CN113131211B - 相控阵天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵天线装置，包括：电路板，具有相对的上表面和下表面，上表面设置有多个射频模块；隔离栅，设置于电路板的上表面，隔离栅包括相继分布的多个隔离单元，隔离单元围绕各射频模块的周向分布；屏蔽层，设置于所述隔离栅，屏蔽层包括与各隔离单元一一对应的屏蔽单元，以使各射频模块位于独立的屏蔽空间；辐射阵元层，设置于屏蔽层背向所述隔离栅一侧，辐射阵元层包括与各射频模块一一对应的天线辐射阵子，天线辐射阵子与射频模块电连接。天线辐射阵子通过连接器组件和射频模块电连接。各个射频模块分别密闭空间内，防止各个射频模块之间的电磁干扰，提高了信号的稳定性。

Description

相控阵天线装置

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种相控阵天线装置。

背景技术

相控天线是相控阵系统的核心部分，特别是有二维有源相控阵天线，其集成水平决定了整个相控阵系统的性能和水平。有源相控阵天线按照电路的组装方式大致可以分为砖式和瓦式两种方式。砖式有源相控阵天线是可以认为第一代产品，具有重量大、体积笨重，成产组装困难的缺点。而瓦式有源相控阵天线是第二代产品，其利用横向集成纵向组装的方式，将MMIC分布在与天线口径面平行的平面内，通过总线的层叠组装形成相控阵列，相较于砖式有限元相控阵天线，重量和体积得到极大的缩减，瓦式TR组件成本比砖式TR组件侧成本低76％，体积和重量分别是砖式TR组件的86％和67％。

目前已有的瓦式有源相控阵架构，包括天线阵面、T/R组件以及波束形成网络等等。天线在接收信号和发射信号时，各个天线的射频通道之间会产生电子干扰，影响信号的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种相控阵天线装置，能够解决各个天线的射频通道之间会产生电子干扰，进而影响信号的稳定性的问题。

本发明实施例提供了一种相控阵天线装置，包括：电路板，具有相对的上表面和下表面，所述上表面设置有多个射频模块；隔离栅，设置于所述电路板的上表面，所述隔离栅包括相继分布的多个隔离单元，所述隔离单元围绕各所述射频模块的周向分布；屏蔽层，设置于所述隔离栅，所述屏蔽层包括与各所述隔离单元一一对应的屏蔽单元，以使各所述射频模块位于独立的屏蔽空间；辐射阵元层，设置于所述屏蔽层背向所述隔离栅一侧，所述辐射阵元层包括与各所述射频模块一一对应的天线辐射阵子，所述天线辐射阵子与所述射频模块电连接。

在一些可选的实施例中，所述电路板进一步集成有波束控制模块及电源模块，所述波束控制模块及电源模块位于所述下表面；所述电源模块与所述射频模块之间电连接；所述电源模块与所述波束控制模块之间电连接；所述射频模块与所述波束控制模块之间电连接。

在一些可选的实施例中，多个所述射频模块呈阵列分布于所述电路板。

在一些可选的实施例中，所述隔离单元在垂直于所述隔离栅厚度方向上的横截面呈环形和/或多边形。

在一些可选的实施例中，所述隔离单元包括栅格主体和由所述栅格主体围合形成的第一镂空区域，各所述射频模块位于所述第一镂空区域。

在一些可选的实施例中，所述栅格主体在所述隔离栅厚度方向上的横截面呈倒梯形、矩形及圆形中的一种或几种的任意组合。

在一些可选的实施例中，各所述屏蔽单元包括屏蔽盖和屏蔽主体，所述屏蔽盖设置于所述屏蔽主体靠近所述隔离栅的表面，所述屏蔽主体围合形成与所述天线辐射阵子一一对应的第二镂空区。

