CN113126074A - X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端 - Google Patents

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Abstract

本发明属于相控阵雷达技术领域，涉及一种X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端。该装置包括天线罩、采用硅基TR芯片的有源相控阵子阵、散热壳体、功分合成网络、波控电源板、和差网络、频综接收机和数采板；散热壳体作为主体支架，多个所述有源相控阵子阵安装在散热壳体上，将有源相控阵子阵产生的热传导至散热壳体，通过散热壳体背部的热管将热量传导至散热壳体两侧；和差网络与所述波控电源板在同一平面对应设置，波控电源板与和差网络安装在散热壳体背面，两者共用背部面积。本发明具有低成本、高集成度、模块化、散热能力强、可靠性高的特点，且具有快速维修能力。

Description

X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端
技术领域
本发明属于相控阵雷达技术领域，涉及一种X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端。
背景技术
相控阵天线因其波束捷变的能力，可快速对多目标进行跟踪搜索，广泛应用于雷达领域。目前，受到成本因素和TR尺寸的制约，二维相控阵应用相比较一维相控阵少很多。
一方面，TR组件成本较高，两维相控阵通道数大幅度增加，每个通道对应一路TR组件，过多的TR组件导致两维相控阵成本过高；另一方面，传统TR组件采用分离器件集成，尺寸较大，使得两维相控阵体积重量明显上升。
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、可靠性高且具有快速维修能力的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端。
为了实现以上目的，本发明提出以下方案：
一种X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于，包括：天线罩、有源相控阵子阵、散热壳体、功分合成网络、波控电源板、和差网络、频综接收机、数采板和离心风机；
所述天线罩位于第一平面；
所述有源相控阵子阵位于第二平面；
所述散热壳体位于第三平面，散热壳体作为主体支架，多个所述有源相控阵子阵安装在散热壳体上，将有源相控阵子阵产生的热传导至散热壳体，通过散热壳体背部的热管将热量传导至散热壳体两侧；
所述功分合成网络位于第四平面；
所述波控电源板位于第五平面；
所述和差网络，与所述波控电源板在同一平面对应设置，波控电源板与和差网络安装在散热壳体背面，两者共用背部面积，其中和差网络位于中心部分，与功分合成网络相互连接，波控电源板使用和差网络周围面积；
所述频综接收机与数采板层叠结构，整体设置于外部的机箱中，两者通过母板进行电气信号连接。
进一步地，散热壳体的外部设置有离心风机。
进一步地，所述有源相控阵子阵包括天线子阵和收发电路板；其中，天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元组成；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芯片与散热壳体之间设置有热传导路径。
进一步地，还包括后盖板，用于安装固定频综接收机和数采板所在的所述机箱，并将两者热传导至后盖板后侧散热齿，通过离心风机强制风冷。
进一步地，所述有源相控阵子阵共有36个，成6×6阵列排布。
进一步地，每个所述有源相控阵子阵包含4×4个相控阵天线单元及收发通道。
进一步地，所述功分合成网络共有4块，每块功分合成网络连接3×3个有源相控阵子阵。
进一步地，所述波控电源板共有4块，每块波控电源板连接3×3个有源相控阵子阵。
进一步地，所述功分合成网络与有源相控阵子阵通过SMP连接器相互连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明具有成本低、模块化的特点。本发明采用瓦片式结构，天线阵面和芯片式TR组件子阵模块设计，基于标准子阵积木式拼搭扩展设计实现全部阵列设计，且硅基芯片批量成本低，能有效降低整机成本。
2、本发明具有集成度高的特点。本发明采用集成度高的硅基微波TR芯片，一片可以实现多通道TR，具有低噪放、放大器、开关、移相衰减、驱动等多个功能，集成度很高，且塑封后可直接表贴在印制板表面，易与天线辐射单元集成，尺寸也完全满足瓦片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雷达前端，这类芯片一片可以实现多通道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X波段瓦片式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。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测试和维护，从而提高设备的可靠性。
4、本发明具有散热能力强的特点。本发明对散热能力进行了整体设计，有源子阵、频综接收机、波控电源板、数采板、和差网络均能有效的将热量导到散热壳体上，并且散热壳体的两侧和后端均有散热齿和风机，有效的形成气流回路进行散热。
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X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端三维示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1中有源子阵与功分合成网络的俯视图；
图4为图1中频综接收机的三维示意图；
图5为图1中数采板的三维示意图；
图6为图1中频综接收机与数采板的三维结构示意图；
其中附图标记的含义为：
1-天线罩；2-有源相控阵子阵；3-散热壳体；4-功分合成网络；5-波控电源板；6-和差网络；7-频综接收机；8-数采板；9-离心风机；10-散热齿；11-多芯连接器。
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6，一种X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，包括：天线罩1、有源相控阵子阵2、散热壳体3、功分合成网络4、波控电源板5、和差网络6、频综接收机7、数采板8和离心风机9。散热壳体3作为主体支架，有源相控阵子阵2安装在散热壳体3上，将有源相控阵子阵2产生的热传导至散热壳体3，通过壳体背部的热管将热量传导至壳体两侧，通过离心风机9制冷。
本实施例中的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端包括6×6个有源相控阵子阵2，每个有源相控阵子阵2包含4×4个天线辐射单元；并且此X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端包括4块功分合成网络4，每块功分合成网络4连接3×3个有源相控阵子阵2，功分合成网络4与有源相控阵子阵2通过SMP连接器相互连接。
本实施例所述X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端包括4块波控电源板5，每块波控电源板5连接3×3个有源相控阵子阵2；波控电源板5与和差网络6平行对应设置，安装在散热壳体3背面，两者共用背部面积，其中和差网络6位于中心部分，与四块功分合成网络4相互连接，波控电源板5使用和差网络6周围面积，与有源相控阵子阵2通过J30J多芯连接器11相互电气连接；频综接收机7与数采板8层叠结构，位于固定在后盖板上的机箱中，两者通过母板进行电气信号连接，后盖板上安装了固定频综接收机7和数采板8的机箱，并将两者热传导至后盖板后侧散热齿10，通过离心风机9强制风冷。
本实施例中的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端接收时将空间电磁波信号通过阵列天线接收，并通过接收通道将信号放大、相位补偿、幅度补偿，在通过功分合成单脉冲网络将多通道信号射频合成，形成和波束、方位差波束以及俯仰差波束，送至后端接收机。射频射频前端发射时，后端频综接收机产生的发射激励信号送至功分合成单脉冲网络，功分至多路发射通道，信号经TR模块内发射通道相位补偿、放大输出给天线，能量经天线辐射在空间指定方向形成波束。
具体实施例基于四通道塑封硅基芯片，采用瓦片式结构方式的有源相控阵子阵，有源相控阵子阵规模为6×6，阵元规模为24×24，工作频率为X波段，带宽1GHz，波束扫描范围：方位：±45°、俯仰：±45°，每个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。
本实施例基于标准子阵积木式拼搭扩展设计实现全部阵列设计，硅基芯片批量成本低，可以有效降低整机成本。
通过实际加工测试，该原理样机的尺寸为663mm×536mm×98mm，重量＜15Kg，具有低成本、高集成度、模块化、散热能力强、可靠性高且具有快速维修能力的特点。可以实现方位面±45°波束扫描，俯仰面±45°波束扫描，EIRP>85.5dBm，G/T≥3.2dB/K，射频前端总功耗<500W，接收波束宽度为4.5°×3.8°，发射波束宽度为3.8°×3.2°，具有良好的电性能。
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)

