CN117117502A - 一体化集成喇叭天线的大功率t/r组件及雷达 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件及雷达，包括：T/R组件部，为大功率砖块式T/R组件，采用裸芯片MMIC芯片封装集成为多种SIP模组，封装后的SIP模组进行PCB板级贴装，所述T/R组件部通过输出端采用绝缘子插针的形式输出至天线部；天线部，为脊喇叭天线的形式，包括第一喇叭天线臂、第二喇叭天线臂以及天线底板，其中所述第一喇叭天线臂和所述第二喇叭天线臂垂直于所述天线底板设置，所述天线底板上开设有馈电孔，所述第二喇叭天线臂上设置有喇叭天线脊，所述喇叭天线脊上与所述天线底板馈电孔对应位置开设有馈电孔。本申请的T/R组件节省成本和减小损耗的同时又保留了T/R组件的可测试性。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件及雷达。
背景技术
现有相控阵雷达所采用的T/R组件多为传统的砖块式T/R组件或近两年来采用的越来越多的瓦片式T/R组件，且组件和前端的天线部分采用完全独立分开的方式，这种方式在增加组件和天线连接成本的同时又增大了链路损耗。且砖块式组件的纵向尺寸一般较大，不利于平台集成化安装，且输出功率大时散热是个难题。
现有的大功率T/R组件和天线连接的部分采用射频连接器盲插或者是电缆组件的方式进行连接，加上组件的天线自身的连接器，插入损耗至少在0.6dB以上，当采用大功率的T/R组件后，功放后端的损耗将对发射功率有较大影响，导致发射功率不能高效输出，降低了T/R组件的效率，增大了组件的热耗，给组件散热带来了挑战。另一方面，从接收的角度看，增大了接收通道的噪声系数，降低了系统的信噪比。同时，T/R组件在天线阵面上的使用数量又十分多，数量巨大的连接器增加了设备的成本，得不偿失。另外一种高度集成不可分割的一体化方式将天线和T/R组件集成在一块PCB板上，由于天线需要辐射不能内置在壳体中，导致PCB板子不能有效地放进壳体中进行散热，使大功率T/R组件不能有效工作。
发明内容
本申请实施例提供一种一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件及雷达，用以采用一种特殊的T/R组件和天线形式，使天线和T/R组件能直接进行一体化安装，无需中间连接器，节省成本和减小损耗的同时又保留了T/R组件的可测试性。
本申请实施例提供一种一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，包括：
T/R组件部，为大功率砖块式T/R组件，采用裸芯片MMIC芯片封装集成为多种SIP模组，封装后的SIP模组进行PCB板级贴装，所述T/R组件部通过输出端采用绝缘子插针的形式输出至天线部；
天线部，为脊喇叭天线的形式，包括第一喇叭天线臂、第二喇叭天线臂以及天线底板，其中所述第一喇叭天线臂和所述第二喇叭天线臂垂直于所述天线底板设置，所述天线底板上开设有馈电孔，所述第二喇叭天线臂上设置有喇叭天线脊，所述喇叭天线脊上与所述天线底板馈电孔对应位置开设有馈电孔，以通过所述馈电孔引入所述T/R组件部的绝缘子插针，实现一体化集成。
可选的，所述T/R组件部，包括多个通道，任一通道包括接收通路和发射通路，其中，
所述发射通路包括公共路驱放、数控移相器、数控衰减器、通道内驱放、功放以及相关电路；
所述接收通路包括限幅器、低噪放、放大器、数控移相器、数控衰减器以及相关电路；
在所述接收通路和所述发射通路的前端设置有环形器，用以与所述天线部连接。
可选的，所述T/R组件部封装集成有4种SIP模组，分别为前端SIP模组、多功能SIP模组、公共路SIP模组以及控制SIP模组，其中，
所述前端SIP模组，封装有前端MMIC裸芯片以及外围电容，且前端SIP模组采用氮化铝(AlN)管壳，所述前端MMIC裸芯片包括10W功放芯片、限幅器、低噪声放大器、功放调制芯片；
所述多功能SIP模组，封装有发射单通道内驱放芯片、接收单通道放大器芯片以及收发支路公用的数控移相器和数控衰减器、串并转换芯片，采用氧化铝管壳；
所述公共路SIP模组，封装有公共支路所用的发射驱放芯片和单刀双掷开关芯片，采用氧化铝管壳；
所述控制SIP模组，封装有控制所用的38译码器，8线缓存器以及差分转单端芯片；
所述T/R组件所用的功分器、LDO、信号缓存器均为封装器件。
可选的，所述T/R组件各SIP模组的纵向高度不超过8mm，其中，所述T/R组件各SIP模组贴装的PCB板为多层环氧射频混压板，且所述PCB板的形状呈手指状，以匹配所述T/R组件内部通道间的金属化隔墙。
可选的，所述PCB板烧结在T/R组件的壳体底部，且烧结后PCB板顶部与壳体底部保持平整，在所述PCB板上、前端SIP模组位置处设置有嵌铜。
可选的，所述PCB板的端口处微带线两侧区域以及通道两侧设置有金属化包边。
