5）、射频控制板（6）均设置于所述下腔体（7）内，所述上腔体（3）和所述下腔体（7）密封盖合；

所述射频公共输入端口（11）用于射频信号输入，从所述射频公共输入端口（11）输入的射频信号经所述射频控制板（6）上的信号处理电路进行多波束信号功分、幅相调制、功率放大后，经所述天线输出端口（71）实现射频信号输出；所述信号处理电路包括射频芯片控制及供电线路、多波束功分网络、多波束幅相控制芯片（61）以及功率放大器芯片（62），所述射频芯片控制及供电线路用于接收供电和控制信号，所述多波束功分网络用于对射频信号功分，所述多波束幅相控制芯片（61）用于对射频信号进行幅相调制，所述功率放大器芯片（62）用于对射频信号进行功率放大；所述射频芯片控制及供电线路分别连接所述多波束幅相控制芯片（61）和所述功率放大器芯片（62），所述多波束功分网络、多波束幅相控制芯片（61）和功率放大器芯片（62）间通过金丝键合：所述多波束功分网络包括对应各波束的功分网络，各波束的功分网络分布在所述射频控制板（6）的不同层，各波束的功分网络分别与所述多波束幅相控制芯片（61）金丝键合，所述多波束幅相控制芯片（61）与所述功率放大器芯片（62）金丝键合；

所述供电与控制连接器端口（12）用于供电和控制信号输入，从所述供电与控制连接器端口（12）输入的供电和控制信号传输到波控子板（2），经波控子板（2）过渡到射频供电板（4）进行电压转换，经电压转换后的低频信号通过毛纽扣固定板（5）与射频控制板（6）连通，实现供电和控制信号的传输。

2.如权利要求1所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述射频公共输入端口（11）集成于所述盖板（1）上，并逐层穿过所述波控子板（2）、上腔体（3）、射频供电板（4）、毛纽扣固定板（5），连接于射频控制板（6）上；所述供电与控制连接器端口（12）集成于所述波控子板（2）上，所述供电与控制连接器端口（12）通过介质接收供电和控制信号，所述介质穿过所述盖板（1）。

3.如权利要求1所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述毛纽扣固定板（5）上集成多个毛纽扣（51），所述射频供电板（4）通过所述毛纽扣固定板（5）上集成的毛纽扣（51）实现与所述射频控制板（6）间低频信号的连通。

4.如权利要求3所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述毛纽扣固定板（5）上靠近所述射频控制板（6）的一侧设置有多个槽（52），所述槽（52）内设置吸波材料。

5.如权利要求1所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述波控子板（2）固定于所述上腔体（3）内。

6.如权利要求1所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述射频供电板（4）、毛纽扣固定板（5）和射频控制板（6）均固定于所述下腔体（7）内。

7.如权利要求1所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述波控子板（2）上设置有第一插针连接器（21），所述射频供电板（4）上设置有与所述第一插针连接器（21）相匹配的第二插针连接器（42），所述第一插针连接器（21）穿过所述上腔体（3），与所述第二插针连接器（42）匹配连接。

8.如权利要求1所述的高集成度多波束瓦片式TR组件，其特征在于，所述射频供电板（4）上集成多个DAC数模转换芯片，对输入的供电和控制信号进行电压转换；所述DAC数模转换芯片在所述射频供电板（4）内走线，通过穿孔将转换的电压传输到背侧的焊盘。

Images