CN113093117B - 一种毫米波单通道控制tr组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波单通道控制TR组件，包括组件本体，组件本体的上侧包括多组相互电连接的VM芯片、TR芯片和传输线结构，下侧设置子板和射频供电板，子板上设置连接器，射频供电板上设置DAC芯片，子板与射频供电板电连接；上侧和下侧相对。对应于每一组射频结构，从组件本体的上侧贯穿到下侧均设置有一组绝缘子，射频供电板分别与各绝缘子的一端电连接，各绝缘子的另一端分别与对应射频结构的VM芯片和TR芯片电连接。本设计的TR组件通道间隔离、收发隔离、供电与控制信号和射频信号隔离，可以提高TR组件的控制精度可运行可靠性，节约了设计空间和制作成本，电磁兼容性能好。

Description

一种毫米波单通道控制TR组件

技术领域

本发明涉及毫米波雷达领域，尤其是一种毫米波单通道控制TR组件。

背景技术

毫米波具有频带宽、波长短、分辨率高等优点，近些年来，在雷达、通信、遥感等领域得到了快速发展，而毫米波天线前端作为毫米波雷达的关键部分，越来越值得人们的关注。毫米波TR组件作为毫米波天线前端的核心部件，其性能要求也越来越高，目前的毫米波TR组件越来越难以满足需求。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种毫米波单通道控制TR组件，以提高TR组件电磁兼容性、控制精度和可靠性。

本发明采用的技术方案如下：

一种毫米波单通道控制TR组件，包括组件本体，组件本体组件本体从中部划分为上侧和下侧；组件本体的上侧设置至少一组射频结构，各组射频结构相互隔离，每一组射频结构均包括相互电连接的VM芯片、TR芯片和传输线结构；组件本体的下侧设置子板和射频供电板，子板上设置用于接收控制和供电信号的连接器，射频供电板上设置DAC芯片，子板与射频供电板电连接；组件本体上设置有数量与射频结构数量相等的绝缘子，绝缘子与射频结构一一对应，绝缘子从射频结构所在位置贯穿到下侧，射频供电板分别与各绝缘子的一端电连接，各绝缘子的另一端分别与对应的射频结构的TR芯片和VM芯片电连接。TR组件控制各组射频结构的控制和供电信号以实现单通道控制。

进一步的，相邻射频结构之间，设置有至少一个金属隔板。金属隔板起到通道间隔离的作用，进而提高通道间隔离度和电磁兼容性能。

进一步的，DAC芯片设置于射频供电板上、远离组件本体一侧。

进一步的，组件本体包括上腔体和下腔体，上腔体的下表面与下腔体的上表面对接；上腔体的下表面和下腔体的上表面位于上侧，下腔体的下表面位于下侧；各组射频结构的VM芯片和TR芯片均设置于下腔体的上表面，各组射频结构的传输线结构均设置于上腔体和下腔体之间，绝缘子贯穿下腔体的上表面和下腔体的下表面；子板和射频供电板均设置于下腔体的下表面。

进一步的，传输线结构设置于上腔体和下腔体之间，传输线结构为波导结构、微带线结构或者介质集成波导结构之一，即传输线结构采用三者之一的结构。

进一步的，波导结构包括设置于上腔体的下表面的第一波导结构，以及设置于下腔体的上表面的第二波导结构，第一波导结构与第二波导结构位置相互匹配，第一波导结构和第二波导结构对位锁紧构成波导结构。该波导结构的设计可以便于波导结构的加工，提高了波导结构的加工精度，同时也方便通过通道间的金属结构提高通道间的隔离度。