在一些可选的实施例中，所述屏蔽盖设置有多个安装孔。

在一些可选的实施例中，所述天线辐射阵子、所述屏蔽主体和所述屏蔽盖形成保护腔。

在一些可选的实施例中，还包括连接器组件，所述天线辐射阵子和所述射频模块通过所述连接器组件电连接；所述连接器组件包括相耦合的第一连接器和第二连接器，所述第一连接器安装于所述天线，所述第二连接器安装于所述射频模块。

在一些可选的实施例中，所述第一连接器穿过所述保护腔和所述安装孔与所述第二连接器连接。

在一些可选的实施例中，所述射频模块包括信号接收模块和信号发射模块；所述信号发射模块包括驱动放大器和功率放大器；所述信号发射模块包括控制开关、移相器以及驱动放大器。

在一些可选的实施例中，所述隔离栅面向所述屏蔽空间的表面涂布有屏蔽材料。

与现有技术相比，本申请实施例提供了一种相控阵天线装置，包括：电路板、阻挡坝、屏蔽层和辐射阵元层，电路板具有相对的上表面和下表面，电路板的上表面设置有多个射频模块；多个阻挡坝分别沿各射频模块的周向设置于电路板的上表面，屏蔽层覆盖于阻挡坝，以使各射频模块位于独立的密闭空间；辐射阵元层覆盖于屏蔽层，辐射阵元层设置有与各射频模块相对应的天线辐射阵子，天线辐射阵子通过连接器组件和射频模块电连接。天线在接收信号和发射信号时，各个射频模块分别位于电路板、阻挡坝以及屏蔽层围成的密闭空间内，防止各个射频模块之间的电磁干扰，提高了信号的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种相控阵天线装置的爆炸状态示意图；

图2是本发明一实施例提供一种相控阵天线装置沿厚度方向的截面示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种隔离栅的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的另一种隔离栅的结构示意图。

附图中：1-电路板；11-射频模块；2-隔离栅；21-隔离单元；211-栅格主体；3-屏蔽层；31-屏蔽单元；311-屏蔽盖；312-屏蔽主体；313-安装孔；4-辐射阵元层；41-天线辐射阵子；5-波束控制模块；6-电源模块；7-连接器组件；71-第一连接器；72-第二连接器。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种相控阵天线装置的爆炸状态示意图；

图2是本发明一实施例提供一种相控阵天线装置沿厚度方向截面示意图；

图3是本发明实施例提供的一种隔离栅的结构示意图；图4是本发明实施例提供的另一种隔离栅的结构示意图。

本申请提供了一种相控阵天线装置，请参阅图1和图2，包括：电路板1，具有相对的上表面和下表面，上表面设置有多个射频模块11；隔离栅2，设置于电路板1的上表面，隔离栅2包括相继分布的多个隔离单元21，隔离单元21围绕各射频模块11的周向分布；屏蔽层3，设置于隔离栅2，屏蔽层3包括与各隔离单元21一一对应的屏蔽单元31，以使各射频模块11位于独立的屏蔽空间；辐射阵元层4，设置于屏蔽层3背向隔离栅2一侧，辐射阵元层4包括与各射频模块11一一对应的天线辐射阵子41，天线辐射阵子41与射频模块11电连接。天线在接收信号和发射信号时，各个射频模块11分别位于电路板1、隔离栅2以及屏蔽层3围成的密闭空间内，防止各个射频模块11之间的电磁干扰，提高了信号的稳定性。

具体地，在相控天线装置的厚度方向具有相对的顶端和底端，从底端至顶端依次叠层设置有电路板、隔离栅2、屏蔽层3以及辐射阵元层4。在相控天线装置的厚度方向，电路板1具有相对的上表面和下表面，多个射频模块11呈阵列设置于电路板1的上表面，电路板1进一步集成有波束控制模块5及电源模块6，波束控制模块5及电源模块6位于下表面；电源模块6与射频模块11之间电连接；电源模块6与波束控制模块5之间电连接；射频模块与波束控制模块5之间电连接。将射频模块11、波束控制模块5和电源模块6集中设置在一张电路板1，实现了相控天线装置的高密度集成。

