CN116914447B - 一种双频段多通道sip模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频段多通道SIP模块，涉及相控阵技术领域，包括：连接子板、SIP下腔体、设置在SIP下腔体上表面的第一频段波导口、第二频段波导口、第一公共端口、第二公共端口、第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片，连接子板与SIP下腔体内腔嵌合且固设有第一低频电路以及伸至SIP下腔体外部的低频控制供电接口；第一低频电路用于接入低频控制供电接口输入的低频信号，并将低频信号传至第一频段AD控制芯片和第二频段AD控制芯片，经第一频段AD控制芯片和第二频段AD控制芯片AD转换后的低频信号通过第一低频电路传输至第一频段TR芯片和第二频段TR芯片。

Description

一种双频段多通道SIP模块

技术领域

本发明属于相控阵天线设计技术领域，特别是TR组件设计技术领域，具体涉及一种双频段多通道SIP模块。

背景技术

随着相控阵技术的飞速发展，双频段相控阵雷达俨然已成为当今雷达的重要研究和应用方向，其能够发现和识别不同目标的信息，波长越短能够更精确的描述目标的细微形状，而波长越长穿透力越强且作用距离更远。目前，一般的相控阵雷达在进行多频段组阵时，其内部各个子频段相控阵之间的架构自天线、TR收发单元、信号处理到数据处理都是相互独立的，到后端的作战指挥系统才会进行雷达数据的汇集与融合处理，此种架构形式带来成本高、体积大等缺陷，非常不利于相控阵小型化和高度集成化的实现。

由此可见，对双频相控阵雷达内各个子频段相控阵进行紧密整合很有必要。一种可行的技术手段为：将各个子频段相控阵架构内的天线和TR收发单元进行融合处理，之后在后端建立一套共用的信号处理系统，对前端不同频段的天线与TR收发单元进行统一的信号处理、数据处理与运用管理，后端的作战指挥系统只需要处理一组信号即可实现不同频段的操作与使用。然而，为了满足相控阵天线的性能指标、集成度、可靠性以及可制造性要求，在将双频段的TR收发单元进行一体化设计时，对电路加工、结构加工、组装工艺等多方面提出了非常严苛的要求，因为TR收发单元要求的通道间距通常很小，特别是在应用广泛的Ku波段、Ka波段等，单个通道需要同时实现通道收发信号放大、移相衰减控制、收发加电控制等功能，将实现这些功能的芯片和电路集成到可实现的小尺寸结构体内难度很大，具有较高的设计门槛。与此同时，相比于一体化的TR设计而言，在相控阵的TR设计中采用SIP（system in package）封装技术进行TR的模块化和标准化，能够极大提高整机的生产装配效率和可维护性，便于后期的测试、调试、维修和更换。

综上所述，针对相控阵雷达天线，提出一种可行的双频段SIP模块设计方案具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种双频段多通道SIP模块，用以解决现有的双频相控阵雷达天线架构不利于相控阵小型化和高度集成化实现的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种双频段多通道SIP模块，包括连接子板、通过盖板封堵的SIP下腔体、设置在SIP下腔体上表面的第一频段波导口、第二频段波导口、第一公共端口、第二公共端口、第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片，第一公共端口用于与外部的第一频段馈电网络连接，第二公共端口用于与外部的第二频段馈电网络连接，连接子板与SIP下腔体内腔嵌合，且连接子板上固设有第一低频电路以及伸至SIP下腔体外部的低频控制供电接口；

第一频段TR芯片经分布在SIP下腔体内的第一射频电路分别与第一频段波导口和第一公共端口连接；

第二频段TR芯片经分布在SIP下腔体内的第二射频电路分别与第二频段波导口和第二公共端口连接；

第一低频电路用于接入低频控制供电接口输入的低频信号，并将低频信号传输至第一频段AD控制芯片和第二频段AD控制芯片，经第一频段AD控制芯片和第二频段AD控制芯片AD转换后的低频信号通过第一低频电路传输至第一频段TR芯片和第二频段TR芯片。

进一步改进的，所述第一频段波导口与第二频段波导口分布在所述SIP下腔体上表面的同一边沿，且第一频段波导口与第二频段波导口交错排列。

进一步改进的，所述第一频段波导口和第二频段波导口分布在所述SIP下腔体上表面的第一边沿，所述第一公共端口和第二公共端口分布在所述SIP下腔体上表面的第二边沿，第一边沿与第二边沿正相对。