进一步的，在上腔体的下表面上，与各TR芯片对接的位置，均设置有开槽，各开槽均设置有吸波材料层，避免出现自激。

进一步的，TR组件还包括盖板，盖板盖设于组件本体的下侧，子板和射频供电板位于盖板和组件本体之间。

进一步的，绝缘子焊接于下腔体中，绝缘子的两端为表面镀金结构，以方便电连接。

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、本设计的TR组件采用单通道输入、单通道输出工作模式：每个通道都可以作为发射通道与接收通道使用；当作发射通道时，射频信号从传输线结构输入，经VM芯片幅相控制和TR芯片放大之后，从传输线结构输出到天线；当作接收通道时，TR芯片从传输线结构输入，经芯片放大和VM芯片幅相控制之后，从传输线结构输出；接收和发射共用一个通道，共用VM芯片和TR芯片，极大地节约了设计空间和制作成本。接收和发射分时工作，大幅提高了接收和发射隔离度。

2、本设计的TR组件的各通道可单独开启和关断，可以提高TR组件的控制精度。

3、本设计的TR组件的各组射频结构之间相互隔离，通道隔离度高，电磁兼容性能好。

4、本设计的TR组件将DAC芯片、射频供电板和子板等数字器件与TR芯片、VM芯片等射频器件分别放置在相对的两侧，充分实现了供电与控制信号与射频信号的充分隔离，保障TR组件良好的电磁兼容性能，同时也提高了TR组件的可靠性和可返修性。

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TR组件的分层结构图。

图2是TR组件的整体示意图。

图3是TR组件的上腔体示意图。

图4是TR组件的下腔体示意图。

图5是TR组件的子板示意图。

图6是TR组件的射频供电板示意图。

图7是TR组件的盖板示意图。

图中，A为上侧，B为下侧，C为中部，1为上腔体，2为下腔体，3为子板，4为射频供电板，5为盖板，1a为上腔体的上表面，1b为上腔体的下表面，11为波导结构，11a为第一波导结构，11b为第二波导结构，2a为下腔体的上表面，2b为下腔体的下表面，21为TR芯片，22为VM芯片，23为绝缘子，31为连接器，41为DAC芯片。

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

一种毫米波单通道控制TR组件，参见附图1-7，该TR组件包括组件本体，组件本体包括上侧A和下侧B，上侧A和下侧B为组件本体从中部C划分的两部分，需要说明的是，本发明中所提到的“中部C”，可以是组件本体的正中间，也可以是其他的非边缘的位置，只要能够隔离上侧A中的电子元件和下侧B中的电子元件即可。组件本体的上侧A设置若干组射频结构，相邻射频结构之间相互隔离，可以通过如设置金属板来实现相互隔离，增加通道间的隔离度。每一组射频结构均包括相互金丝键合的TR芯片21、VM芯片22和传输线结构。传输线结构包括但不限于波导结构11、微带线结构或则介质集成波导结构（SIW）。参见附图1，组件本体的下侧B设置子板3和射频供电板4；如图2、5所示，子板3上设置连接器31，子板3通过该连接器31接收外部的控制和供电信号，并实现控制和供电信号的转换与分配。射频供电板4上设置DAC芯片41，DAC芯片41的作用在于提供VM芯片22幅相控制所需的IQ控制电压，DAC芯片41粘贴于射频供电板4上，引脚通过金丝键合的方式连接射频供电板4上的相应焊盘。子板3和射频供电板4间金丝键合，射频供电板4的作用在于传输TR芯片21和VM芯片22工作所需的供电与控制信号。从射频结构所在位置贯穿到下侧B，设置有绝缘子23，绝缘子23的数量与射频结构的数量相等，绝缘子23与射频结构一一对应。绝缘子23的两端均表面镀金，射频供电板4分别与各绝缘子23的一端金丝键合，各绝缘子23的另一端分别与对应的射频结构的TR芯片21和VM芯片22金丝键合。本设计的TR组件将DAC芯片41、射频供电板4和子板3等数字器件与TR芯片21、VM芯片22等射频器件分别放置在组件本体的两侧而非同一板层上，实现了供电与控制信号与射频信号的充分隔离，保障TR组件良好的电磁兼容性能，同时也提高了TR组件的可靠性和可返修性。

