CN114243312B - 一种多频馈电网络、tr模块及相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频馈电网络、TR模块及相控阵天线，馈电网络多层板固定于腔体腔内，射频输入连接器连接馈电网络多层板的第一接口，供电与控制信号连接器连接馈电网络多层板的第二接口；各CQFN封装管壳均设置于馈电网络多层板上，各射频芯片组一一对应封焊于CQFN封装管壳内，各射频输出连接器分别与各CQFN封装管壳一一相连，后端连接TR组件，TR组件连接天线；馈电网络多层板上集成有供电与控制信号线路以及多路传输线路，各路传输线路分别与第一接口和各CQFN封装管壳相连，各路传输线路间存在隔离和屏蔽设施，供电与控制信号线路分别与第二接口和各CQFN封装管壳相连。本发明可实现多频馈电功能和芯片气密功能，集成度高，结构简单，装配难度低。

Description

一种多频馈电网络、TR模块及相控阵天线

技术领域

本发明涉及相控阵天线领域，尤其是一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络、包含该多频馈电网络的TR组件，以及对应的相控阵天线。

背景技术

随着近些年来微波毫米波技术的快速发展，人们对于微波毫米波系统的集成度、多频率、多功能等方面的要求也越来越高。而馈电网络作为相控阵天线前端的重要组成部分，对TR组件和整个天线前端的性能有着重要影响。传统的馈电网络大多只能传输一种频率的射频信号，无法满足如今相控阵天线前端多频率工作的要求；并且传统的馈电网络大多数具有尺寸较大的缺点，难以实现芯片级的气密特性，在系统可靠性和使用寿命方面有明显的缺陷。

在进一步检索中也发现有多频馈电网络的设计，例如CN111525284A公开的多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，或者CN113725629A公开的一种高功率双频双极化瓦式有源相控阵天线，其均属于多于一个射频频率的馈电网络设计。但是，此类多频（双频及以上）馈电网络设计需要在每一层级单独设计一个频率的射频网络，多个频率需要堆叠多层结构，仍然具有尺寸较大的缺点，在组装难度上也较为繁琐。此外，此类馈电网络层与TR组件需要设计在一起进行气密封焊，无法实现芯片级气密。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络，可以实现多频馈电功能和芯片气密功能，并具有集成度高、结构简单和装配难度低的优点，在微波毫米波相控阵领域具有广泛的应用价值。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其包括射频输入连接器、馈电网络多层板、多个CQFN封装管壳、多个射频芯片组、供电与控制信号连接器、多个射频输出连接器和腔体；所述馈电网络多层板固定于所述腔体腔内，所述射频输入连接器连接所述馈电网络多层板的第一接口，所述供电与控制信号连接器连接所述馈电网络多层板的第二接口；各所述CQFN封装管壳均设置于所述馈电网络多层板上，各所述射频芯片组一一对应封焊于所述CQFN封装管壳内，各所述射频输出连接器分别与各所述CQFN封装管壳一一相连；所述馈电网络多层板上集成有供电与控制信号线路以及多路传输线路，各路所述传输线路分别与所述第一接口和各所述CQFN封装管壳相连，各路传输线路间存在隔离和屏蔽设施，所述供电与控制信号线路分别与所述第二接口和各所述CQFN封装管壳相连。

进一步的，所述腔体上设置有第一插座，所述第一插座与所述第一接口连接，所述射频输入连接器连接于所述第一插座上。

进一步的，所述射频输入连接器包括多个第一射频连接端口，所述第一插座包括与各所述第一射频连接端口一一对应连接的第二射频连接端口，所述第一接口包括与各所述第二射频连接端口一一对应连接的第三射频连接端口。

进一步的，所述馈电网络多层板为一体的多层级结构，各路传输线路分别位于不同的层级。

进一步的，所述传输线路包括带状线、微带线、功分器以及层间金属过孔。

进一步的，各路传输线路分别通过一组层间金属过孔连接到所述第一接口对应的端口，通过另一组层间金属过孔连接到对应的CQFN封装管壳。

进一步的，各所述CQFN封装管壳均设置于所述馈电网络多层板表层。

进一步的，所述射频输出连接器固定于所述腔体上，所述射频输出连接器一端与对应的CQFN封装管壳相连，另一端用于连接TR组件公共端。

本发明还提供了一种TR模块，其包括TR组件以及上述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，各所述射频输出连接器分别连接所述TR组件。

