CN113484826B - 一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件 - Google Patents

Abstract

一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件包含射频腔体、数字信号处理电路板，射频腔体之间的信号传输通过铜镀银圆导线进行垂直互连。数字信号处理电路板通过绝缘介质与铜镀银圆导线与射频印制板进行垂直互连，实现对芯片的驱动控制、完成多路信号的切换功能，射频信号从射频腔体的侧面输入，从腔体的顶面输出，信号输出通过浮动KK头实现射频信号对外浮动输出。射频正面印制板和射频背面印制板共同完成信号功率分配、多通道开关切换以及直通传输。数字信号处理板采用了浮动低频连接器完成了与射频信号输出同一水平面，可以与后端TR组件进行盲插互连，完成对TR组件与天线直接的信号分配与传输。

Description

一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件

技术领域

本发明属于雷达信号传输领域，特别涉及一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件。

背景技术

随着现代雷达、电子对抗、军事通讯以及5G技术的发展，功分器在各种信号传输系统中扮演着越来越重要的作用，功分器在射频前端作为射频通信系统的重要组成部分，它的性能的好坏对整个射频通信系统性能有很多的影响，而随着技术的不断发展，各种信号处理系统向着小型化、集成化方向发展，为了适应发展趋势，对多功能信号处理的集成功分器研究具有重要意义，为了满足技术需要本专利开发了一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件。

功分器的功能是将一路信号按照一定的功率分配比分配到各个支路系统中，目前功分器主要有Wilkinson功分器、Bagley多边形功分器以及Gysel功分器，而现在较多的功分器均是根据这几类功分器进行优化设计，均为平面结构，该类产品功能单一，而常规的功分器已不能满足目前雷达、电子对抗等领域的发展。为了适应现技术发展的需要，功分器的发展趋势主要有四个方面。一是利用现在集成电路工艺技术将功分功能集成在一块芯片中与其他有源无源电路配合使用，但是这种技术目前还处于探究阶段，将功分功能与其他有源无源的微波电路集成在一块芯片中的集成技术目前只能使用于低功率系统中，而目前由于技术水平受限还无法得到实际工程应用，同时该集成方案也不适用于目前雷达前端的较大功率使用。第二是，在目前现有技术条件下，通过优化电磁结构将功分器的尺寸尽可能地缩小，进而满足目前雷达发展遇到的瓶颈，实现小型化集成发展，但该技术方案受原材料影响较大，不能很好的应用于实际工程中。第三是，通过优化功分器的设计结构进一步提高功分器的性能，比如采用缺地结构可以进一步降低功分器的附加损耗，通过探究不同的微带传输形式进而提供功分器的性能。第四是，在现有技术的基础上通过互连方式创新，将多种信号有效地集成在一起，进而满足现代雷达发展的需要。

现有技术缺点：(1)利用集成电路技术(SOC)将功分器与其他微波电路进行集成，该技术目前受工艺水平限制仍旧无法实现工程化应用，同时该技术无法应用于雷达前端等大功率场合；(2)通过优化电磁结构来进一步缩小功分器的外形尺寸的方法不能很好的解决了各种信号之间的互连关系；(3)通过优化微带线传输形式的方式只能进一步优化功分器自身性能不能很好地满足现在雷达多种信号高度集成的需要。

发明内容

为了克服现有技术不足，本发明的目的在于提出一种采用采用垂直方式进行信号互连来完成射频信号的功分开关切换功能的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，包括射频腔体1、数字信号处理电路板2、射频印制板组件、盖板组件和壳体8，射频腔体1侧部和正面均安装有多个射频连接器7；射频印制板组件包括安装在射频腔体1背面的背面射频印制板3和安装在射频腔体1正面的正面射频印制板4，数字信号处理电路板2设置在正面射频印制板4远离射频腔体1的一侧、用于实现多路数字信号的分配、电源信号的分配以及射频开关芯片的驱动功能；壳体8设置在数字信号处理电路板2远离射频腔体1的一侧，壳体8通过固定装置与射频腔体1相连，壳体8上设置有多个浮动KK头9，每个浮动KK头9一端穿过壳体8、另一端穿过数字信号处理电路板2与位于射频腔体1正面并对其对应的射频连接器7相连；射频信号从安装在射频腔体1侧面的射频连接器7输入进射频腔体1内并在射频印制板组件上进行处理后输入位于射频腔体1的顶面的射频连接器7内，射频印制板组件共同完成信号功率分配，多通道开关切换以及直通传输，射频信号通过位于射频腔体1的顶面的射频连接器7输入至浮动KK头9并通过浮动KK头9实现射频信号对外浮动输出。

