CN113437501A - 一种小型化高集成天线接口模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化高集成天线接口模块，属于微波天线技术领域。本发明包括壳体、收发放大模块、微波多层板、LTCC控制板、若干SBMA射频连接器、若干SMP射频连接器以及低频连接器；收发放大模块、微波多层板放置在壳体内；微波多层板中部与LTCC控制板叠层；低频连接器作为外部控制指令及外部电源信号的输入端；LTCC控制板提供电源信号和子阵收发波控信号给收发放大模块；SBMA射频连接器收发共用；SMP射频连接器收发分离；器件之间通过金丝键合的方式连接，采用导电胶胶粘工艺安装在壳体上。本发明大大降低T/R组件的设计难度并提高成品率，实现轻量化，且具有较高的可维修性。

Description

一种小型化高集成天线接口模块

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种小型化高集成天线接口模块。

背景技术

目前相控阵雷达的研制，在功率、损耗、散热、稳定性、重量及体积等方面有着越来越高的要求。在这种高要求趋势下，阵面系统所包含的天线单元、T/R组件、综合网络等子系统之间功能界限已不再那么清晰，相互的交叉融合已经渐渐融入到了各个子系统的设计之中。而就综合网络而言，早已不单单是馈线这样的无源网络，诸如波控、电源这样的低频模块、收发放大模块这样的有源网络，渐渐成为综合网络新的组成部分，也赋予了综合网络新的涵义。本专利涉及的天线接口模块就是在这样的背景下应运而生的，它是现代相控阵雷达小型化高集成设计的典型体现。

传统相控阵雷达设计过程中，子阵级收发放大功能一般在T/R组件内或者单独形成模块实现，这种实现方式一方面会增加设计成本，另一方面在重量及体积上也会大幅增加，从而直接带来整部相控阵雷达诸如功率、损耗、散热等方面的问题。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种小型化高集成天线接口模块，将有源放大与无源网络合理有效的集成设计，兼具信号传输分配和集成单机功能；大大降低T/R组件的设计难度并提高成品率，实现轻量化，且具有较高的可维修性。

具体地说，本发明提供了一种小型化高集成天线接口模块，包括壳体、收发放大模块、微波多层板、LTCC控制板、若干SBMA射频连接器、若干SMP射频连接器以及低频连接器；

所述壳体的边缘设置有器件凹槽，收发放大模块、微波多层板放置在壳体的器件凹槽内；

所述微波多层板中部与LTCC控制板叠层放置，焊接在一起；

所述低频连接器设置在壳体短边一侧，作为外部控制指令及外部电源信号的输入端；

所述LTCC控制板将低频连接器从外部电源接收到电源信号进行转换后提供给收发放大模块，将低频连接器接收到的外部控制指令转换为子阵收发波控信号提供给收发放大模块；

所述若干个SBMA射频连接器和若干个SMP射频连接器设置在壳体的长边两侧；所述SBMA射频连接器既作为发射链路的输出口又作为接收链路的输入口，即收发共用；SMP射频连接器既包含发射链路的输入总口又包含接收链路的输出口，即收发分离；

收发放大模块、微波多层板、LTCC控制板、射频连接器、SMP射频连接器以及低频连接器之间通过金丝键合的方式连接，并且采用导电胶胶粘工艺安装在壳体上。

进一步的，所述壳体内部还设置有屏蔽槽，收发放大模块放置在屏蔽槽中。

进一步的，所述收发放大模块包括以下器件：功率放大器、低噪放、环形器、限幅器、电容及高频电路板；所述功率放大器、低噪放、环形器、限幅器、电容通过导电胶胶粘的工艺安装于高频电路板上，所述器件之间通过金丝键合的方式连接。

进一步的，所述微波多层板放置在壳体的器件凹槽后，与收发放大模块的高频电路板齐平衔接。

进一步的，所述微波多层板集成有一分八功率分配网络、耦合器、和差网络、一分二功率分配网络、四合一功率合成网络，实现发射链路和接收链路；

所述发射链路由收发放大模块和微波多层板的一分八功率分配网络实现，信号从所述SMP射频连接器输入，经过微波多层板上的一分八功率分配网络进入收发放大模块，最后通过SBMA射频连接器传输给天线单元，辐射出能量；