可选的，所述环形器的传输线与PCB板上的微带线之间键合有金带。
本申请实施例提出一种相控阵雷达，包括如前述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件。
本申请实施例采用了一种特殊的T/R组件和天线形式，使天线和T/R组件能直接进行一体化安装，无需中间连接器，节省成本和减小损耗的同时又保留了T/R组件的可测试性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件的整体结构示意；
图2为本申请实施例的一体化T/R组件的原理图；
图3为本申请实施例的T/R组件和天线安装方式示意；
图4为本申请实施例的T/R组件和喇叭天线一体化安装端面示意；
图5为本申请实施例的PCB板级T/R组件壳体示意；
图6为本申请实施例的PCB板包边区域示意。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本申请实施例提供一种一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，由两部分集成，分别为T/R组件部分和天线部分。T/R组件采用大功率砖块式T/R组件，采用裸芯片MMIC芯片封装集成为多种SIP模组，SIP模组再进行PCB板级贴装的方式设计。天线部分采用脊喇叭波导天线的形式，在具有大带宽特性的同时又方便和T/R组件进行一体化集成，具体包括：
T/R组件部，为大功率砖块式T/R组件，采用裸芯片MMIC芯片封装集成为多种SIP模组，封装后的SIP模组进行PCB板级贴装，所述T/R组件部通过输出端采用绝缘子插针的形式输出至天线部，一些示例中绝缘子插针为玻璃绝缘子插针10。在一些实施例中，所述T/R组件部，包括多个通道，任一通道包括接收通路和发射通路，其中，
所述发射通路包括公共路驱放、数控移相器、数控衰减器、通道内驱放、功放以及相关电路。
所述接收通路包括限幅器、低噪放、放大器、数控移相器、数控衰减器以及相关电路。
在所述接收通路和所述发射通路的前端设置有环形器8，用以与所述天线部连接。
在一些实施例中，所述T/R组件部封装集成有4种SIP模组，分别为前端SIP模组6、多功能SIP模组4、公共路SIP模组1以及控制SIP模组2，其中，
所述前端SIP模组6，封装有前端MMIC裸芯片以及外围电容，且前端SIP模组采用氮化铝(AlN)管壳，所述前端MMIC裸芯片包括10W功放芯片、限幅器、低噪声放大器、功放调制芯片；
所述多功能SIP模组4，封装有发射单通道内驱放芯片、接收单通道放大器芯片以及收发支路公用的数控移相器和数控衰减器、串并转换芯片，采用氧化铝管壳11；
所述公共路SIP模组1，封装有公共支路所用的发射驱放芯片和单刀双掷开关芯片，采用氧化铝管壳；
所述控制SIP模组2，封装有控制所用的38译码器，8线缓存器以及差分转单端芯片；
所述T/R组件所用的功分器3、LDO、信号缓存器均为封装器件。
如图1、图2所示，一些具体实施例中，T/R组件共分为8个通道，每个通道发射通路包括公共路驱放、数控移相器、数控衰减器、通道内驱放以及功放等电路；接收通路包括限幅器、低噪放、放大器、数控移相器、数控衰减器等电路，环形器位于发射通道和接收通道最前端，连接天线部分。
8路收发通道进行合成后通过公共支路进行放大后输出。为了提高组件的装配效率去微组装化，该T/R组件采用SIP模组方式进行装配。该T/R组件一共形成4种SIP模组，分别为前端SIP模组、多功能SIP模组、公共路SIP模组以及控制SIP模组，如图2所示。本申请实施例将10W功放芯片、限幅器、低噪声放大器、功放调制芯片等通道前端MMIC裸芯片以及外围电容等进行SIP封装，形成组件所用的前端模组，模组采用管壳为氮化铝(AlN)管壳，该类型管壳导热系数高有利于10W功放芯片散热；然后将发射单通道内驱放芯片、接收单通道放大器芯片以及收发支路公用的数控移相器和数控衰减器、串并转换芯片等进行SIP封装，管壳采用氧化铝类型，形成多功能SIP模组模块；此外，将公共支路所用的发射驱放芯片和两个单刀双掷开关芯片进行SIP封装，管壳采用氧化铝类型，形成公共路SIP模组；最后，考虑组件内部的电磁屏蔽效果，防止射频芯片造成的微波辐射对控制类芯片的工作造成影响，将控制所用的38译码器，8线缓存器以及差分转单端等芯片也进行SIP封装，提高电磁屏蔽性的同时也提高了组件的装配效率。至此，组件内所用的其他器件包括功分器、LDO，信号缓存器等器件均为封装器件，可采用普通回流焊方式进行装配，简化组件的装配工序，提高组装效率。
天线部，为脊喇叭天线的形式，包括第一喇叭天线臂、第二喇叭天线臂以及天线底板，其中所述第一喇叭天线臂和所述第二喇叭天线臂垂直于所述天线底板设置，所述天线底板上开设有馈电孔，所述第二喇叭天线臂上设置有喇叭天线脊，所述喇叭天线脊上与所述天线底板馈电孔对应位置开设有馈电孔，以通过所述馈电孔引入所述T/R组件部的绝缘子插针，实现一体化集成。