进一步改进的，所述连接子板为HTCC多层板。

进一步改进的，通过开槽方式将第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片设置在SIP下腔体上表面的槽体内；所述第一射频电路内的射频信号依次流经第一频段TR芯片内的各个功能芯片，并根据各个功能芯片进行多功能的分段设计，每个分段经过的功能芯片设置在同一槽体内。

进一步改进的，所述第二射频电路内的射频信号依次流经第二频段TR芯片内的各个功能芯片，并根据各个功能芯片进行多功能的分段设计，每个分段经过的功能芯片设置在同一槽体内。

进一步改进的，所述第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片在SIP下腔体上的安装位置周边均设置有装配槽。

进一步改进的，所述第一射频电路和第二射频电路均沿竖直方向链式布局。

进一步改进的，所述低频控制供电接口与所述SIP下腔体焊接。

本发明具有的有益效果如下：

（1）通过连接子板与SIP下腔体内腔嵌合的方式，将双频段TR收发单元间的低频控制与供电传输通过连接子板实现，与此同时，连接子板与SIP下腔体的嵌合设计，在完成信号传输功能的同时还实现了气密封闭功能一体化，据此实现了双频段多通道的TR收发单元在相控阵天线口径面的布局，得到的双频段SIP模块具备了体积小、成本低的特性；

（2）通过第一频段波导口与第二频段波导口的交错排列，降低同频段通道之间的相互干扰，提高了隔离度；

（3）根据功能芯片所具有功能的不同，将第一射频电路和第二射频电路均分别进行多功能的分段设计，每个分段内的功能芯片固设在同一槽体内，在盖板将各个槽体封闭后，将射频信号的反馈在空间上进行了隔离，从而降低了自激风险，提高了基于本发明实现的SIP模块组建的相控阵雷达系统的可靠性，与此同时，多功能的分段设计可以有效降低异形结构带来的生产和调试难度，提高了SIP模块的可生产性、可维修性；

（4）将SIP下腔体内分布的第一射频电路和第二射频电路沿竖直方向链式布局，节省了水平方向空间，缩减了水平方向上各个通道之间的间距，从而更易于满足双频段TR收发单元在天线口径面的布局要求，进一步实现了双频段多通道SIP模块的小型化；

（5）通过装配槽的设置，便于生产装配时使用镊子等工具对相应部件进行操作，提高了双频段SIP模块的可生产性。

附图说明

图1为SIP下腔体上表面的一种布局示意图；

图2为第一频段波导口和第二频段波导口交错分布的一种示意图；

图3为图1中A处放大图；

图中，1、SIP下腔体；2、第一频段波导口；3、第二频段波导口；4、第一公共端口；5、第二公共端口；6、接口模块；701、第一频段AD控制芯片；702、第一频段第一级功分芯片；703、第一频段第二级功分芯片；704、第一频段公共驱动芯片；705、第一频段幅相控制芯片；706、第一频段多功能SOC芯片；801、第二频段AD控制芯片；802、第二频段第一级功分芯片；803、第二频段第二级功分芯片；804、第二频段公共驱动芯片；805、第二频段幅相控制芯片；806、第二频段通道驱动芯片；807、第二频段多功能SOC芯片；9、装配槽。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-图3，本实施例提供了一种双频段多通道SIP模块，包括SIP下腔体1和用于对SIP下腔体1进行封堵的盖板，SIP下腔体1的上表面固设有第一频段波导口2、第二频段波导口3、第一公共端口4、第二公共端口5、第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片701和第二频段AD控制芯片801。其中，第一频段TR芯片和第一频段AD控制芯片701共同组成沿天线口径面横向分布的第一频段TR收发单元，第二频段TR芯片和第二频段AD控制芯片801共同组成沿天线口径面横向分布的第二频段TR收发单元。第一公共端口4用于与外部的第一频段馈电网络连接，第二公共端口5用于与外部的第二频段馈电网络连接。对本领域技术人员而言可知的，第一频段TR芯片内包含的功能芯片包括射频收发放大、公共驱动放大、多级功分和幅相控制芯片等，第二频段TR芯片内包含的功能芯片也包括射频收发放大、公共驱动放大、多级功分和幅相控制芯片等。

第一频段TR芯片通过分布在SIP下腔体1内部的第一射频电路与第一频段波导口2连接，且第一频段TR芯片还经上述第一射频电路与第一公共端口4连接，具体为：远离第一频段TR芯片的第一射频电路的第一端与第一频段波导口2连接，第一频段波导口2用于与外部的第一频段辐射天线单元连接，远离第一频段TR芯片的第一射频电路的第二端与第一公共端口4连接。第二频段TR芯片通过分布在SIP下腔体1内部的第二射频电路与第二频段波导口3连接，且第二频段TR芯片还经上述第二射频电路与第二公共端口5连接，具体为：远离第二频段TR芯片的第二射频电路的第一端与第二频段波导口3连接，第二频段波导口3用于与外部的第二频段辐射天线单元连接，远离第二频段TR芯片的第二射频电路的第二端与第二公共端口5连接。

