CN114422045B - 一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及射频电路领域，公开了一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法及存储介质。该方法包括：将天线互联端口层、带状线射频层以及TR互联端口层各自制作在一个射频基板上，再将多个射频基板进行复合叠层；将所述天线互联端口层采用微小型表贴射频连接器的方式与天线互联，或者将天线做成表贴封装与所述天线互联端口层互联；将所述TR互联端口层采用微小型表贴射频连接器的方式与TR类型的前端组件连接，或者将TR类型的前端组件做成表贴封装与所述TR互联端口层互联；将所述带状线射频层采用集成电阻基板内埋的方式设置。本方法实现了对宽带相控阵射频通道间组件幅相一致性耦合校正和环境变化的幅相一致性校正。

Description

一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法及存储介质
技术领域
本发明涉及射频电路领域，尤其涉及一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法及存储介质。
背景技术
随着雷达、通信等系统的快速发展，有源相控阵系统被越来越多的应用于各类雷达和通信系统，而相控阵系统中，各阵元对应射频通道的幅度和相位一致性指标对相控阵系统的性能有至关重要的影响，其会直接影响相控阵的功率辐射效率、波束指向精度等，幅相一致性是相控阵系统的关键指标。而相控阵系统内组件/通道之间存在幅相不一致性，系统工作的环境、温度、时间等也会引起的组件/通道的幅相偏移，导致通道幅相一致性变化，因此对相控阵系统各阵元对应射频通道幅相一致性的实时校正则变得尤为重要。
相控阵系统的射频通道幅相一致性校正方法，目前主要有：(1)外部辐射校正，通过在相控阵雷达照射区域放置一个辐射源，通过相控阵接收对应的辐射信号进行相控阵系统的幅相一致性校正，但这种方法无法快速方便的实现幅相一致性的校正，且校正效果及可行性受雷达所在环境的影响较大。(2)内埋式相控阵检测校准网络，这种方法通过相应的功分网络和耦合网络，可以将校准信号输入至每个阵元，但是由于每个阵元处校正信号的相位是不一致的，其对相控阵相位的校准只能完成通道的功能检测、相位等随温度变化的校准等，不能对链路内器材、装配等因素导致的固有相位不一致性的校校准，初始校正依旧需要使用类似外部辐射等方法进行校正。且集成的电阻依旧通过外部焊接实现，只能内埋非电阻式功分及耦合，工作带宽较窄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法及存储介质，用来解决现有技术的不足。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法，所述校正网络包括用于实现与天线之间互联的天线互联端口层、用于实现射频校正网络电路及元件内埋的带状线射频层、以及用于实现与TR类型的前端组件互联TR互联端口层；
所述设计方法包括：
将天线互联端口层、带状线射频层以及TR互联端口层各自制作在一个射频基板上，再将多个射频基板进行复合叠层；
将所述天线互联端口层采用微小型表贴射频连接器的方式与天线互联，或者将天线做成表贴封装与所述天线互联端口层互联；
将所述TR互联端口层采用微小型表贴射频连接器的方式与TR类型的前端组件连接，或者将TR类型的前端组件做成表贴封装与所述TR互联端口层互联；
将所述带状线射频层采用集成电阻基板内埋的方式设置。
进一步的，所述带状线射频层包括位于中间的射频RF层以及位于射频RF层上下的地属性层。
进一步的，所述射频RF层包括Wilkinson一分二功分器和平行线耦合器，所述Wilkinson一分二功分器采用N级级联的方式，形成一分2N路功分网络，其中，N为正整数。
进一步的，每一路功分网络首先采用对称或者平移的方式设计实现，若无法采用对称或者平移的方式进行设计，则再采用电磁仿真补偿的方式进行传输路径的设计。
进一步的，所述射频基板采用铜浆烧结以及HDI互连加工工艺，实现多层带状线射频层射频层间射频信号的任意层互连。