如图2所示，该TR组件整体成砖块式，TR组件控制各射频结构（即各通道）的控制和供电信号，以实现单通道控制。采用单通道输入——单通道输出工作模式：每个单通道都可以作为发射通道与接收通道使用，发射和接收公用一个通道，公用VM芯片22和TR芯片21，极大地节省了空间，降低了制作成本。发射功能与接收功能采用分时工作模式，实现通道内发射与接收的完全隔离。以波导结构作为传输线结构为例，当作发射通道时，射频信号从波导口输入，经VM芯片22幅相控制和TR芯片21放大之后，从波导口输出到天线；当作接收通道时，TR芯片21从波导口输入，经芯片放大和VM芯片22幅相控制之后，从波导口输出。接收与发射都可以实现对射频信号的放大和幅相控制功能；该TR组件可以控制单个通道的芯片电源开启与关断，大幅度减小了通道间的相互影响，加强了TR组件的通道控制能力。

如图6所示，DAC芯片41设置于射频供电板4上远离组件本体的一侧。如图1、7所示，在子板3和射频供电板4上，还加盖有盖板5，盖板5通过螺钉安装在组件本体的下侧B，起到保护子板3和射频供电板4的作用。

实施例二

本实施例公开了组件本体的结构。

组件本体包括上腔体1和下腔体2，如图1、3、4所示，上腔体1包括上腔体的上表面1a和上腔体的下表面1b，上腔体的上表面1a和上腔体的下表面1b成相对面；下腔体2包括下腔体的上表面2a和下腔体的下表面2b，下腔体的上表面2a和下腔体的下表面2b成相对面。上腔体的下表面1b与下腔体的上表面2a对接，通过螺钉连接在一起，位置位于组件本体的上侧A。传输线结构即设置于上腔体的下表面1b与下腔体的上表面2a之间。各组射频结构的VM芯片22和TR芯片21均设置于下腔体的上表面2a，绝缘子23贯穿下腔体的上表面2a和下腔体的下表面2b，子板3和射频供电板4均设置于下腔体的下表面2b。

前文说到，传输线结构可以为波导结构11，或者微带线结构，或者介质集成波导结构。在一些实施方式中，传输线结构采用波导结构11，在上腔体的下表面1b设置有第一波导结构11a，该第一波导结构11a构成波导结构11的二分之一，如图3所示；在下腔体的上表面2a对应位置设置有第二波导结构11b，该第二波导结构11b构成波导结构11剩下的二分之一，如图4所示。将第一波导结构11a和第二波导结构11b通过螺钉对位锁紧，即构成所述波导结构11。

在上腔体的下表面1b上，对应于各TR芯片21的位置，即与各TR芯片21对接的位置，均设置有开槽（未示出），各开槽均设置有吸波材料层（即由吸波材料形成的填充结构），以防止自激。

实施例三

本实施例以设计6个通道为例（其余通道数量同理设计），公开了一种W波段单通道控制TR组件，如图1-7所示，包括上腔体1和下腔体2，上腔体1包括上腔体的上表面1a和上腔体的下表面1b，上腔体的上表面1a和上腔体的下表面1b相对；下腔体2包括下腔体的上表面2a和下腔体的下表面2b，下腔体的上表面2a和下腔体的下表面2b相对。上腔体的下表面1b与下腔体的上表面2a对接，通过螺钉连接在一起。

上腔体的下表面1b上设置有6组第一波导结构11a，各第一波导结构11a分别构成6组波导结构11的二分之一，如图3所示。下腔体的上表面2a上对应位置设置有6组第二波导结构11b，各第二波导结构11b构成6组波导结构11剩下的二分之一，如图4所示。将各第一波导结构11a和各第二波导结构11b通过螺钉对位锁紧，即构成6组波导结构11。将波导结构11一分为二进行设计，一方面便于加工，提高加工精度，另一方面，也方便通过通道间的金属结构提高通道间的隔离度。