所述接收链路由收发放大模块、微波多层板的一分八功率分配网络、耦合器、和差网络、一分二功率分配网络、四合一功率合成网络实现，天线单元从SBMA射频连接器接收到八路信号，经过收发放大模块及微波多层板的一分二功率分配网络，一部分信号直接输出到SMP射频连接器的数字接收端口，共八路信号，其中每一路经过微波多层板的耦合器，耦合出能量进行监测，输出到SMP射频连接器的监测端口；另一部分信号每四路为一组，共两组，经过微波多层板的四合一功率合成网络，汇入微波多层板的和差网络，最终得到和信号和差信号。

进一步的，所述微波多层板采用多层印制板层压而成，通过垂直过渡、埋阻、盲孔、反钻技术实现印制板内部射频信号的互联；采用带状线与微带线结合的方式布线。

进一步的，所述壳体上还设置有作为一分三本振信号总口的SBMA射频连接器，；微波多层板的印制板层集成有一分三的本振网络，与壳体上的一分三本振信号总口连接；SMP射频连接器上还设置有一分三本振信号的分口。

进一步的，所述小型化高集成天线接口模块还包括台阶板，所述微波多层板、台阶板以及LTCC控制板，三者依次叠层放置，台阶板采用大面积焊接工艺焊接于微波多层板与LTCC控制板之间。

本发明的小型化高集成天线接口模块的有益效果如下：

本发明的小型化高集成天线接口模块采用小型化高集成设计，由于有源收发放大模块的集成，降低了对发射态T/R组件放大性能的要求起到二次功率放大作用，以及接收态对T/R组件噪声系数的要求，从而大大降低T/R组件的设计难度并提高成品率，并在一定程度上降低T/R组件的研发成本单个组件至少降低30％的成本；

本发明的小型化高集成天线接口模块采用一体化设计、制造及装配技术，对无源网络、有源网络、低频控制网络进行一体化设计，采用多层印制板层压、垂直过渡、埋阻、盲孔、反钻等技术实现印制板内部射频信号的互联，采用金丝键合，大面积焊接，胶粘等装配技术实现部件之间互联；与传统的采用高密度电缆、电连接器互联的方式，实现了轻量化设计；

本发明的小型化高集成天线接口模块前后端均采用射频连接器盲插形式，实现与后端的频率源之间的互联，有利于天线阵面各部件的快速拆装，具有较高的可维修性。

附图说明

图1是本发明实施例的结构分解示意图。

图2是本发明实施例的收发放大模块的示意图。

图3是本发明实施例的发射链路信号流程图。

图4是本发明实施例的接收链路信号流程图。

附图标记：1-壳体，11-器件凹槽，12-屏蔽槽，2-收发放大模块，21-功率放大器，22-低噪放，23-环形器，24-限幅器，25-电容，26-高频电路板，3-微波多层板，4-台阶板，5-LTCC控制板，6-SBMA射频连接器，7-低频连接器，8-SMP射频连接器。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，为一种小型化高集成天线接口模块。

如图1所示，本发明的小型化高集成天线接口模块使用多层分块布局结构，主要包括壳体1、收发放大模块2、微波多层板3、LTCC控制板5、SBMA射频连接器6、SMP射频连接器8以及低频连接器7。

壳体1的边缘设置有器件凹槽11，收发放大模块2、微波多层板3放置在壳体1的器件凹槽11内。进一步的，在另一个实施例中，壳体1内部还设置有屏蔽槽12，收发放大模块2放置在屏蔽槽12中，屏蔽槽12对收发放大模块2进行避让和保护。

壳体1的长边两侧，设置有若干个SBMA射频连接器6和若干个SMP射频连接器8。SBMA射频连接器6既作为发射链路的输出口又作为接收链路的输入口，即收发共用。SMP射频连接器8既包含发射链路的输入总口又包含接收链路的输出口，即收发分离；还有设置有监测端口(图中未示出)、和信号端口、差信号端口(图中未示出)。壳体1短边一侧设置有低频连接器7，是外部控制指令及外部电源信号的输入端。

如图2所示，收发放大模块2由功率放大器21、低噪放22、环形器23、限幅器24、电容25及高频电路板26等器件组成。功率放大器21、低噪放22、环形器23、限幅器24、电容25通过导电胶胶粘的工艺安装于高频电路板26上，并且器件之间通过金丝键合的方式连接。