第二方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述第一方面所述的方法。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
1.本发明通过将需要集成电阻的高性能耦合、功分网络内埋至基板内，工作带宽和隔离性能等均有较大提升，实现宽带阵列系统内各通道校正功能的集成，无需额外设备即可在相控阵内实现系统通道间幅相一致性的宽带耦合校正工作，极大提高了宽频带通道校正工作的效率。
2.本发明采用对称、平移和电磁仿真补偿等方式实现射频链路的等幅同相设计，所有阵元主通道耦合输入的校正信号在设计的频段内均满足等幅同相，不仅可以对随环境、时间而发生的相位偏移进行校正，还可对系统内各通道间器材批次、装配等因素导致的幅相不一致进行校正，极大提高了通道校正的准确性和效率。
3.本发明将耦合网络和功分网络等内埋入射频基板内，针对不同频率、带宽可选择不同的阶数，相比现有技术中的检测校准网络，本发明设计更加自由，适应带宽更宽，从窄带到超宽带、频率可至毫米波均可实现。
4.本发明的校正网络通过将功分网络、耦合网络、端口转接网络等功能集成在同一块射频复合基板内，可以在极小厚度尺寸内，同时内埋实现耦合校正和射频转接功能，尺寸小于4mm，极大的减小了相控阵的剖面尺寸，大大提高了相控阵系统的集成度。
5.本发明的校正网络基板与天线、T/R等前端组件等互联，可以采用微小型表贴射频连接器，通过实现盲插互联，安装、拆卸均非常便捷。也可将天线、T/R等前端组件等做成表贴封装，焊接装配在校正网络基板上，实现高密度的一体化集成，互联方式多样，可适应各种不同集成需求。
附图说明
图1是本实施例提供的校正网络射频复合基板叠层示意图。
图2是图1中的射频地及天线互联端口层的俯视图。
图3是图1中的射频地及TR互联端口层的俯视图。
图4是图1中RF1层的结构示意图。
图5是图1中的RF2层的结构示意图。
图6是图1中的RF3层的结构示意图。
图7是图4中RF1层的局部示意图。
图8是图5中的RF2层的局部示意图。
图9是图6中的RF3的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本实施例提供一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法，该设计方法设计出的校正网络的网络结构如图1所示，物理层上分为天线互联端口层、带状线射频层、TR互联端口层，各层通过PCB加工工艺制作在一个射频基板上，然后再将多个射频基板叠加制作成一个复合基板。
其中，如图2所示，天线互联端口层主要实现与天线之间互联；带状线射频层主要实现射频校正网络电路及元件的内埋，由中间射频RF层、上下地属性层组成，具体射频层数由设计规模等确定；TR互联端口层主要实现与TR等类型前端组件互联。
具体的，在本实施例中，天线互联端口层可以通过采用微小型表贴射频连接器的方式，与天线盲插互联，也可将天线做成表贴封装，焊接装配在制作天线互联端口层的基板上。
具体的，在本实施例中，TR互联端口层可以通过采用微小型表贴射频连接器的方式，与TR等类型的前端组件盲插互联，也可将TR等类型的前端组件做成表贴封装，焊接装配在制作TR互联端口层的基板上。
具体的，在本实施例中，射频RF层包括Wilkinson一分二功分器和平行线耦合器，射频RF层通过集成电阻基板内埋的方式，完成Wilkinson一分二功分器、平行线耦合器等需要集成电阻的宽带高性能耦合器和功分器的整体基板内埋设计，耦合器和功分器均可根据应用的带宽任意选择合适的阶数，可适应超宽带工作，设计灵活。
其中，内埋在射频基板上的Wilkinson一分二功分器和平行线耦合器实现本网络的校正功能。根据阵元数量，通过Wilkinson一分二功分器级联，逐级实现一分二、二分四、四分八······，经过N级的级联，可实现最多校正信号的一分2N路功分网络。平行线耦合器数量与阵元数量相等，每个阵元端口处设置一个平行线耦合器，用于将校正信号功分后输入至每个端口实现校正信号输入及校正目的。本实施例通过内埋宽带平行线耦合器、功分网络等设计，几乎不影响主路信号的传输性能，可以复合基板任意的射频层实现内埋设计。
校正网络通过校正公共输入端口输入校正信号如图3所示，在系统末端接收信号，通过控制系统每个通道分别导通，进而测得每个通道的幅度、相位等指标，计算得到各通道之间幅度和相位差异，通过系统功能链路中预留的射频幅相控制器件等对幅相差异进行补偿，使得系统工作时各通道具备较高的幅相一致性，从而提高系统性能。其中校正网络的幅相一致性越好，引入的校正误差越小，校正精度越高。
