CN117371391B - 一种小型化毫米波变频组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化毫米波变频组件，涉及微波电路板技术领域；变频组件包括位于电路基板正面的毫米波射频电路印制板、控制电源电路、本振电路和多通道多功能印制板，变频组件还包括位于电路基板反面的射频连接器和内嵌的控制电源汇流板，控制电源汇流板通过互插低频连接器与正面的控制电源电路互联；所述的多通道多功能印制板包括依次层叠的表层布线层、第一地层、第二地层、第一内层布线层、第三地层、第二内层布线层、第四地层、第三内层布线层、底层；表层布线层上有分合路及校准网络，底层设有与射频连接器位置对应的射频馈电端口；本发明可实现多通道变频组件集成，组件剖面低，通道幅相一致性高且可实时进行通道间幅相校准。

Description

一种小型化毫米波变频组件
技术领域
本发明涉及微波电路板技术领域，具体涉及一种小型化毫米波变频组件。
背景技术
随着毫米波通信相控阵前端端机的小型便携式发展，变频组件也面临着轻薄化挑战，传统变频组件架构采用双面腔设计，正面为单通道射频通道，由裸芯片与软基片共同构成；反面为控制电源板以及本振电路板。此种架构不利于毫米波通信相控阵前端端机的小型化集成设计，不仅组件剖面厚度高，而且多波束多通道集成时通道间幅相一致性差，还存在宽带高频信号本振穿墙引起带内波动大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小型化毫米波变频组件。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种小型化毫米波变频组件，设置有电路基板和变频组件，所述的变频组件包括位于电路基板正面的毫米波射频电路印制板、控制电源电路、本振电路和多通道多功能印制板，变频组件还包括位于电路基板反面的射频连接器和内嵌的控制电源汇流板；
所述的控制电源汇流板通过互插低频连接器与正面的控制电源电路互联，控制电源电路与毫米波射频电路印制板、本振电路和多通道多功能印制板均连接并为其提供工作所需的控制电源集成信号，所述的多通道多功能印制板与毫米波射频电路印制板和本振电路连接，多通道多功能印制板通过射频连接器接收多波束射频信号，用于实现多路本振信号分配功能、多波束射频信号分合路功能、多通道实时校准功能和控制电源集成设计功能。
进一步地，所述毫米波射频电路印制板上包括第一至第五下变频通道和一个上变频通道，第一至第五下变频通道用于为接收的变频波束提供通路，上变频通道用于为发射的变频波束提供通路。
进一步地，所述的多通道多功能印制板包括依次层叠的表层布线层、第一地层、第二地层、第一内层布线层、第三地层、第二内层布线层、第四地层、第三内层布线层、底层；底层设有与射频连接器位置对应的射频馈电端口；多通道多功能印制板上还设有多个导电过孔，各层通过所述导电过孔实现互联；
所述的表层布线层为多波束射频信号的分合路射频布线层，第一内层布线层为分配至各个变频通道的多路本振信号射频布线层，第二内层布线层为合成后输出的多通道校准信号射频布线层，第三内层布线层是控制整个电路的控制电源集成信号布线层。
进一步地，所述的毫米波射频电路印制板包括互联的软基片和多层板，所述的软基片和多层板的交接处射频线两侧分别设有接地键合点位，利用金丝引线分别将两侧接地键合点位与两侧地线进行键合，互联交接处接地缝隙间还填充有导电胶。
进一步地，所述的软基片和多层板的厚度不同时，多层板连接处的结构件为与软基片厚度相应的阶梯形状，所述结构件用于将软基片和多层板互联时的高度齐平。
进一步地，所述的多波束射频信号分合路功能和多通道实时校准功能在一个分合路及校准网络中实现，分合路及校准网络包括：
单刀双掷开关，两个不动端分别与上变频通道和第一下变频通道连接，用于选择打开接收变频波束通路和发射变频波束通路；
一个第一级功分器，输入端与单刀双掷开关的动端连接；