本发明的小型化高集成天线接口模块从信号链路上分为两个部分：发射链路及接收链路。微波多层板3主要实现发射链路和接收链路的功能，集成有一分八功率分配网络、耦合器、和差网络、一分二功率分配网络、四合一功率合成网络。如图3所示，发射链路主要由收发放大模块2和微波多层板3的一分八功率分配网络实现。如图4所示，接收链路主要由收发放大模块2，以及微波多层板3的一分八功率分配网络、耦合器、和差网络、一分二功率分配网络、四合一功率合成网络实现。为了提高集成度，发射链路和接收链路采用交叉设计。微波多层板3采用多层印制板层压而成、通过垂直过渡、埋阻、盲孔、反钻等技术实现印制板内部射频信号的互联。考虑到充分利用印制板空间，减小体积，采用带状线与微带线结合的方式布线，并且结合功分芯片和垂直过渡，最终实现整个链路的一体化设计。优选的，在另一个实施例中，壳体1上还设置有作为一分三本振信号总口的SBMA射频连接器6；微波多层板3的印制板层集成有一分三的本振网络，与壳体1上的一分三本振信号总口连接；SMP射频连接器8上还设置有一分三本振信号的分口。

LTCC控制板5采用LTCC工艺实现对收发放大模块2的电源控制，并为其提供子阵收发波控信号。LTCC控制板5将低频连接器7从外部电源接收到的电源信号进行转换(例如将+28V电源信号进行转换为±5V的电源信号)后提供给收发放大模块2；将低频连接器7接收到的外部控制指令转换为子阵收发波控信号提供给收发放大模块2。LTCC控制板5包括电容、电阻、二极管、电源调制芯片、功放电源调制器、开关管等。

微波多层板3放置在壳体1的器件凹槽11后，与收发放大模块2的高频电路板14齐平衔接，便于进行金丝键合。微波多层板3中部与LTCC控制板5叠层放置，采用大面积焊接工艺将微波多层板3与LTCC控制板5焊接在一起。收发放大模块2、微波多层板3、LTCC控制板5、射频连接器6、SMP射频连接器8以及低频连接器7之间通过金丝键合的方式连接，并且采用导电胶胶粘工艺安装在壳体上。

如图3所示，对于本发明的小型化高集成天线接口模块的发射链路，信号从SMP射频连接器8输入，经过微波多层板3上的一分八功率分配网络进入收发放大模块2，最后通过SBMA射频连接器6传输给天线单元，辐射出能量。如图4所示，对于本发明的小型化高集成天线接口模块的接收链路，天线单元从SBMA射频连接器6接收到的八路信号，经过收发放大模块2及微波多层板3的一分二功率分配网络，一部分信号直接输出到SMP射频连接器8的数字接收端口，共八路信号，其中，每一路会经过微波多层板3的耦合器，耦合出能量进行监测，输出到SMP射频连接器8的监测端口；另一部分信号每四路为一组，共两组，经过微波多层板3的四合一功率合成网络，汇入微波多层板3的和差网络，最终得到和信号和差信号。

当天线处于发射工作状态时，发射信号由一分八功分器进入收发放大模块2，通过功率放大器21及环形器23到达各子阵；当天线处于接收工作状态时，接收信号通过环形器23、低噪放22并经过微波多层板3的一分二功率分配网络，一路信号进入SMP射频连接器8的数字接收端口，另一路信号进入微波多层板的和差网络并获得和信号和差信号，这两路的信号分别都由微波多层板的耦合器为子阵提供接收状态的信息。

如图1所示，优选的，在另一个实施例中，在LTCC控制板5与微波多层板3之间，还设置有台阶板4。微波多层板3、台阶板4以及LTCC控制板5，三者依次叠层放置，其中台阶板4采用大面积焊接工艺焊接于微波多层板3与LTCC控制板5之间，用于给LTCC控制板5散热。

本发明的小型化高集成天线接口模块具有以下优点：

本发明的小型化高集成天线接口模块采用小型化高集成设计，由于有源收发放大模块的集成，降低了对发射态T/R组件放大性能的要求起到二次功率放大作用，以及接收态对T/R组件噪声系数的要求，从而大大降低T/R组件的设计难度并提高成品率，并在一定程度上降低T/R组件的研发成本单个组件至少降低30％的成本；