具体的，在本实施例中，每路校正网络的功分、耦合、传输等电路均采用对称、平移等方式设计实现，以确保每个支路的幅相一致性，对于无法进行平移、对称设计的地方，采用电磁仿真补偿等方式进行传输路径设计及仿真，确保耦合输入到每个阵元输入端的校正信号等幅同相，同时整个校正网络整体集成在复合基板内部，通过自动化的加工实现，减少传统校正网络各部分级联、装配等因素引入的幅相误差，极大减小校正网络引入的额外误差，提高校正精度，实现阵列阵元间各通道组件的幅相一致性校正和温度等环境变化引起的幅相一致性校正，功分网络结构具体如图4至9所示。
具体的，在本实施例中，相对传统基板加工方式受限于压合次数、钻孔深径比、背钻工艺等方面限制，互联孔普遍尺寸大、背钻对布线设计限制多，限制了集成密度的提升，本实施例的校正网络的各层射频基板通过采用铜浆烧结、HDI等互连加工工艺，实现多层带状线射频层间射频信号的任意层互连，可以极大提高板内射频垂直互连的密度和幅相一致性性能。同时具备将平面天线板与耦合校正板通过铜浆烧结、HDI等工艺加工集成一张基板的能力，在基板厚度尺寸中实现大规模校正网络及天线阵列功能，实现超低剖面集成。
通过本实施例设计出的校正网络具有射频SIP产品集成基板，实现一种基板多种功能的优点。作为一种高密度、可内部层间任意互联的复合基板，可以作为高密度前端的集成载体，在其表面集成相关的前端SIP等射频链路功能，两者之间采用BGA、QFN等方式进行互联集成，在一块基板上实现阵列耦合校正、射频端口间距扩展及转接、射频前端、波束合成等功能，集成密度高，阵列剖面低。
本实施例还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行本实施例提供一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法。
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。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法，其特征在于，所述校正网络包括用于实现与天线之间互联的天线互联端口层、用于实现射频校正网络电路及元件内埋的带状线射频层、以及用于实现与TR类型的前端组件互联TR互联端口层；
所述设计方法包括：
将天线互联端口层、带状线射频层以及TR互联端口层各自制作在一个射频基板上，再将多个射频基板进行复合叠层；
将所述天线互联端口层采用微小型表贴射频连接器的方式与天线互联，或者将天线做成表贴封装与所述天线互联端口层互联；
将所述TR互联端口层采用微小型表贴射频连接器的方式与TR类型的前端组件连接，或者将TR类型的前端组件做成表贴封装与所述TR互联端口层互联；
将所述带状线射频层采用集成电阻基板内埋的方式设置；
所述带状线射频层包括位于中间的射频RF层以及位于射频RF层上下的地属性层；
所述射频RF层包括Wilkinson一分二功分器和平行线耦合器，所述Wilkinson一分二功分器采用N级级联的方式，形成一分2N路功分网络，其中，N为正整数；
平行线耦合器数量与阵元数量相等，每个阵元端口处设置一个平行线耦合器，用于将校正信号功分后输入至每个端口实现校正信号输入及校正。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法，其特征在于，每一路功分网络首先采用对称或者平移的方式设计实现，若无法采用对称或者平移的方式进行设计，则再采用电磁仿真补偿的方式进行传输路径的设计。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵通道幅相校正网络的设计方法，其特征在于，各层射频基板采用铜浆烧结以及HDI互连加工工艺，实现多层带状线射频层间射频信号的任意层互连。
4.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-3任一所述的方法。
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