进一步的，数字信号处理电路板2通过绝缘介质与铜镀银圆导线与射频印制板组件进行垂直互连，实现对芯片的驱动控制、完成多路信号的切换功能。

进一步的，数字信号处理电路板2上设置有多个用于传输数字信号的矩形低频连接器11和低频浮动连接器10，数字信号从矩形低频连接器11输入至数字信号处理电路板2处理后通过低频浮动连接器10输出，数字信号处理电路板2实现了多路数字信号的分配、电源信号的分配以及射频开关芯片的驱动功能。

进一步的，射频腔体1正面和背面均开设有用于装配相应射频印制板安装槽，射频腔体1正面和背面通过铜镀银圆导线进行垂直互连从而使射频腔体1正面和背面进行信号传输。

进一步的，盖板组件包括下盖板5和上盖板6，下盖板5设置在背面射频印制板3远离射频腔体1的一侧、用于对背面射频印制板3进行保护；上盖板6设置在正面射频印制板4远离射频腔体1的一侧、用于对正面射频印制板4进行保护。

进一步的，数字信号处理电路板2设置有多个供浮动KK头9通过的第二安装孔，浮动KK头9通过的第二安装孔穿过第二安装孔与位于射频腔体1正面的射频连接器7相连。

进一步的，背面射频印制板3和正面射频印制板4上均设置有多个芯片。

进一步的，低频直流浮动连接器10远离射频腔体1的一端通过的第一安装孔伸出壳体8，浮动KK头9穿过数字信号处理电路板2和低频直流浮动连接器10一同伸出壳体8从而实现数字信号与射频信号在同一个面输出。

进一步的，数字信号处理板2采用了低频浮动连接器10完成了数字信号与射频信号输出同一水平面，与后端TR组件进行盲插互连，完成对TR组件与天线直接的信号分配与传输。

进一步的，壳体8上设置有多个供低频直流浮动连接器10安装的第一安装孔、供浮动KK头9安装的转接头孔，低频直流浮动连接器10通过第一安装孔伸出壳体8，供浮动KK头9一端通过转接头孔伸出壳体8借由上述技术方案，本发明的优点是：

1、射频腔体正面和背面均设置有射频印制板，射频印制板共同完成信号功率分配，多通道开关切换以及直通传输。

2、射频信号从射频腔体的侧面输入，从腔体的顶面输出，信号输出通过连接器和浮动KK头实现射频信号对外浮动输出。

3、数字信号处理电路板实现多路数字信号的分配、电源信号的分配以及射频开关芯片的驱动功能。

4、数字信号处理电路板通过绝缘介质与铜镀银圆导线与射频印制板进行垂直互连，实现对芯片的驱动控制、完成多路信号的切换功能。

5、射频正面印制板和射频背面印制板共同完成信号功率分配，多通道开关切换以及直通传输。

6、数字信号处理板采用了浮动低频连接器完成了与射频信号输出同一水平面，可以与后端TR组件进行盲插互连。完成对TR组件与天线直接的信号分配与传输。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1本发明是一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件的分体图。

【附图标记】

1-射频腔体，2-数字信号处理电路板，3-背面射频印制板，4-正面射频印制板，5-下盖板，6-上盖板，7-射频连接器，8-壳体，9-浮动KK头，10-低频浮动连接器，11-矩形低频连接器，12-射频连接器安装孔。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

请参阅图1，一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，包括射频腔体1、数字信号处理电路板2、射频印制板组件、盖板组件和壳体8，射频印制板组件包括背面射频印制板3和正面射频印制板4，盖板组件包括下盖板5和上盖板6，数字信号处理电路板2用于实现多路数字信号的分配、电源信号的分配以及射频开关芯片的驱动功能。

请参阅图1，本发明中射频腔体1顶面为正面，射频腔体1底面为背面，射频腔体1正面和背面均开设有用于装配射频印制板的安装槽，射频腔体1位于槽体内的安装面上还分别设置有线槽，线槽用于实现微带电路在射频腔体1正面和背面之间进行信号传输。射频腔体1正面和背面通过Φ0.5mm的铜镀银圆导线进行垂直互连从而使两者进行信号传输，互连时不需要绝缘介质，穿腔信号介质为空气。本发明中将射频腔体1正面和背面进行互连的铜镀银圆导线选用Φ1.62mm的铜镀银圆导线，在本发明的其他实施例当中铜镀银圆导线17的规格可以根据实际使用情况进行选择。正面射频印制板4烧结在射频腔体1正面的安装槽内，背面射频印制板3烧结在射频腔体1背面的安装槽内,正面射频印制板4和背面印制板3和均采用锡纸进行烧结，射频印制板的烧结过程如下：