本发明还提供了一种相控阵天线，其包括上述的TR模块，以及连接所述TR模块的天线。

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、本发明提出的一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络可以同时传输多个频率的射频信号。

2、本发明提出的一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络可以实现射频芯片的气密特性。

3、本发明提出的一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络具有集成度高、结构简单和装配难度低的优点。

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是一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络整体结构图。

图2是一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络各部分的分解示意图。

图3是一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络的馈电网络多层板结构图。

图4是一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络的CQFN封装管壳和射频芯片结构图。

图5是一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络的馈电网络多层板射频信号原理框图。

图中，1是射频输入连接器，2是馈电网络多层板，201是第一接口，202是第一焊盘，203是第二接口，3是CQFN封装管壳，301是第二焊盘，302是第三焊盘， 4是射频芯片组，5是供电与控制信号连接器，6是射频输出连接器，7是腔体，701是插座，702是腔体外沿，8是螺钉。

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。

本发明提出的一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络的基本原理为：多种频率的射频信号从射频输入连接器1接入到多频馈电网络，接着传输到馈电网络多层板2的第一接口201，需要说明的是，射频输入连接器1包括多个第一射频连接端口，每个端口对应一个频率的射频信号，对应的，在第一接口201处包括多个第三射频连接端口，一个第一射频连接端口连接一个第三射频连接端口，做到一一对应关系。在一些实施例中，射频输入连接器1是连接在腔体7的第一插座701上的，第一插座701与第一接口201相连，第一插座701同样需要传输多频率的射频信号，即第一插座701包括多个第二射频连接端口，一个第一射频连接端口连接一个第二射频连接端口，一个第二射频连接端口连接一个第三射频连接端口，以实现每一路（一个频率）射频信号的独立传输。

馈电网络多层板2内集成有各个频率射频信号的无源传输线路，传输到馈电网络多层板2的每一路射频信号接入一路无源传输线路，且各路无源传输线路之间设计有隔离和屏蔽设施，起到互补干扰的效果。各路无源传输线路对接入的射频信号进行传输、功分等，最后将射频信号传输给对应的CQFN封装管壳3内封焊的射频芯片组4进行射频信号处理。

供电与控制信号从供电与控制信号连接器5接入到多频馈电网络。供电与控制信号连接器5从馈电网络多层板2的第二接口203将供电与控制信号输入，经供电与控制信号线路分别将各射频芯片组4工作必须的供电与控制信号接入各射频芯片组4。

每一个射频芯片组4均连接有一个射频输出连接器6，经射频芯片组4处理后的信号从射频输出连接器6接入到后端的TR组件。对此，本设计存在一个优点，即在馈电网络部分即分担了一部分TR组件的功能（原本射频芯片组的功能是在TR组件中实现），降低了TR组件的负担，使得对后端TR组件结构的设计能够更加灵活、小巧。另外需要说明的是，传统射频芯片组4与馈电网络在层级上是相互独立的，无法集成到同一层级的介质上（看参见背景技术部分所提到的两个专利文献），因此，此设计并非简单地将射频芯片组4转移到馈电网络多层板2上。

上述设计既可以实现同时对多个频率的射频信号的传输。并且，馈电网络多层板2为一体的多层级结构，类似于多层PCB板，其体积上较现有的多层堆叠结构大幅减小，精简了网络结构，降低了装配难度。另外，通过CQFN封装管壳3来封焊射频芯片组4，可以实现芯片级的气密，无需对整个模块进行气密加工，因气密加工所增加的体积小，且气密效果更佳，可以有效延长使用寿命。

实施例一

本实施例公开了一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络，如图1、图2所示，该多频馈电网络包括射频输入连接器1、馈电网络多层板2、多个CQFN封装管壳3、多个射频芯片组4、供电与控制信号连接器5、多个射频输出连接器6、腔体7和螺钉8，射频输入连接器1包含多个第一射频连接端口，其端口数量与CQFN封装管壳3、射频芯片组4和射频输出连接器6的数量相等，均与射频信号的频率数相等。