进一步地，电路板1上集成设置有第一供电线、第一供电线以及信号控制线。电源模块6与射频模块11之间通过第一供电线连接，节约了电源模块6与射频模块11之间连接器的使用。电源模块6与波束控制模块5之间通过第二供电线连接，节约了电源模块6与波束控制模块5之间连接器的使用。射频模块11与波束控制模块5之间通过信号控制线连接。节约了射频模块11与波束控制模块5之间连接器的使用，降低了成本，实现了相控天线装置的高密度集成，降低了相控阵天线装置的重量。将射频模块11、波束控制模块5和电源模块6集中设置在一张电路板1，且减少了连接器组件的使用，降低了整体相控阵天线装置的厚度，进而降低了整体相控阵天线装置的体积。

进一步地，隔离栅的厚度控制在7-10mm，优选的，隔离栅的厚度为8mm。当隔离栅的厚度为8mm时，相邻屏蔽空间的屏蔽效果最好。

在一些可选的实施例中，多个射频模块11呈阵列分布于电路板1。各个射频模块11分别与电源模块6和波束控制模块5电连接。隔离栅2中的各个隔离单元21分别和各个射频模块11对应，且各个隔离单元21分别沿各个射频模块11的周向分布，以界定出各个射频模块11所在的区域。天线在接收信号和发射信号时，各个射频模块11分别位于电路板1、阻挡坝以及屏蔽层3围成的密闭空间内，防止各个射频模块11之间的电磁干扰，提高了信号的稳定性。

具体地，隔离单元21在垂直于隔离栅2厚度方向上的横截面呈环形和/或多边形。隔离单元21的形状和结构简单，便于加工和制造，成本低。隔离单元21包括栅格主体211和由栅格主体211围合形成的第一镂空区域，各射频模块11位于第一镂空区域，栅格主体211界定出了各个射频模块11所在的区域，相邻的射频模块11之间通过栅格主体隔离，防止各个射频模块11之间的电磁干扰，提高了信号的稳定性。

可以理解的是，栅格单元21在垂直于隔离栅2厚度方向上的横截面为圆形或者椭圆形时，相邻的栅格单元21通过连接件进行连接，可选的，连接件的材料和隔离栅2的材料相同，连接件的形状为“十”或者“X”字形，相邻的栅格单元21通过连接件进行连接。隔离栅2的制作简单，工艺成本较低，且能够实现较好的屏蔽效果。可选的，隔离栅2通过刻蚀工艺形成多个第一镂空区。栅格单元21在垂直于隔离栅2厚度方向上的横截面为正四边形时，相邻栅格单元21之间通过栅格主体211的侧壁进行连接。可选的，所有栅格主体21的大小一致，且各个栅格主体21呈阵列排布。

进一步地，栅格主体211在隔离栅2厚度方向上的横截面呈倒梯形、矩形及圆形中的一种或几种的任意组合。栅格主体211的形状简单，便于加工和制造，成本低。

进一步地，各个隔离单元21面向屏蔽空间的表面涂布有屏蔽材料，以增强隔离栅2的屏蔽效果。

在一些可选的实施例中，辐射阵元层4包括与各射频模块11一一对应的天线辐射阵子41，天线辐射阵子41与射频模块11电连接。辐射阵元层4包括多个沿第一方向和第二方向平铺排列而成的天线辐射阵子41，各个天线辐射阵子41包括衬底层和天线，天线位于衬底层的上表面，天线与射频模块11电连接。可选的，天线与射频模块11通过连接器组件7连接。连接器组件7包括所述连接器组件7包括相耦合的第一连接器71和第二连接器72，第一连接器71安装于天线，第一连接器71朝向隔离栅2的方向延伸，第二连接器72安装于射频模块11，第二连接器72朝向辐射阵元层4的方向延伸。天线辐射阵子41和射频模块11通过连接器组件7连接，提高了信号的稳定性。