1.一种X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于，包括：天线罩(1)、有源相控阵子阵(2)、散热壳体(3)、功分合成网络(4)、波控电源板(5)、和差网络(6)、频综接收机(7)、数采板(8)和离心风机(9)；
所述天线罩(1)位于第一平面；
所述有源相控阵子阵(2)位于第二平面；
所述散热壳体(3)位于第三平面，散热壳体(3)作为主体支架，多个所述有源相控阵子阵(2)安装在散热壳体(3)上，将有源相控阵子阵(2)产生的热传导至散热壳体(3)，通过散热壳体背部的热管将热量传导至散热壳体两侧；
所述功分合成网络(4)位于第四平面；
所述波控电源板(5)位于第五平面；
所述和差网络(6)，与所述波控电源板(5)在同一平面对应设置，波控电源板(5)与和差网络(6)安装在散热壳体(3)背面，两者共用背部面积，其中和差网络(6)位于中心部分，与功分合成网络(4)相互连接，波控电源板(5)使用和差网络(6)周围面积；
所述频综接收机(7)与数采板(8)层叠结构，整体设置于外部的机箱中，两者通过母板进行电气信号连接。
2.根据权利要求1所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：所述散热壳体的外部设置有离心风机(9)。
3.根据权利要求1所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：所述有源相控阵子阵(2)包括天线子阵和收发电路板；其中，天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元组成；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芯片与散热壳体(3)之间设置有热传导路径。
4.根据权利要求1所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：还包括后盖板，用于安装固定频综接收机(7)和数采板(8)所在的所述机箱，并将两者热传导至后盖板后侧散热齿，通过离心风机(9)强制风冷。
5.根据权利要求1所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：所述有源相控阵子阵(2)共有36个，成6×6阵列排布。
6.根据权利要求5所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：每个所述有源相控阵子阵(2)包含4×4个相控阵天线单元及收发通道。
7.根据权利要求6所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：所述功分合成网络(4)共有4块，每块功分合成网络(4)连接3×3个有源相控阵子阵(2)。
8.根据权利要求7所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：所述波控电源板(5)共有4块，每块波控电源板(5)连接3×3个有源相控阵子阵(2)。
9.根据权利要求7所述的X波段高集成度两维相控阵雷达射频前端，其特征在于：所述功分合成网络(4)与有源相控阵子阵(2)通过SMP连接器相互连接。
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