两个第二级功分器，输入端分别与第一级功分器的两个输出端连接；
四个第三级功分器，输入端分别与第二级功分器的四个输出端连接，所述的四个第三级功分器的第一输出端均与下变频通道连接，将分路的发射波束耦合到接收波束，第二输出端输出分路的采样发射波束。
进一步地，多通道多功能印制板上还设有贯穿各层的接地孔，用于避免各个布线层间的信号泄露干扰。
进一步地，所述控制电源汇流板通过走线设计将分散的供电绝缘子与射频通道控制线汇聚在一处，实现电源信号与控制信号的集成，得到控制电源集成信号。
本发明的有益效果是：
1）异质印制板射频互联：通过三线键合互联方式与台阶结构，解决多通道变频组件集成度低问题，提高多通道组件设计灵活度，有利于相控阵终端小型化。
2）多通道多功能印制板：采用的叠层结构遵循高频优先低频配合的原则，通过巧妙的三维走线布局实现了多种交叉网络的分布走线，避免在多通道多功能印制板中错综复杂、纵横交错的射频信号、本振信号、校准信号、控制信号及电源供电线等信号出现信号布线干涉与冲突的问题，不仅降低了设计难度，还保证了变频组件的各项功能指标。
3）分合路及校准网络：通过此网络可实时在发射工作间隙中进行通道校准，无需额外校准时间，不仅简化设计，提高集成度，还降低了成本。
4）控制电源汇流板：通过简易的控制电源汇流板，不仅提高了产品集成度降低了产品剖面厚度，解决了调试和返修时绝缘子与控制板之间多次飞线连接问题，提高了生产效率节约时间成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的小型化毫米波变频组件电路基板的正面图；
图2为本发明实施例提供的小型化毫米波变频组件电路基板的反面图；
图3为本发明实施例提供的毫米波射频电路印制板实现互联的示意图；
图4为本发明实施例提供的毫米波射频电路印制板台阶型安装面；
图5为多通道多功能印制板的叠层结构图；
图6为分合路及校准网络的结构示意图；
图中，1-毫米波射频电路印制板，2-下变频通道，3-上变频通道，4-多通道多功能印制板，5-本振电路，6-控制电源电路，7-参考时钟通道，8-控制电源汇流板，9-射频连接器，10-互插低频连接器，11-绝缘子，12-软基片，13-多层板，14-射频线，15-金丝引线，16-接地键合点位，17-结构件，18-台阶结构，21-表层布线层，22-第一地层，23-第二地层，24-第一内层布线层，25-第三地层，26-第二内层布线层，27-第四地层，28-第三内层布线层，29-底层，30-射频馈电端口，31-导电过孔，32-接地孔，33-IC芯片。
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6，本发明提供一种技术方案：
一种小型化毫米波变频组件，设置有电路基板和变频组件，如图1所述的变频组件包括位于电路基板正面的毫米波射频电路印制板1、控制电源电路6、本振电路5和多通道多功能印制板4，如图2变频组件还包括位于电路基板反面的射频连接器9和内嵌的控制电源汇流板8；
所述的控制电源汇流板8通过互插低频连接器10与正面的控制电源电路6互联，控制电源电路6与毫米波射频电路印制板1、本振电路5和多通道多功能印制板4均连接并为其提供工作所需的控制电源集成信号，所述的多通道多功能印制板4与毫米波射频电路印制板1和本振电路5连接，多通道多功能印制板4通过射频连接器9接收多波束射频信号，用于实现多路本振信号分配功能、多波束射频信号分合路功能、多通道实时校准功能和控制电源集成设计功能。
所述毫米波射频电路印制板1上包括第一至第五下变频通道2和一个上变频通道3，第一至第五下变频通道2用于为接收的变频波束提供通路，上变频通道3用于为发射的变频波束提供通路。