具体地，辐射阵元层4的厚度为10mm-15mm，优选的，辐射阵元层4的厚度为12mm。天线为金属辐射贴片，金属辐射贴片的形状为多边形，可选的，金属辐射贴片的形状为正方形。衬底层为PCB电路板1，金属辐射贴片是通过PCB电路板1表面的覆铜层得到的。

进一步地，各个衬底层设置有多个安装孔313，第一连接器71与第二连接器72相连接的端部穿插于安装孔313，用于提高第一连接器71和第二连接器72端部吻合的稳定性，同时安装孔313也进一步保护了第一连接器71的端部结构。

在一些可选的实施例中，各屏蔽单元31包括屏蔽盖311和屏蔽主体312，屏蔽盖311设置于屏蔽主体312靠近隔离栅2的表面，屏蔽主体312围合形成与天线辐射阵子41一一对应的第二镂空区。各屏蔽单元31的上表面设置有天线辐射阵子41，天线辐射阵子41、屏蔽主体312和屏蔽盖311形成保护腔。第一连接器71穿过保护腔和安装孔313与第二连接器72连接。保护腔用于保护第一连接器71与第二连接器72相连接的端部结构，防止第一连接器71的端部结构直接安插于衬底层以破坏第一连接器71的结构；天线在接收信号和发射信号时，保护腔进一步防止了各个射频模块11之间的电磁干扰，提高了信号的稳定性。

具体地，屏蔽主体312垂直于屏蔽层3的厚度方向上的横截面呈环形和/或多边形，屏蔽主体312在屏蔽层3的厚度方向上的横截面呈倒梯形、矩形及圆形中的一种或几种的任意组合，屏蔽主体312的形状和结构简单，便于加工，屏蔽主体312的外观美观。

可以理解的是，屏蔽主体312垂直于屏蔽层3的厚度方向上的横截面呈正多边形，相邻屏蔽单元3之间通过屏蔽主体312的侧壁进行连接。可选的，所有屏蔽主体312的大小一致，各个屏蔽主体312呈阵列排布。屏蔽单元31在垂直于屏蔽层3厚度方向上的横截面为圆形或者椭圆形时，相邻的屏蔽单元31通过连接件进行连接，可选的，连接件的材料和隔离栅2的材料相同，连接件的形状为“十”或者“X”字形，相邻的屏蔽单元31通过连接件进行连接。屏蔽层3的制作简单，工艺成本较低，且能够实现较好的屏蔽效果。可选的，屏蔽层3通过刻蚀工艺形成多个屏蔽主体312。

进一步地，屏蔽层3中的屏蔽盖311和屏蔽主体312呈一体式连接。屏蔽层3的厚度为3-5mm，可选的，屏蔽层的厚度为4mm。屏蔽主体312的厚度为1-3mm，屏蔽盖311的厚度为1-3mm。通过刻蚀工艺在屏蔽层形成的第二镂空区。

在一些可选的实施例中，隔离栅2的上表面设置有多个第一固定孔；电路板1与各第一固定孔相对应的位置设置有多个第二固定孔；屏蔽层3与各第一固定孔相对应的位置设置有多个第三固定孔；辐射阵元层4与各第一固定孔相对应的位置设置多个有第四固定孔；多个固定件分别一一穿过各第一固定孔、各第二固定孔、各第三固定孔以及各第四固定孔，用于将电路板1、阻挡隔离栅2、屏蔽层3以及辐射阵元层4固定。

进一步地，第三固定孔设置于任意相邻屏蔽单元31之间的连接区域，连接区域为多边形或者圆形，可以增加第三固定孔的设置区域，进一步增加了屏蔽层3的固定区域，提高了电路板1、阻挡隔离栅2、屏蔽层3以及辐射阵元层4固定的稳定性。