腔体外沿702凸起，包围内腔，馈电网络多层板2通过螺钉8固定于腔体7的腔内，当然，也可通过粘接、焊接或者其他固定方式进行连接，装配方式可灵活选择。射频输入连接器1连接馈电网络多层板2的第一接口201，需要说明的是，此处的连接，可以是直接连接，也可以是前述的通过插座701转接。供电与控制信号连接器5连接馈电网络多层板2的第二接口203，同样的，此处的连接也可以是直接连接或者转接。

各CQFN封装管壳3均设置于馈电网络多层板2上，各射频芯片组4一一对应封焊于CQFN封装管壳3内，各射频输出连接器6分别与各CQFN封装管壳3一一相连。

馈电网络多层板2上集成有供电与控制信号线路以及多路传输线路，各路传输线路分别与第一接口201和各CQFN封装管壳3相连，各路传输线路间存在隔离和屏蔽设施，供电与控制信号线路分别与第二接口203和各CQFN封装管壳3相连。

在一些实施例中，如图3所示，在馈电网络多层板2表层、各CQFN封装管壳3的外沿四周的位置均匀设置有第一焊盘202，各路传输线路的一端与第一接口201的一个第三射频连接端口相连，另一端与对应的第一焊盘202相联。各CQFN封装管壳3分别与对应的第一焊盘202连通。相似的，供电与控制信号线路一端与第二接口203相连，另一端分别与各第一焊盘202连通，显然，无源传输线路和供电与控制信号线路所连接的第一焊盘202是有差别的。

在一些实施例中，如图4所示，沿CQFN封装管壳3外围一周设置有第二焊盘301，该第二焊盘301与所述第一焊盘202一一对应连接，沿CQFN封装管壳3内圈一周设置有第三焊盘302，该第三焊盘302与第二焊盘301一一对应连接。射频芯片组4封焊于CQFN封装管壳3内，射频芯片的管脚与CQFN封装管壳3的第三焊盘302通过金丝键合的方式连接，而通过CQFN封装管壳3盖板封焊的方式实现射频芯片组4的气密特性。在图4中，一个CQFN封装管壳3容纳两个射频芯片，但实际上，可以将CQFN封装管壳3的尺寸设计得更大，以容纳更多的射频芯片，此为根据TR模块的通道数量决定，属于基于本设计理念而采取的灵活设计。

各射频输出连接器6分别从各组第一焊盘202边缘位置贯穿馈电网络多层板2，连接到第一焊盘202，而另一端用于连接后端的TR组件的公共端，实现馈电网络与TR组件的射频信号连接。对应的，射频芯片的输出端经CQFN封装管壳3也连接到第一焊盘202，射频输出连接器6经第一焊盘202连接到射频芯片的输出端。

实施例二

本实施例以设计4个CQFN封装管壳3为例，具体说明具有气密特性的高集成度多频馈电网络的一种设计结构。

馈电网络多层板2通过螺钉8固定于腔体7的腔内，射频输入连接器1连接到腔体7的插座701上，射频输入连接器1包括4个第一射频连接端口，每一个第一射频连接端口可单独传输一路射频信号（即一个频率的射频信号），以此多个频率的射频信号同时输入到馈电网络的功能。插座701包括4个第二射频连接端口，与第一射频连接端口一一对应。馈电网络多层板2上的第一接口201包括4个第三射频连接端口，与第二射频连接端口一一对应连接。

在馈电网络多层板2的表层设计有4组第一焊盘202，各组第一焊盘202内设置一个CQFN封装管壳3。沿CQFN封装管壳3外围一周设置有第二焊盘301，该第二焊盘301通过金丝键合的方式与所述第一焊盘202一一对应连接，沿CQFN封装管壳3内圈一周设置有第三焊盘302，该第三焊盘302与第二焊盘301一一对应连接。射频芯片组4封焊于CQFN封装管壳3内，射频芯片的管脚与CQFN封装管壳3的第三焊盘302通过金丝键合的方式连接，而通过CQFN封装管壳3盖板封焊的方式实现射频芯片组4的气密特性，每组射频芯片组4包含2个射频芯片。