所述的多通道多功能印制板4包括依次层叠的表层布线层21、第一地层22、第二地层23、第一内层布线层24、第三地层25、第二内层布线层26、第四地层27、第三内层布线层28、底层29；底层29设有与射频连接器9位置对应的射频馈电端口30，多通道多功能印制板上还设有多个导电过孔，各层通过所述导电过孔实现互联；多通道多功能印制板4的叠层结构如图5所示；
所述的表层布线层21为多波束射频信号分合路射频布线层，第一内层布线层24为分配至各个变频通道的多路本振信号射频布线层，第二内层布线层26为合成后输出的多通道校准信号射频布线层，第三内层布线层28是控制整个电路的控制电源集成信号布线层。叠层结构遵循高频优先低频配合的原则，通过巧妙的三维走线布局实现了多种交叉网络的分布走线，避免在多通道多功能印制板中错综复杂、纵横交错的射频信号、本振信号、校准信号、控制信号及电源供电线等信号出现信号布线干涉与冲突的问题，不仅降低了设计难度，还保证了变频组件的各项功能指标。因此多通道多功能印制板4具有多路本振信号分配功能、多波束射频信号分合路功能、多通道实时校准功能、控制电源集成设计等多种功能，提高了此变频组件架构的集成度。
通常情况下，为保证射频性能变频组件中的毫米波射频电路印制板都会采用微组装装配工艺进行设计，但此方式均存在一定的局限性，不利于提高集成度，不适用于多通道变频组件。在一些实施例中，所述的毫米波射频电路印制板1包括互联的软基片12和多层板13，如图3所示，所述的软基片12和多层板13的交接处射频线14两侧分别设有接地键合点位16，利用金丝引线15分别将两侧接地键合点位与两侧地线进行键合，互联交接处接地缝隙间还填充有导电胶。本发明可在保证射频性能的情况下提高设计灵活度及集成度，实现毫米波电路中不同介质不同厚度的印制板之间的射频互联。
在一些实施例中，所述的软基片12和多层板13的厚度不同时，如图4所示，多层板13连接处的结构件17为与软基片12厚度相应的阶梯形状，具体为如图4中台阶结构18，所述结构件用于将软基片12和多层板13互联时的高度齐平。结构件上进行台阶设计，确保两种不同厚度的印制板高度齐平，降低金丝引线长度与接地连续，最终确保射频性能不恶化的情况下实现异质印制板之间的射频互联。
所述的多波束射频信号分合路功能和多通道实时校准功能在一个分合路及校准网络中实现，在一些实施例中，所述的分合路及校准网络包括：
单刀双掷开关，两个不动端分别与上变频通道和第一下变频通道连接，用于选择打开接收变频波束通路和发射变频波束通路；
一个第一级功分器，输入端与单刀双掷开关的动端连接；
两个第二级功分器，输入端分别与第一级功分器的两个输出端连接；
四个第三级功分器，输入端分别与第二级功分器的四个输出端连接，所述的四个第三级功分器的第一输出端均与下变频通道连接，将分路的发射波束耦合到接收波束，第二输出端输出分路的采样发射波束。
传统的变频组件通过增加一路校准网络进行通道实时校准，本发明在现有信号分合路功能上不增加任何器件的情况下，采用由功分器与单刀双掷开关共同组成的分合路及校准网络即可完成校准功能。
分合路及校准网络的结构示意图如图6所示，分合路及校准网络工作原理为：上变频通道工作时，发射信号通过分配网络输出，在此同时发射信号通过功分器隔离端耦合至四路接收波束，单刀双掷开关将上变频通道的发射波束耦合至第一下变频通道的接收和波束，后端校准端机对每路采样发射波束信号进行采样对比，然后通过控制端口反馈调节所述的上下变频通道幅相，从而完成校准，可实时在发射工作间隙中进行通道校准，无需额外校准时间。
为了不影响校准信号的强度和稳定性，功分器与单刀双掷开关需满足隔离度低且工作频带内呈线性的特性。分合路及校准网络不仅简化设计，提高集成度，减少校准时间，还降低了产品成本。
在一些实施例中，如图5，所述的多通道多功能印制板上设有多个导电过孔31，各层通过所述导电过孔31实现互联；多通道多功能印制板上还设有贯穿各层的接地孔32，用于避免各个布线层间的信号泄露干扰；图5中表层布线层21上还有IC芯片33。