本发明的小型化高集成天线接口模块采用一体化设计、制造及装配技术，对无源网络、有源网络、低频控制网络进行一体化设计，采用多层印制板层压、垂直过渡、埋阻、盲孔、反钻等技术实现印制板内部射频信号的互联，采用金丝键合，大面积焊接，胶粘等装配技术实现部件之间互联；与传统的采用高密度电缆、电连接器互联的方式，实现了轻量化设计；

本发明的小型化高集成天线接口模块前后端均采用射频连接器盲插形式，实现与后端的频率源之间的互联，有利于天线阵面各部件的快速拆装，具有较高的可维修性。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (8)

1.一种小型化高集成天线接口模块，其特征在于，包括壳体、收发放大模块、微波多层板、LTCC控制板、若干SBMA射频连接器、若干SMP射频连接器以及低频连接器；

所述壳体的边缘设置有器件凹槽，收发放大模块、微波多层板放置在壳体的器件凹槽内；

所述微波多层板中部与LTCC控制板叠层放置，焊接在一起；

所述低频连接器设置在壳体短边一侧，作为外部控制指令及外部电源信号的输入端；

所述LTCC控制板将低频连接器从外部电源接收到电源信号进行转换后提供给收发放大模块，将低频连接器接收到的外部控制指令转换为子阵收发波控信号提供给收发放大模块；

所述若干个SBMA射频连接器和若干个SMP射频连接器设置在壳体的长边两侧；所述SBMA射频连接器既作为发射链路的输出口又作为接收链路的输入口，即收发共用；SMP射频连接器既包含发射链路的输入总口又包含接收链路的输出口，即收发分离；

收发放大模块、微波多层板、LTCC控制板、射频连接器、SMP射频连接器以及低频连接器之间通过金丝键合的方式连接，并且采用导电胶胶粘工艺安装在壳体上。

2.根据权利要求1所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，所述壳体内部还设置有屏蔽槽，收发放大模块放置在屏蔽槽中。

3.根据权利要求1或2所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，所述收发放大模块包括以下器件：功率放大器、低噪放、环形器、限幅器、电容及高频电路板；所述功率放大器、低噪放、环形器、限幅器、电容通过导电胶胶粘的工艺安装于高频电路板上，所述器件之间通过金丝键合的方式连接。

4.根据权利要求3所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，所述微波多层板放置在壳体的器件凹槽后，与收发放大模块的高频电路板齐平衔接。

5.根据权利要求1所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，所述微波多层板集成有一分八功率分配网络、耦合器、和差网络、一分二功率分配网络、四合一功率合成网络，实现发射链路和接收链路；

所述发射链路由收发放大模块和微波多层板的一分八功率分配网络实现，信号从所述SMP射频连接器输入，经过微波多层板上的一分八功率分配网络进入收发放大模块，最后通过SBMA射频连接器传输给天线单元，辐射出能量；

所述接收链路由收发放大模块、微波多层板的一分八功率分配网络、耦合器、和差网络、一分二功率分配网络、四合一功率合成网络实现，天线单元从SBMA射频连接器接收到八路信号，经过收发放大模块及微波多层板的一分二功率分配网络，一部分信号直接输出到SMP射频连接器的数字接收端口，共八路信号，其中每一路经过微波多层板的耦合器，耦合出能量进行监测，输出到SMP射频连接器的监测端口；另一部分信号每四路为一组，共两组，经过微波多层板的四合一功率合成网络，汇入微波多层板的和差网络，最终得到和信号和差信号。

6.根据权利要求1所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，所述微波多层板采用多层印制板层压而成，通过垂直过渡、埋阻、盲孔、反钻技术实现印制板内部射频信号的互联；采用带状线与微带线结合的方式布线。

7.根据权利要求1所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，所述壳体上还设置有作为一分三本振信号总口的SBMA射频连接器，；微波多层板的印制板层集成有一分三的本振网络，与壳体上的一分三本振信号总口连接；SMP射频连接器上还设置有一分三本振信号的分口。

8.根据权利要求1～7任一所述的小型化高集成天线接口模块，其特征在于，还包括台阶板，所述微波多层板、台阶板以及LTCC控制板，三者依次叠层放置，台阶板采用大面积焊接工艺焊接于微波多层板与LTCC控制板之间。

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