CN113067144A - 基于塑封硅基tr芯片的瓦片式有源相控阵子阵 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵。该有源相控阵子阵包括天线子阵、收发电路板、金属散热壳体；所述天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元组成；所述收发电路板与全部双层宽带微带贴片辐射单元层叠设置，采用多层混压板结构将相应的M×N路收发通道、控制电源分配、功分合成网络集成一体，其中，位于同一分区位置的多路收发通道集成在收发电路板上的一片塑封硅基TR芯片中，形成瓦片式结构；所述塑封硅基TR芯片与金属散热壳体之间设置有热传导金属路径。本发明系统可靠性高，形成可自由拼接的标准化有源相控阵子阵，为构架任意规模相控阵提供了便利。

Description

基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵
技术领域
本发明属于相控阵雷达技术领域，涉及一种瓦片式有源相控阵子阵。
背景技术
现有常见两维相控阵分别是砖块式和瓦片式，两者之间的区别在于TR组件排列方向与阵面关系。砖块式TR组件与阵面垂直，虽TR组件间距受到限制，但垂直维可以增加尺寸进行器件排布。瓦片式TR组件排布与阵面平行，也就是说器件排布的最大面积受到天线辐射单元间距限制，这点对TR组件尺寸提出苛刻的要求。两者相比，砖块式实现难度较小，但尺寸(特别是垂直方向)较大，体积大，质量重，目前大多数两维阵采用这种方式。
传统砖块式和瓦片式TR组件采用多个射频芯片(例如功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器、微波开关等)及数字芯片组成，尺寸大，成本高，很难适应两维相控阵天线的需求。芯片式射频前端成为目前相控阵天线发展的趋势，这种前端的关键在于芯片式TR的研制，即一个芯片内包含完整单通道或多通道TR组件所需的全部功能。
随着硅基半导体技术在微波领域的大范围使用，集成度高的硅基微波TR 芯片出现，这类芯片单片可以实现多通道TR，具有低噪放、功率放大器、开关、移相衰减、驱动等多个功能，集成度很高，理论上相较于传统方案在成本和技术指标上均有优势，芯片式相控阵也成为了目前相控阵天线发展的主流趋势。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具有低成本、高集成度、模块化、散热能力强、可靠性高的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵。
为了实现以上目的，本发明提出以下方案：
基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，包括：天线子阵、收发电路板、金属散热壳体；
所述天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元组成；
所述收发电路板与全部双层宽带微带贴片辐射单元层叠设置，采用多层混压板结构将相应的M×N路收发通道、控制电源分配、功分合成网络集成一体，其中，位于同一分区位置的多路收发通道集成在收发电路板上的一片塑封硅基TR芯片中，形成瓦片式结构；
所述塑封硅基TR芯片与金属散热壳体之间设置有热传导金属路径。
进一步地，所述M×N个双层宽带微带贴片辐射单元相应通过M×N 个绝缘子与收发电路板垂直互联形成整体。
进一步地，所述塑封硅基TR芯片下方的收发电路板印制板上设置有多个铜浆填塞的过孔，用于将塑封硅基TR芯片工作产生的热量传导至金属散热壳体。
进一步地，所述塑封硅基TR芯片集成的功能模块包括射频开关、平衡式功率放大器、限幅低噪声放大器、6位数控移相器、6位数控衰减器和驱动放大器；并集成了SPI调试接口、波控接口、电源调制接口。
进一步地，所述收发电路板上除了多片塑封硅基TR芯片之外，还包括功分合成网络以及数字控制电路。
进一步地，所述双层宽带微带贴片辐射单元共有16个，并组成4×4 的天线子阵；相应的，所述收发电路板上的塑封硅基TR芯片共有4片，每片硅基TR芯片有四路收发通道，能够完成接收信号放大和相位幅度调整，并将发射信号移相放大输出。
进一步地，所述塑封硅基TR芯片为工作在X波段的单片集成四通道 TR芯片。
进一步地，该基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵对外接口包括SMP连接器的射频接口和J30J连接器的电源控制接口。
进一步地，该基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵的工作频率为X波段，带宽1GHz，波束扫描范围：方位：±45°、俯仰：±45°。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明具有模块化、易重构、低成本的特点。本发明采用微带天线辐射阵面和芯片式TR组件构建子阵模块，采用不同数量子阵可重构任何规模的相控阵系统，且硅基芯片批量成本低，有效降低整机成本。
2、本发明具有集成度高、剖面低的特点。本发明采用高集成度硅基 TR芯片，一片芯片可以实现4通道TR，具有低噪放、功率放大器、开关、移相衰减、驱动等多个功能，且塑封后可直接表贴在印制板表面，易与天线集成，尺寸也完全满足瓦片式两维相控阵天线的需求。
3、本发明具有可靠性高的特点。本发明采用硅基芯片实现X波段高集成度两维相控阵系统，这类芯片一片实现4通道TR，可以减少芯片使用数目、简化芯片外围电路和互联工序、缩减芯片电路面积，提高TR组件集成度和综合性能，使TR组件单个通道电路占有空间减小，实现瓦片式TR组件高密度集成、低成本设计，解决瓦片式相控阵天线横向空间受限的问题。
4、本发明每个子阵模块相互独立，可以单独进行调试。如果出现故障，可以方便地拆卸任一子阵进行维修或更换，从而提高设备的维修性。
5、本发明具有散热能力强的特点。本发明的收发电路板上有多个塞铜处理的金属化过孔，此过孔位于塑封硅基TR芯片下方，将塑封硅基TR 芯片工作时产生的热量快速高效传至金属散热壳体。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源子阵三维示意图；