首先将锡纸分别固定在射频腔体1正面的槽体内和射频腔体1背面安装槽内，接着将正面射频印制板4固定在射频腔体1正面的安装槽内的锡纸上面、同时将背面印制板3固定在射频腔体1背面安装槽内的锡纸上面并对正面射频印制板4和背面印制板3进行固定，最后将射频腔体1放置在加热台上进行加热，加热后锡纸融化从而将背面印制板3烧结在射频腔体1背面安装槽内、同时将正面射频印制板4烧结在射频腔体1正面的安装槽内。

上盖板6设置在射频腔体1正面的安装槽内位于正面射频印制板4上方的位置，从而用以对正面射频印制板4进行保护。同样，下盖板5设置在射频腔体1背面的安装槽内位于背面射频印制板3下方的位置，用以对背面射频印制板3进行保护，上盖板6和下盖板5均通过螺栓固定在射频腔体1上。

背面射频印制板3和正面射频印制板4上均焊接有多个芯片、电容和电阻，背面射频印制板3和正面射频印制板4共同完成射频信号功率分配，多通道开关切换以及直通传输，射频印制板装配过程中首先需要将芯片先焊接在对应的射频印制板上，其中芯片焊接温度为220℃，然后再将射频印制板烧结在射频腔体1正面和背面对应的安装槽内，其中烧结温度为180℃，在这两个工序中形成温度差。

射频腔体1上安装有多个射频连接器7，部分射频连接器7安装在射频腔体1侧面、用于输入射频信号，射频腔体1两侧开设有多个与射频腔体1内部连通的射频连接器安装孔12，每个射频连接器安装孔12对应一个射频连接器7，射频连接器7安装在射频连接器安装孔12内来实现射频信号的输入。另外一部分射频连接器7安装在射频腔体1的正面、用于输出射频信号，安装在射频腔体1侧面的射频连接器7和正面的射频连接器7通过射频印制板相连通，射频信号从安装在射频腔体1侧面的射频连接器7输入进射频腔体1内，射频信号在射频印制板上进行信号处理、功率分配以及通道开关切换以及直通传输，然后传输至安装在射频腔体1正面的射频连接器7。本发明中安装在射频腔体1正面的射频连接器7设置有27个，在本发明的其他实施例中安装在射频腔体1正面的射频连接器7的数量可以根据实际情况进行设置。

数字信号处理电路板2位于上盖板6上方，数字信号处理电路板2通过螺栓固定安装在射频腔体1上方，数字信号电路板5通过绝缘介质与铜镀银圆导线与正面射频印制板4和背面射频印制板3进行垂直互连焊接，实现对芯片的驱动控制、完成多路信号的切换功能。数字信号处理电路板2上设置有多个对数字信号进行传输的低频浮动连接器10和矩形低频连接器11，本发明中低频浮动连接器10设置有13个，在本发明的其他实施例中低频浮动连接器10的数量可以根据实际情况进行设置。

数字信号通过矩形低频连接器11进入数字信号处理电路板2，数字信号在数字信号处理电路板2上进行处理后通过低频浮动连接器10输出。数字信号处理电路板2上方还安装有壳体8，壳体8上设置有多个浮动KK头9、供浮动KK头9安装的转接头孔、供低频浮动连接器10通过的第一安装孔，浮动KK头9安装在转接头孔内且两端伸出壳体8，安装在数字信号处理电路板2上的低频浮动连接器10一端通过的第一安装孔伸出壳体8；本发明中浮动KK头9即为射频转接器，浮动KK头9的数量与安装在射频腔体1正面的射频连接器7数量相同，浮动KK头9用于将射频信号输出端与数字信号处理后输出端在同一面输出。

数字信号处理电路板2上还设置有多个供浮动KK头9通过的第二安装孔，其中第二安装孔、浮动KK头9、安装在射频腔体1正面的射频连接器7一一对应，浮动KK头9一端穿过数字信号处理电路板2上的第二安装孔与射频腔体1的正面的射频连接器7相连，射频信号从安装在射频腔体1侧面的射频连接器7输入进射频腔体1内并在射频印制板组件上进行处理后输入射频腔体1的正面的射频连接器7内，然后射频信号通过射频腔体1的正面的射频连接器7输入至浮动KK头9并通过浮动KK头9实现射频信号对外浮动输出。

射频腔体1垂直输出地射频端口通过浮动KK头9穿过数字信号处理电路板2与低频直流浮动连接器10一同伸出壳体8从而实现数字信号与射频信号在同一个面输出。数字信号处理板2采用了低频浮动连接器完成了数字信号与射频信号输出同一水平面，可以与后端TR组件(收发组件)进行盲插互连，完成对TR组件与天线直接的信号分配与传输。该功分器的垂直方面输出端均采用低频浮动连接器10与TR组件进行盲插实现射频信号和数字信号、供电信号以及控制信号的同面浮动输出。