在一些实施例中，所述控制电源汇流板8通过走线设计将分散的供电绝缘子11与射频通道控制线汇聚在一处，实现电源信号与控制信号的集成，得到控制电源集成信号。还解决了传统组件正面射频反面电源的架构中带来的高剖面问题，提高组件集成度；也解决了调试和返修时绝缘子与控制板之间多次飞线连接问题，从而提高了产品的调试效率和返修效率，大幅节约时间成本。
本发明提出一种全新架构的小型化毫米波变频组件，本架构适用于毫米波通信相控阵前端端机小型化设计，可实现多通道变频组件集成，组件剖面低，避免宽度高频本振信号穿墙引起的通道带内平坦度问题，此外通道幅相一致性高且可实时进行通道间幅相校准，提高了端机产品的集成度，降低了后期调测时间，从而降低了生产周期与成本。
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 (5)

1.一种小型化毫米波变频组件，设置有电路基板和变频组件，其特征在于：所述变频组件包括位于电路基板正面的毫米波射频电路印制板、控制电源电路、本振电路和多通道多功能印制板，变频组件还包括位于电路基板反面的射频连接器和内嵌的控制电源汇流板；
所述控制电源汇流板通过互插低频连接器与正面的控制电源电路互联，控制电源电路与毫米波射频电路印制板、本振电路和多通道多功能印制板均连接并为其提供工作所需的控制电源集成信号，所述多通道多功能印制板与毫米波射频电路印制板和本振电路连接，多通道多功能印制板通过射频连接器接收多波束射频信号，用于实现多路本振信号分配功能、多波束射频信号分合路功能、多通道实时校准功能和控制电源集成设计功能；
所述毫米波射频电路印制板上包括第一至第五下变频通道和一个上变频通道，第一至第五下变频通道用于为接收的变频波束提供通路，上变频通道用于为发射的变频波束提供通路；
所述多通道多功能印制板包括依次层叠的表层布线层、第一地层、第二地层、第一内层布线层、第三地层、第二内层布线层、第四地层、第三内层布线层、底层；底层设有与射频连接器位置对应的射频馈电端口；多通道多功能印制板上还设有多个导电过孔，各层通过所述导电过孔实现互联；
所述表层布线层为多波束射频信号的分合路射频布线层，第一内层布线层为分配至各个变频通道的多路本振信号射频布线层，第二内层布线层为合成后输出的多通道校准信号射频布线层，第三内层布线层是控制整个电路的控制电源集成信号布线层；
所述多波束射频信号分合路功能和多通道实时校准功能在一个分合路及校准网络中实现，分合路及校准网络包括：
单刀双掷开关，两个不动端分别与上变频通道和第一下变频通道连接，用于选择打开接收变频波束通路和发射变频波束通路；
一个第一级功分器，输入端与单刀双掷开关的动端连接；
两个第二级功分器，输入端分别与第一级功分器的两个输出端连接；
四个第三级功分器，输入端分别与第二级功分器的四个输出端连接，所述四个第三级功分器的第一输出端均与下变频通道连接，将分路的发射波束耦合到接收波束，第二输出端输出分路的采样发射波束。
2.根据权利要求1所述的一种小型化毫米波变频组件，其特征在于：所述毫米波射频电路印制板包括互联的软基片和多层板，所述软基片和多层板的交接处射频线两侧分别设有接地键合点位，利用金丝引线分别将两侧接地键合点位与两侧地线进行键合，互联交接处接地缝隙间还填充有导电胶。
3.根据权利要求2所述的一种小型化毫米波变频组件，其特征在于：所述软基片和多层板的厚度不同时，多层板连接处的结构件为与软基片厚度相应的阶梯形状，所述结构件用于将软基片和多层板互联时的高度齐平。
4.根据权利要求1所述的一种小型化毫米波变频组件，其特征在于：多通道多功能印制板上还设有贯穿各层的接地孔，用于避免各个布线层间的信号泄露干扰。
5.根据权利要求1所述的一种小型化毫米波变频组件，其特征在于：所述控制电源汇流板通过走线设计将分散的供电绝缘子与射频通道控制线汇聚在一处，实现电源信号与控制信号的集成，得到控制电源集成信号。
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