T/R组件输出端采用玻璃绝缘子插针的形式输出，如图3所示，天线部分采用脊喇叭天线105的形式。喇叭天线为脊波导形式，天线的馈电采用探针耦合馈电的方式，如图1所示。喇叭天线由三部分组成，分别为第一喇叭天线臂103，第二喇叭天线臂104以及天线底板106，喇叭天线脊102位于第二喇叭天线臂104上，脊中间开1mm馈电孔101，作为T/R组件的玻璃绝缘子馈电孔。一些具体示例中，一体化喇叭天线由8个单元天线组成，开8个馈电孔与组件的8个输出玻璃绝缘子进行对插，并用7个螺钉孔进行固定，使天线的底板面和T/R组件的输出端面紧密贴合，进行一体化集成，如图4示。此外，组件的8个输出玻璃绝缘子的直径为0.38mm，该插针容易弯曲变形。为了防止该插针与天线馈电孔进行连接时产生弯曲与天线底座106及馈电孔臂发生短路，一些应用中采用聚四氟乙烯材质的介质套管粘接在玻璃绝缘子上，以增加物理隔离。
本申请实施例采用了一种特殊的T/R组件和天线形式，使天线和T/R组件能直接进行一体化安装，无需中间连接器，节省成本和减小损耗的同时又保留了T/R组件的可测试性。
在一些实施例中，所述T/R组件各SIP模组的纵向高度不超过8mm，其中，所述T/R组件各SIP模组贴装的PCB板为多层环氧射频混压板，且所述PCB板的形状呈手指状，以匹配所述T/R组件内部通道间的金属化隔墙。
一些具体应用中，本申请实施例的T/R组件在纵向尺寸上高度仅为8mm，组件纵向由壳体、盖板、PCB板5以及SIP模组等部分组成。壳体的厚度设计为2mm，从而最大限度保证T/R组件的机械强度。一些具体应用中，PCB板5为多层环氧射频混压板，采用8层走线，通过合理的PCB走线设计将PCB板厚度控制在1.5mm以内。4种SIP模组的高度为2.8mm，盖板的厚度为1mm，因此在SIP模组至盖板的上方预留0.7mm的空间以满足调试时贴吸波材料的需求。通过以上各个部分高度的合理设计，组件总厚度可以控制在8mm，最大限度降低T/R组件的厚度，使组件结构上轻薄化，便于平台一体化装配。
在一些实施例中，所述PCB板5烧结在T/R组件的壳体底部，且烧结后PCB板顶部与壳体底部保持平整，在所述PCB板上、前端SIP模组位置处设置有嵌铜。如图5所示为8层PCB环氧射频混压板，该PCB板的形状为手指状不规则样式，以匹配T/R组件内部通道间的金属化隔墙。一些应用中，PCB板通过焊料烧结在T/R组件的壳体底部，壳体内挖槽以完全匹配PCB手指状，烧结后该PCB板顶部与壳体底部保持平整，以保证SIP模组的信号传输和组件内部的微带线92在同一平面上。
在一些应用中，PCB板上前端SIP模组位置处做嵌铜处理，以满足10W功放芯片散热需求。该嵌铜区域略大于前端SIP模组的尺寸，保证模组内的功放芯片热量通过氮化铝管壳传输到嵌铜部分，再通过嵌铜传输至组件的壳体。采用上述方式解决了T/R组件的散热问题，保证组件长期工作的可靠性，本申请实施例中，前端SIP模组下方处PCB板上做嵌铜处理，金属铜块的导热率远远大于PCB板，使热量从铜块导入壳体上进行散热。所用前端SIP模组采用导热率更高的氮化铝陶瓷管壳。
在一些实施例中，所述PCB板的端口处微带线两侧区域以及通道两侧设置有金属化包边。在一些实施例中，所述环形器8的传输线与PCB板上的微带线92之间键合有金带7。
PCB板嵌入壳体中装配后与壳体内部底面保持在同一水平面，即PCB板上微带线92与组件环形器8输出线91部分平齐，环形器8输出线91基于微带板9引出，如图1示，环形器8传输线与PCB板上微带线用金带7进行键合，键合金带7宽约35um，保证射频传输线50欧姆匹配连接。多层环氧射频混压PCB板在射频通道的边缘进行包边处理，如图5中粗线部分所示，利用此包边处理缩短射频地的传输距离，提高射频传输性能，使得PCB嵌入壳体后射频传输信号的地连续(主要涉及环形器和PCB板连接处)，保证传输性能的平坦度。
本申请实施例的一体化组件T/R组件内部8个通道间用金属隔墙进行物理隔离，提高通道之间隔离度，防止相邻通道射频信号通过空间进行辐射影响其他通道。并且省去了天线和T/R组件间的传统连接器，节省了连接器的成本，并且减小了射频发射功率损耗，提高了接收信号信噪比。本申请实施例实现了T/R组件和天线的无缆化或直接连接，节省了连接器成本的同时，减小了射频传输的损耗，整个一体化T/R组件厚度控制在8mm以内，单通道输出功率40dBm以上，组件效率达到21％，散热性能良好。
本申请实施例提出一种相控阵雷达，包括如前述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件。
需要说明的是，在本申各实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。