壳体8底部设置多个安装柱和销钉，壳体8通过安装柱和销钉安装在射频腔体1上，通过安装柱和销钉对壳体进行固定是现有技术，在此不多做赘述，壳体8还可以对数字信号处理电路板2和射频腔体1进行一定的保护。

该功分器多路信号之间的互连采用的是垂直方向上的互连，将10路X波段信号通过安装在射频腔体1侧面的射频连接器7输入，在射频印制板上进过功分、开关最后转换成27路信号通过安装在射频腔体1的顶面的射频连接器7和浮动KK头9从输入信号的垂直面输出，同时数字信号和供电信号与射频信号同方向输入，最后转换为13个低频浮动连接器10从垂直方向输出；该功分器具备多路射频信号输入，实现6功分和8功分输出，同时可实现6路开关选择输出和8路开关选择输出，在数字信号处理部分可以完成电源信号的1分13输出，数字差分信号，控制信号的1分13输出。该功分器将射频印制板和数字信号处理电路板2集成在一个多功能模块中，实现多信号的互连与处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：包括射频腔体（1）、数字信号处理电路板（2）、射频印制板组件、盖板组件和壳体（8），射频腔体（1）侧部和正面均安装有多个射频连接器（7）；射频印制板组件包括安装在射频腔体（1）背面的背面射频印制板（3）和安装在射频腔体（1）正面的正面射频印制板（4），数字信号处理电路板（2）设置在正面射频印制板（4）远离射频腔体（1）的一侧、用于实现多路数字信号的分配、电源信号的分配以及射频开关芯片的驱动功能；壳体（8）设置在数字信号处理电路板（2）远离射频腔体（1）的一侧，壳体（8）上设置有多个浮动KK头（9），每个浮动KK头（9）两端伸出壳体（8）并且其一端穿过数字信号处理电路板（2）与位于射频腔体（1）正面并对其对应的射频连接器（7）相连；射频信号从安装在射频腔体（1）侧面的射频连接器（7）输入进射频腔体（1）内并在射频印制板组件上进行处理后输入位于射频腔体（1）正面的射频连接器（7）内，射频印制板组件共同完成信号功率分配，多通道开关切换以及直通传输，射频信号通过位于射频腔体（1）正面的射频连接器（7）输入至浮动KK头（9）并通过浮动KK头（9）实现射频信号对外浮动输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：数字信号处理电路板（2）通过绝缘介质与铜镀银圆导线与射频印制板组件进行垂直互连，实现对芯片的驱动控制、完成多路信号的切换功能。

3.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：数字信号处理电路板（2）上设置有多个用于传输数字信号的矩形低频连接器（11）和低频浮动连接器（10），数字信号从矩形低频连接器（11）输入至数字信号处理电路板（2）处理后通过低频浮动连接器（10）输出，数字信号处理电路板（2）实现了多路数字信号的分配、电源信号的分配以及射频开关芯片的驱动功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：射频腔体（1）正面和背面均开设有用于装配相应射频印制板安装槽，射频腔体（1）正面和背面通过铜镀银圆导线进行垂直互连从而使射频腔体（1）正面和背面进行信号传输。

5.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：盖板组件包括下盖板（5）和上盖板（6），下盖板（5）设置在背面射频印制板（3）远离射频腔体（1）的一侧、用于对背面射频印制板（3）进行保护；上盖板（6）设置在正面射频印制板（4）远离射频腔体（1）的一侧、用于对正面射频印制板（4）进行保护。

6.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：数字信号处理电路板（2）设置有多个供浮动KK头（9）通过的第二安装孔，浮动KK头（9）穿过第二安装孔与位于射频腔体（1）正面相对应的射频连接器（7）相连。

7.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：背面射频印制板（3）和正面射频印制板（4）上均设置有多个芯片。

8.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：壳体（8）上设置有多个供低频直流浮动连接器（10）安装的第一安装孔、供浮动KK头（9）安装的转接头孔，低频直流浮动连接器（10）通过第一安装孔伸出壳体（8），低频直流浮动连接器（10）远离射频腔体（1）的一端通过的第一安装孔伸出壳体（8）。

9.根据权利要求1所述的一种基于垂直互连技术的集成化多功能功分开关网络组件，其特征在于：浮动KK头（9）一端通过转接头孔伸出壳体（8）、另一端通过第二安装孔穿过数字信号处理电路板（2）和低频直流浮动连接器（10）一同伸出壳体（8）从而实现数字信号与射频信号在同一个面输出，数字信号处理板（2）采用了低频浮动连接器（10）完成了数字信号与射频信号输出同一水平面，与后端TR组件进行盲插互连，完成对TR组件与天线直接的信号分配与传输。

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