在SIP下腔体1的内腔嵌合有连接子板，连接子板包括接口模块6和电路模块。电路模块内分布有第一低频电路。接口模块6上分布有低频控制供电接口且低频控制供电接口伸至SIP下腔体1外部，用于与外部的低频控制与供电网络连接。第一低频电路用于接入低频控制供电接口输入的低频信号，并将低频信号传输至第一频段AD控制芯片701和第二频段AD控制芯片801，经第一频段AD控制芯片701和第二频段AD控制芯片801AD转换后的低频信号通过第一低频电路传输至第一频段TR芯片和第二频段TR芯片。

在一些实施例中，低频控制供电接口通常为低频插针，在将连接子板嵌合至SIP下腔体1的内腔时，低频插针的信号传输导体的第一端通过金丝键合等方式与电路模块上的第一低频电路进行对位嵌合，低频插针的信号传输导体的第二端伸出至SIP下腔体1的外部且与SIP下腔体1焊接，实现气密。

在一些实施例中，盖板采用陶瓷盖板；SIP下腔体1采用的多层电路载板为陶瓷基板，连接子板为HTCC多层板（高温共烧陶瓷电路板），HTCC多层板具有较高的结构强度；结合图2所示，第一频段波导口2与第二频段波导口3分布在SIP下腔体1上表面的同一边沿，且第一频段波导口2与第二频段波导口3交错排列；结合图1所示，第一频段波导口2和第二频段波导口3分布在SIP下腔体1上表面的上边沿，第一公共端口4和第二公共端口5分布在SIP下腔体1上表面的下边沿；在SIP下腔体1的上表面开设有多个槽体，第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片701和第二频段AD控制芯片801分设在上述槽体内，与此同时，为兼顾机加工可实现精度、结构强度和通道信号屏蔽性能，SIP下腔体1挖槽后保留一定厚度的槽体壁，例如：若第一频段为Ka频段，第二频段为Ku频段时，图3中的标记a所示即为槽体壁的厚度，槽体壁的厚度至少保留0.75mm；第一射频电路和第二射频电路均沿竖直方向链式布局，节省了水平方向的空间。

作为上述实施例的进一步改进，第一射频电路所输送的射频信号依次流经第一频段TR芯片内的各个功能芯片，并根据各个功能芯片进行多功能的分段设计，每个分段经过的所有功能芯片设置在同一槽体内。第二射频电路所输送的射频信号依次流经第二频段TR芯片内的各个功能芯片，并根据各个功能芯片进行多功能的分段设计，每个分段经过的功能芯片设置在同一槽体内。第一射频电路和第二射频电路进行多功能的分段设计基于相同的原理，所述原理详述如下：各个功能芯片分别对应射频信号功分功能、公共驱动功能、幅相控制功能、功率放大及低噪放功能等，相应的，射频信号的功率、幅度和相位等存在差异，为避免不同功率、幅度和相位的射频信号的传输线路在SIP下腔体1内杂糅在一起所带来的信号间串扰，根据功能的不同进行分段设计，配合不同分段经过的所有功能芯片设置在同一槽体内，在使用盖板将各个槽体封焊后，最大程度的实现了各种不同功率、幅度和相位的射频信号的空间隔离，降低了自激风险，保证了双频段多通道SIP模块的电气性能。

下文将详述本实施例实现的双频段多通道SIP模块的一种具体实例。第一频段为Ka频段，第二频段为Ku频段，通道数共计十二路，其中，Ka频段通道数为八个，Ku频段通道数为四个，通道间距为2.6mm，第一频段TR收发单元和第二频段TR收发单元选型时均采用窄尺寸芯片。