Claims (8)
1.一种一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，包括：
T/R组件部，为大功率砖块式T/R组件，采用裸芯片MMIC芯片封装集成为多种SIP模组，封装后的SIP模组进行PCB板级贴装，所述T/R组件部通过输出端采用绝缘子插针的形式输出至天线部；
天线部，为脊喇叭天线的形式，包括第一喇叭天线臂、第二喇叭天线臂以及天线底板，其中所述第一喇叭天线臂和所述第二喇叭天线臂垂直于所述天线底板设置，所述天线底板上开设有馈电孔，所述第二喇叭天线臂上设置有喇叭天线脊，所述喇叭天线脊上与所述天线底板馈电孔对应位置开设有馈电孔，以通过所述馈电孔引入所述T/R组件部的绝缘子插针，实现一体化集成。
2.如权利要求1所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，所述T/R组件部，包括多个通道，任一通道包括接收通路和发射通路，其中，
所述发射通路包括公共路驱放、数控移相器、数控衰减器、通道内驱放、功放以及相关电路；
所述接收通路包括限幅器、低噪放、放大器、数控移相器、数控衰减器以及相关电路；
在所述接收通路和所述发射通路的前端设置有环形器，用以与所述天线部连接。
3.如权利要求2所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，所述T/R组件部封装集成有4种SIP模组，分别为前端SIP模组、多功能SIP模组、公共路SIP模组以及控制SIP模组，其中，
所述前端SIP模组，封装有前端MMIC裸芯片以及外围电容，且前端SIP模组采用氮化铝(AlN)管壳，所述前端MMIC裸芯片包括10W功放芯片、限幅器、低噪声放大器、功放调制芯片；
所述多功能SIP模组，封装有发射单通道内驱放芯片、接收单通道放大器芯片以及收发支路公用的数控移相器和数控衰减器、串并转换芯片，采用氧化铝管壳；
所述公共路SIP模组，封装有公共支路所用的发射驱放芯片和单刀双掷开关芯片，采用氧化铝管壳；
所述控制SIP模组，封装有控制所用的38译码器，8线缓存器以及差分转单端芯片；
所述T/R组件所用的功分器、LDO、信号缓存器均为封装器件。
4.如权利要求3所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，所述T/R组件各SIP模组的纵向高度不超过8mm，其中，所述T/R组件各SIP模组贴装的PCB板为多层环氧射频混压板，且所述PCB板的形状呈手指状，以匹配所述T/R组件内部通道间的金属化隔墙。
5.如权利要求4所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，所述PCB板烧结在T/R组件的壳体底部，且烧结后PCB板顶部与壳体底部保持平整，在所述PCB板上、前端SIP模组位置处设置有嵌铜。
6.如权利要求4所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，所述PCB板的端口处微带线两侧区域以及通道两侧设置有金属化包边。
7.如权利要求2所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件，其特征在于，所述环形器的传输线与PCB板上的微带线之间键合有金带。
8.一种相控阵雷达，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的一体化集成喇叭天线的大功率T/R组件。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310806418.0A CN117117502A (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一体化集成喇叭天线的大功率t/r组件及雷达 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310806418.0A CN117117502A (zh) | 2023-07-03 | 2023-07-03 | 一体化集成喇叭天线的大功率t/r组件及雷达 |
Publications (1)
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| CN117117502A true CN117117502A (zh) | 2023-11-24 |
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Family Applications (1)
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