在一些可选的实施例中，射频模块11包括射频模块11包括信号接收模块和信号发射模块，发射模块和接收模块都能产生和接收电磁波；信号发射模块包括驱动放大器和功率放大器；信号发射模块包括控制开关、移相器以及驱动放大器。射频模块11处于发射状态时，激励信号经过控制开关、移相器、到驱动放大器，驱动高功率放大器将小信号放大后输出到天线辐射阵子41。此处的控制开关指的是T/R开关。射频模块11处于接收状态时，从天线收到的信号经过开关转换进入到限幅器，再由低噪声放大器、衰减器、移项器最后通过收发开关进入到接收器，从而实现信号的放大。通过收发转换器实现移项器的收发共用。通过波束控制模块5控制信号，按预定的工作方式进行波束执行和形状的相位控制。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本发明实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种相控阵天线装置，其特征在于，包括：

电路板(1)，具有相对的上表面和下表面，所述上表面设置有多个射频模块(11)；

隔离栅(2)，设置于所述电路板(1)的上表面，所述隔离栅(2)包括相继分布的多个隔离单元(21)，所述隔离单元(21)围绕各所述射频模块(11)的周向分布；

屏蔽层(3)，设置于所述隔离栅(2)上，所述屏蔽层(3)包括与各所述隔离单元一一对应的屏蔽单元(31)，以使各所述射频模块(11)位于独立的屏蔽空间；

辐射阵元层(4)，设置于所述屏蔽层(3)背向所述隔离栅(2)一侧，所述辐射阵元层(4)包括与各所述射频模块(11)一一对应的天线辐射阵子(41)，所述天线辐射阵子(41)与所述射频模块(11)电连接；

各所述屏蔽单元(31)包括屏蔽盖(311)和屏蔽主体(312)，所述屏蔽盖(311)设置于所述屏蔽主体(312)靠近所述隔离栅(2)的表面，所述屏蔽主体(312)围合形成与所述天线辐射阵子(41)一一对应的第二镂空区。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述电路板进一步集成有波束控制模块(5)及电源模块(6)，所述波束控制模块(5)及所述电源模块(6)位于所述下表面；

所述电源模块(6)与所述射频模块(11)之间电连接；

所述电源模块(6)与所述波束控制模块(5)之间电连接；

所述射频模块(11)与所述波束控制模块(5)之间电连接。

3.根据权利要求1所述的相控阵天线装置，其特征在于，多个所述射频模块(11)呈阵列分布于所述电路板(1)。

4.根据权利要求3所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述隔离单元(21)在垂直于所述隔离栅(2)厚度方向上的横截面呈环形和/或多边形。

5.根据权利要求4所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述隔离单元(21)包括栅格主体(211)和由所述栅格主体(211)围合形成的第一镂空区域，各所述射频模块(11)位于所述第一镂空区域。

6.根据权利要求5所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述栅格主体(211)在所述隔离栅(2)厚度方向上的横截面呈倒梯形、矩形及圆形中的一种或几种的任意组合。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述屏蔽盖(311)设置有多个安装孔(313)。

8.根据权利要求7所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述天线辐射阵子(41)、所述屏蔽主体(312)和所述屏蔽盖(311)形成保护腔。

9.根据权利要求8所述的相控阵天线装置，其特征在于，还包括连接器组件(7)，所述天线辐射阵子(41)和所述射频模块(11)通过所述连接器组件(7)电连接；

所述连接器组件(7)包括相耦合的第一连接器(71)和第二连接器(72)，所述第一连接器(71)安装于所述天线辐射阵子(41)，所述第二连接器(72)安装于所述射频模块(11)。

10.根据权利要求9所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述第一连接器(71)穿过所述保护腔和所述安装孔(313)与所述第二连接器(72)连接。

11.根据权利要求1所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述射频模块(11)包括信号接收模块和信号发射模块；

所述信号发射模块包括驱动放大器和功率放大器；

所述信号发射模块包括控制开关、移相器以及驱动放大器。

12.根据权利要求1所述的相控阵天线装置，其特征在于，所述隔离栅(2)面向所述屏蔽空间的表面涂布有屏蔽材料。

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