第一频段TR收发单元具体包括第一频段AD控制芯片701、一分二的第一频段第一级功分芯片702、一分二的第一频段第二级功分芯片703、第一频段公共驱动芯片704、第一频段幅相控制芯片705和用于功率放大和低噪声放大的第一频段多功能SOC芯片706，可知的，第一频段AD控制芯片701用于对低频控制供电接口输入的低频信号进行AD转换，得到用于对其他芯片进行低频控制和/或供电的控制信号，以射频信号发射为例，自第一公共端口4输入的射频信号依次经过第一频段第一级功分芯片702、第一频段公共驱动芯片704、第一频段第二级功分芯片703、第一频段幅相控制芯片705和第一频段多功能SOC芯片706，而后到达第一频段波导口2。其中，第一频段AD控制芯片701的数量为一个，第一频段第一级功分芯片702的数量为一个，第一频段第二级功分芯片703的数量为四个且依次水平向阵列排布在SIP下腔体1的上表面且为均匀分布，第一频段公共驱动芯片704的数量为两个，第一频段幅相控制芯片705的数量为八个且依次水平向阵列排布在SIP下腔体1的上表面且为均匀分布，第一频段多功能SOC芯片706的数量为八个且依次水平向阵列排布在SIP下腔体1的上表面且为均匀分布。

第二频段TR收发单元具体包括第二频段AD控制芯片801、一分二的第二频段第一级功分芯片802、一分二的第二频段第二级功分芯片803、第二频段公共驱动芯片804、第二频段幅相控制芯片805、第二频段通道驱动芯片806和用于功率放大和低噪声放大的第二频段多功能SOC芯片807。可知的，第二频段AD控制芯片801用于对低频控制供电接口输入的低频信号进行AD转换，得到用于对其他芯片进行低频控制和/或供电的控制信号，以射频信号发射为例，自第二公共端口5输入的射频信号依次经过第二频段第一级功分芯片802、第二频段公共驱动芯片804、第二频段第二级功分芯片803、第二频段幅相控制芯片805、第二频段通道驱动芯片806和第二频段多功能SOC芯片807，而后到达第二频段波导口3。其中，第二频段AD控制芯片801的数量为两个且分别对称分布在第一频段AD控制芯片701的左右两侧，第二频段第一级功分芯片802的数量为一个，第二频段第二级功分芯片803的数量为两个且分别对称分布在第一频段第一级功分芯片702的左右两侧，第二频段公共驱动芯片804的数量为两个且分别对称分布在第一频段第一级功分芯片702的左右两侧，第二频段幅相控制芯片805的数量为四个且分别对称分布在第一频段公共驱动芯片704的左右两侧，一边分布两个，第二频段通道驱动芯片806的数量为四个且分别对称分布在第一频段公共驱动芯片704的左右两侧，一边分布两个，第二频段多功能SOC芯片807的数量为四个且依次水平向阵列排布在SIP下腔体1的上表面且为均匀分布。

为实现各种不同功率、幅度和相位的射频信号的空间隔离，第一频段第一级功分芯片702固设在第一槽体内，各个第一频段公共驱动芯片704分别一一对应地固设在各个第二槽体内，各个第一频段第二级功分芯片703分别一一对应地固设在各个第三槽体内，同一个通道的第一频段幅相控制芯片705和第一频段多功能SOC芯片706固设在同一个第四槽体内，相应地，第一射频电路分为第一射频电路第一分段、第一射频电路第二分段、第一射频电路第三分段和第一射频电路第四分段，第一射频电路第一分段经过第一频段第一级功分芯片702，第一射频电路第二分段经过第一频段公共驱动芯片704，第一射频电路第三分段经过第一频段第二级功分芯片703，第一射频电路第四分段经过第一频段幅相控制芯片705和第一频段多功能SOC芯片706。与此同时，第二频段第一级功分芯片802固设在第五槽体内，一个第二频段公共驱动芯片804和一个第二频段第二级功分芯片803为一组且固设在同一个第六槽体内，同一个通道的第二频段幅相控制芯片805和第二频段通道驱动芯片806固设在同一个第七槽体内，各个第二频段多功能SOC芯片807分别一一对应地固设在各个第八槽体内。

作为上述实施例的进一步改进，各个槽体内部在所需对应安装的功能芯片的安装位置周边还开设了装配槽9，装配槽9用于各个功能芯片粘接时的限位，同时便于装配时使用镊子等工具对相应芯片进行操作。

上述实施例中，各个功能芯片与第一射频电路或第二射频电路之间的连接、各个功能芯片与第一低频电路之间的连接、第一频段AD控制芯片701与第一低频电路之间的连接、第二频段AD控制芯片801与第一低频电路之间的连接均采用金丝键合方式，第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片701和第二频段AD控制芯片801通过粘接的方式固设在SIP下腔体1的上表面，第一公共端口4、第二公共端口5、第一频段波导口2和第二频段波导口3与SIP下腔体1的上表面焊接；SIP下腔体1实现SIP模块的底层气密，分布在SIP下腔体1内部的各种微带线-带状线-微带线构成的信号传输布线实现横向和纵向气密，陶瓷盖板与陶瓷基板通过激光封焊实现SIP模块的顶层气密。