馈电网络多层板2包括4组无源传输线路，每一组无源传输线路均包括带状线、微带线、功分器和层间金属化过孔等，以一组无源传输线为例，第一接口202的一个第三射频连接端口经带状线连接一层间金属化过孔，该层间金属化过孔连接带状线连接功分器输入端，功分器的各输出端分别经微带线连接一层间金属化过孔，此处的层间金属化过孔分别连接到第一焊盘202，以进一步连接到对应的CQFN封装管壳3的对应第二焊盘301。如图5所示，馈电网络多层板2包括5层介质，每一组无源传输线路分别设置在每相邻两层介质之间，，以此实现各路射频信号之间的隔离和屏蔽，每一组无源传输线路的层间金属化过孔均是从馈电网络多层板2的表层贯穿到无源传输线路所处的层级截止。

而对于外部供电与控制信号的接入，供电与控制信号连接器5通过柔性材料或者插座的方式连接于馈电网络多层板2表层的第二接口203，通过表层设置的第四焊盘连接金属化过孔，该金属化过孔连接到设计的层级（例如第6层介质）上的供电与控制信号线路，而供电与控制信号线路的输出端再通过另外的金属化过孔连接到对应的第一焊盘202。

实施例三

本实施例公开了一种TR模块，其包括TR组件以及上述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，各射频输出连接器6分别连接所述TR组件。

实施例四

本实施例公开了了一种相控阵天线，其包括实施例三的TR模块，以及连接TR组件的天线。

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 (10)

1.一种具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，包括射频输入连接器（1）、馈电网络多层板（2）、多个CQFN封装管壳（3）、多个射频芯片组（4）、供电与控制信号连接器（5）、多个射频输出连接器（6）和腔体（7）；所述馈电网络多层板（2）固定于所述腔体（7）腔内，所述射频输入连接器（1）连接所述馈电网络多层板（2）的第一接口（201），所述供电与控制信号连接器（5）连接所述馈电网络多层板（2）的第二接口（203）；各所述CQFN封装管壳（3）均设置于所述馈电网络多层板（2）上，各所述射频芯片组（4）一一对应封焊于所述CQFN封装管壳（3）内，各所述射频输出连接器（6）分别与各所述CQFN封装管壳（3）一一相连；所述馈电网络多层板（2）上集成有供电与控制信号线路以及多路传输线路，各路所述传输线路分别与所述第一接口（201）和各所述CQFN封装管壳（3）相连，各路传输线路间存在隔离和屏蔽设施，所述供电与控制信号线路分别与所述第二接口（203）和各所述CQFN封装管壳（3）相连。

2.如权利要求1所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，所述腔体（7）上设置有第一插座（701），所述第一插座（701）与所述第一接口（201）连接，所述射频输入连接器（1）连接于所述第一插座（701）上。

3.如权利要求2所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，所述射频输入连接器（1）包括多个第一射频连接端口，所述第一插座（701）包括与各所述第一射频连接端口一一对应连接的第二射频连接端口，所述第一接口（201）包括与各所述第二射频连接端口一一对应连接的第三射频连接端口。

4.如权利要求1所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，所述馈电网络多层板（2）为一体的多层级结构，各路传输线路分别位于不同的层级。

5.如权利要求4所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，所述传输线路包括带状线、微带线、功分器以及层间金属过孔。

6.如权利要求5所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，各路传输线路分别通过一组层间金属过孔连接到所述第一接口（201）对应的端口，通过另一组层间金属过孔连接到对应的CQFN封装管壳（3）。

7.如权利要求1所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，各所述CQFN封装管壳（3）均设置于所述馈电网络多层板（2）表层。

8.如权利要求1所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，其特征在于，所述射频输出连接器（6）固定于所述腔体（7）上，所述射频输出连接器（6）一端与对应的CQFN封装管壳（3）相连，另一端用于连接TR组件公共端。

9.一种TR模块，其特征在于，包括TR组件以及如权利要求1~8任一所述的具有气密特性的高集成度多频馈电网络，各所述射频输出连接器（6）分别连接所述TR组件。

10.一种相控阵天线，其特征在于，包括如权利要求9所述的TR模块，以及连接所述TR模块的天线。

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