下腔体的上表面2a上设置6组射频结构，每一组射频结构分别与一组波导结构11相匹配。相邻射频结构之间通过一块金属板相互隔离。每一组射频结构均包括相互金丝键合的TR芯片21和VM芯片22，每一组射频结构的TR芯片21和VM芯片22均与所匹配的波导结构11电连接。上腔体的下表面1b上对应于各TR芯片21的位置，均设有开槽，开槽内填充吸波材料层，避免自激。下腔体的下表面2b上设置子板3和射频供电板4，子板3上设置连接器31，子板3通过该连接器31接收外部的控制和供电信号，并将控制和供电信号进行转换，分配为6组，6组控制和供电信号独立执行，实现6个通道的单独控制。射频供电板4上设置DAC芯片41，DAC芯片41的作用在于分别提供6组VM芯片22幅相控制所需的IQ控制电压，DAC芯片41粘贴于射频供电板4上远离上腔体1的一侧，引脚通过金丝键合的方式连接于射频供电板4上的相应焊盘。子板3和射频供电板4间金丝键合，射频供电板4的作用在于传输TR芯片21和VM芯片22工作所需的供电与控制信号。在下腔体2上，对应于6组射频结构的位置，贯穿下腔体的上表面2a和下腔体的下表面2b均焊接有一组绝缘子23，共计6组绝缘子23，绝缘子23的两端均表面镀金，射频供电板4分别与6组绝缘子23的一端金丝键合，各组绝缘子23的另一端分别与对应的TR芯片21和VM芯片22金丝键合。

在子板3和射频供电板4上，还加盖有盖板5，盖板5通过螺钉安装在组件本体的下侧B，起到保护子板3和射频供电板4的作用。

本设计的TR组件并不局限于W波段，其它微波频段同样适用。

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)

1.一种毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，包括组件本体，所述组件本体包括相对的第一侧和第二侧，组件本体的所述第一侧设置至少一组射频结构，各组射频结构相互隔离，每一组射频结构均包括相互电连接的VM芯片（22）、TR芯片（21）和传输线结构；组件本体的所述第二侧设置子板（3）和射频供电板（4），所述子板（3）上设置用于接收控制和供电信号的连接器（31），所述射频供电板（4）上设置DAC芯片（41），所述子板（3）与所述射频供电板（4）电连接；对应于每一组射频结构，从组件本体的所述第一侧贯穿到所述第二侧均设置有一组绝缘子（23），所述射频供电板（4）与对应绝缘子（23）的一端电连接，所述绝缘子（23）的另一端与对应的TR组件（21）和VM芯片（22）电连接；TR组件控制各组射频结构的控制和供电信号以实现单通道控制；所述组件本体包括上腔体（1）和下腔体（2），上腔体的下表面（1b）与下腔体的上表面（2a）对接；各组射频结构的VM芯片（22）和TR芯片（21）均设置于所述下腔体的上表面（2a），所述绝缘子（23）贯穿下腔体的上表面（2a）和下腔体的下表面（2b）。

2.如权利要求1所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，相邻射频结构之间，设置有至少一个金属隔板。

3.如权利要求1所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，所述DAC芯片（41）设置于所述射频供电板（4）上、远离所述组件本体一侧。

4.如权利要求1所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，所述传输线结构为设置于所述上腔体（1）和所述下腔体（2）之间的波导结构（11）、微带线结构或者介质集成波导结构。

5.如权利要求4所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，所述波导结构（11）包括设置于所述上腔体的下表面（1b）的第一波导结构（11a），以及设置于所述下腔体的上表面（2a）的第二波导结构（11b），所述第一波导结构（11a）与所述第二波导结构（11b）位置相对应，所述第一波导结构（11a）和所述第二波导结构（11b）对位锁紧构成所述波导结构（11）。

6.如权利要求1所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，在所述上腔体的下表面（1b）上，对应于各TR芯片（21）的位置，均设置有开槽，各所述开槽均设置有吸波材料层。

7.如权利要求1所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，还包括盖板（5），所述盖板（5）盖设于组件本体的所述第二侧，所述子板（3）和所述射频供电板（4）位于所述盖板（5）和所述组件本体之间。

8.如权利要求1所述的毫米波单通道控制TR组件，其特征在于，所述绝缘子（23）焊接于所述下腔体（2）中，所述绝缘子（23）的两端为表面镀金结构。

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