以Ka频段为例说明SIP模块的工作过程，具体为：

相控阵发射Ka频段射频信号时，低频控制供电接口从外部的低频控制与供电网络接收到低频信号，低频信号传输至连接子板上的第一低频电路，经第一低频电路传输至第一频段AD控制芯片701，第一频段AD控制芯片701产生相应的控制信号，控制信号再经由连接子板上的第一低频电路传输至各个第一频段第一级功分芯片702、第一频段公共驱动芯片704、第一频段第二级功分芯片703、第一频段幅相控制芯片705和第一频段多功能SOC芯片706，射频信号由下方的第一公共端口4输入，通过第一射频电路传输至第一频段第一级功分芯片702，分成两路射频信号，然后每一路均进入到第一频段公共驱动芯片704进行信号放大，再通过第一频段第二级功分芯片703，共分路得到八路射频信号，然后各路射频信号分别通过自身通道所对应的第一频段幅相控制芯片705和第一频段多功能SOC芯片706，完成相应的幅度相位调整和信号功率放大等，再经由第一射频电路自上方的第一频段波导口2输出，共输出八路射频信号。Ku频段的工作过程与Ka频段相似，在此不作详细描述；

相控阵接收Ka频段射频信号的过程为上述发射过程的逆过程。

不同频段工作时，只需通过低频控制与供电网络将需要工作的频段的对应通道打开，其余通道关闭。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，包括连接子板、通过盖板封堵的SIP下腔体、设置在SIP下腔体上表面的第一频段波导口、第二频段波导口、第一公共端口、第二公共端口、第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片，第一公共端口用于与外部的第一频段馈电网络连接，第二公共端口用于与外部的第二频段馈电网络连接，连接子板与SIP下腔体内腔嵌合，且连接子板上固设有第一低频电路以及伸至SIP下腔体外部的低频控制供电接口；

第一频段TR芯片经分布在SIP下腔体内的第一射频电路分别与第一频段波导口和第一公共端口连接；具体为：远离第一频段TR芯片的第一射频电路的第一端与第一频段波导口连接，第一频段波导口用于与外部的第一频段辐射天线单元连接，远离第一频段TR芯片的第一射频电路的第二端与第一公共端口连接；

第二频段TR芯片经分布在SIP下腔体内的第二射频电路分别与第二频段波导口和第二公共端口连接；具体为：远离第二频段TR芯片的第二射频电路的第一端与第二频段波导口连接，第二频段波导口用于与外部的第二频段辐射天线单元连接，远离第二频段TR芯片的第二射频电路的第二端与第二公共端口连接；

第一低频电路用于接入低频控制供电接口输入的低频信号，并将低频信号传输至第一频段AD控制芯片和第二频段AD控制芯片，经第一频段AD控制芯片和第二频段AD控制芯片AD转换后的低频信号通过第一低频电路传输至第一频段TR芯片和第二频段TR芯片。

2.根据权利要求1所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述第一频段波导口与第二频段波导口分布在所述SIP下腔体上表面的同一边沿，且第一频段波导口与第二频段波导口交错排列。

3.根据权利要求1所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述第一频段波导口和第二频段波导口分布在所述SIP下腔体上表面的第一边沿，所述第一公共端口和第二公共端口分布在所述SIP下腔体上表面的第二边沿，第一边沿与第二边沿正相对。

4.根据权利要求1所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述连接子板为HTCC多层板。

5.根据权利要求1所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，通过开槽方式将第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片设置在SIP下腔体上表面的槽体内；所述第一射频电路内的射频信号依次流经第一频段TR芯片内的各个功能芯片，并根据各个功能芯片进行多功能的分段设计，每个分段经过的功能芯片设置在同一槽体内。

6.根据权利要求5所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述第二射频电路内的射频信号依次流经第二频段TR芯片内的各个功能芯片，并根据各个功能芯片进行多功能的分段设计，每个分段经过的功能芯片设置在同一槽体内。

7.根据权利要求1或5所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述第一频段TR芯片、第二频段TR芯片、第一频段AD控制芯片、第二频段AD控制芯片在SIP下腔体上的安装位置周边均设置有装配槽。

8.根据权利要求1所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述第一射频电路和第二射频电路均沿竖直方向链式布局。

9.根据权利要求1所述的一种双频段多通道SIP模块，其特征在于，所述低频控制供电接口与所述SIP下腔体焊接。