图2为硅基TR芯片内部原理图；
图3为图1的底视图；
图4为图1的侧视图；
其中附图标记的含义为：
1-金属散热壳体；2-塑封硅基TR芯片；3-收发电路板；4-天线辐射单元； 5-多芯连接器；6-铜浆填塞的过孔；7-绝缘子。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
参阅图1、图3与图4，下面详细描述本发明：一种基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，包括：天线子阵、收发电路板3、金属散热壳体1，天线子阵由16个天线辐射单元4(双层宽带微带贴片辐射单元)组成，按照4×4排列；收发电路板3通过多层混压板结构将16路收发通道、控制电源分配、功分合成网络集成一体，每4路收发通道集成在一片塑封硅基TR 芯片中，能够完成接收信号放大和相位幅度调整，并且能够将发射信号移相放大输出，同时，收发电路板3上有多个铜浆填塞的过孔6位于塑封硅基TR 芯片2下方，用来将塑封硅基TR芯片工作时产生的热量快速传导至金属散热壳体1；天线辐射单元4与收发电路板3层叠设计，通过绝缘子7将天线与电路板垂直互联形成整体。
硅基TR芯片单片塑封后可直接表贴在印制板表面，易与天线集成，横向尺寸满足瓦片式相控阵天线的需求，且硅基芯片批量生产成本低。利用该类芯片搭建有源相控阵标准化子阵模块，有更高集成度、更小体积以及更低批量成本，便于组建任意规模有源相控阵系统。
具体实施例为基于4通道塑封硅基芯片、采用瓦片式结构方式的有源相控阵子阵，工作频率为X波段，带宽1GHz，波束扫描范围：方位：±45°、俯仰：±45°，该基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵内部集成 16个收发通道以及16个天线辐射单元。
参阅图2：所采用的塑封硅基TR芯片是一款工作在X波段的单片集成四通道TR芯片，该芯片集成了射频开关、平衡式功率放大器、限幅低噪声放大器、6位数控移相器、6位数控衰减器、驱动放大器等功能模块，性能优良。并且集成了SPI调试接口、波控接口、电源调制等功能模块，为系统应用提供了极大的便利。硅基芯片的批量成本低，可以有效降低整机成本。使用硅基TR芯片有效解决了瓦片式有源相控阵横向空间受限的问题，金属壳体独特的散热设计也为解决散热难题提出了一个有效的方案。
本实施例中，功分合成网络印刷在PCB电路板上，功分合成网络由三个威尔金森功分器组成。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于，包括：天线子阵、收发电路板(3)、金属散热壳体(1)；
所述天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元(4)组成；
所述收发电路板(3)与全部双层宽带微带贴片辐射单元(4)层叠设置，采用多层混压板结构将相应的M×N路收发通道、控制电源分配、功分合成网络集成一体，其中，位于同一分区位置的多路收发通道集成在收发电路板(3)上的一片塑封硅基TR芯片(2)中，形成瓦片式结构；
所述塑封硅基TR芯片(2)与金属散热壳体(1)之间设置有热传导金属路径。
2.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：所述M×N个双层宽带微带贴片辐射单元(4)相应通过M×N个绝缘子(7)与收发电路板(3)垂直互联形成整体。
3.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：所述塑封硅基TR芯片(2)下方的收发电路板(3)印制板上设置有多个铜浆填塞的过孔(6)，用于将塑封硅基TR芯片(2)工作产生的热量传导至金属散热壳体(1)。
4.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：所述塑封硅基TR芯片集成的功能模块包括射频开关、平衡式功率放大器、限幅低噪声放大器、6位数控移相器、6位数控衰减器和驱动放大器；并集成了SPI调试接口、波控接口、电源调制接口。
5.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：所述收发电路板(3)上除了多片塑封硅基TR芯片(2)之外，还包括功分合成网络以及数字控制电路。
6.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：所述双层宽带微带贴片辐射单元(4)共有16个，并组成4×4的天线子阵；相应的，所述收发电路板上的塑封硅基TR芯片共有4片，每片硅基TR芯片有四路收发通道，能够完成接收信号放大和相位幅度调整，并将发射信号移相放大输出。
7.如权利要求6所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：所述塑封硅基TR芯片为工作在X波段的单片集成四通道TR芯片。
8.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：该基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵对外接口包括SMP连接器的射频接口和J30J连接器的电源控制接口。
9.如权利要求1所述的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，其特征在于：该基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵的工作频率为X波段，带宽1GHz，波束扫描范围：方位：±45°、俯仰：±45°。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451732A (zh) * 2021-08-30 2021-09-28 成都雷电微力科技股份有限公司 一种新型气密瓦片式相控阵天线
CN117791181A (zh) * 2024-02-23 2024-03-29 成都恪赛科技有限公司 一种瓦式大功率tr组件
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