CN117748172B - 一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构，属于天线领域。包括二维扩展AOB架构相控阵模块，所述二维扩展AOB架构相控阵模块的输出端连接有宽带网络模块；宽带延迟器设置在宽带网络模块内部，不占用二维扩展AOB架构相控阵模块底部空间，一个二维扩展AOB架构相控阵模块对应在宽带网络模块内部设置至少一个宽带延迟器与二维扩展AOB架构相控阵模块的输出端连接。由于将宽带延迟器设置在宽带网络模块内，能够避免TR电路器件布局区域被占用，相控阵TR通道数大幅缩减，影响相控阵的性能；且对多层印制板加工工艺要求较低，故可降低整机成本；同时降低了相控阵结构件的加工工艺要求，从而降低了报废率。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域，尤其涉及一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构。
背景技术
对于大口径（相对于工作波长）的相控阵来说，如果需要其实现宽带工作，由于存在孔径渡越、色散等问题，依靠传统TR芯片等器件难以克服上述问题，故往往需要在相控阵射频组件上引入宽带延迟器等关键元器件的设计。在传统砖块式架构毫米波相控阵内部集成宽带延迟器往往问题不大，因为TR组件有足够的纵向高度用于集成宽带延迟器。但是为了追求更低的成本，更轻薄的体积重量，毫米波相控阵发展到目前最新的AOB（antenna onboard）架构阶段，由于TR等关键器件采用的横向布局的方式密集贴装在核心射频载板的底部，这种情况下，已经没有更多的空间用于引入集成宽带延迟器，而宽带延迟器往往物理尺寸又相对较大。同时，宽带延迟器的引入往往具有极高的产品定制性，比如子阵用于不同规模相控阵天线拼阵时，其需要引入的宽带延时器参数是不一样，若其强行集成于AOB低底部，则会是的AOB子阵失去其通用性，使得其成本陡增。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构，包括二维扩展AOB架构相控阵模块，所述二维扩展AOB架构相控阵模块的输出端连接有宽带网络模块；所述宽带网络模块远离二维扩展AOB架构相控阵模块的一面设置有供电接口、射频接口和控制接口；所述可扩展的宽带毫米波相控阵架构还包括宽带延迟器，所述宽带延迟器设置在宽带网络模块内部，不占用二维扩展AOB架构相控阵模块底部空间，一个二维扩展AOB架构相控阵模块对应在宽带网络模块内部设置至少一个宽带延迟器与二维扩展AOB架构相控阵模块的输出端连接。
优选的，所述的二维扩展AOB架构相控阵模块包括辐射面、第一低噪声放大器、第一移相衰减器和功率合成网络；所述辐射面连接第一低噪声放大器，所述第一移相衰减器连接功率合成网络，所述功率合成网络连接宽带网络模块；当辐射面定向接收到外部信号时，将外部信号传输到第一低噪声放大器进行放大得到第一信号，然后第一移相衰减器对第一信号进行模拟移相和加权得到第二信号，最后功率合成网络对第二信号进行同相合成得到第三信号并输出到宽带网络模块。
优选的，所述的宽带网络模块还包括第二低噪声放大器和驱动放大器；所述宽带延迟器通过第二低噪声放大器与二维扩展AOB架构相控阵模块的输出端连接；所述驱动放大器设置在宽带延迟器与宽带网络模块的射频接口之间；所述第二低噪声放大器和驱动放大器用于补偿宽带延迟器带来的链路插损。
优选的，所述的宽带网络模块还包括第二移相衰减器，所述第二移相衰减器设置在宽带延迟器与宽带网络模块的射频接口之间，用于进行幅相控制。
优选的，所述的二维扩展AOB架构相控阵模块和宽带网络模块通过销钉或螺钉锁紧连接。
优选的，所述的二维扩展AOB架构相控阵模块横向设置有多个。
本发明的有益效果是：
1）由于宽带延迟器等器件下移至宽带网络模块放置，能够在宽带应用且相控阵天线口径尺寸较大的情况下，避免二维扩展AOB架构相控阵模块底部的TR电路器件布局区域被占用，相控阵TR通道数大幅缩减，影响相控阵的性能。
2）标准化程度高、成本降低。不同的天线口径大小、工作带宽等技术要求对毫米波延迟网络的要求是不尽相同的。由于在该架构下，将宽带延迟器等相关器件下移至宽带网络模块，应对不同天线孔径、工作带宽可集成不同延迟量、延迟步进、增益等指标参数，只需要对宽带网络模块做不同设计，而二维可扩展的AOB架构相控阵部分不用更改，采用统一的Ku、Ka等频段的标准化模组设计，因此实现低成本。同时在二维扩展AOB架构相控阵模块下方的功率分配层布局宽带延迟器相对容易，且对多层印制板加工工艺要求较低，故可降低整机成本。
3）实现工艺难度较低。采用二维可扩展AOB架构毫米波相控阵天线，其底部的TR器件通常采用BGA、QFN等封装形式，采用表贴方式进行安装集成。而毫米波延迟器等芯片往往是裸片形式，通常采用金丝键合等微组装工艺与电路集成安装。若在相控阵天线底部同时使用表贴与微组装两种工艺，其难度较大，报废率较高。在此架构下，由于宽带延迟器布局于宽带网络模块，降低了报废率。
附图说明
图1为一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构侧视图；
图2为一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构接收状态下的功能分配图；
图中，1-二维扩展AOB架构相控阵模块，2-宽带网络模块，3-供电接口，4-射频接口，5-控制接口。
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2，本发明提供一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构，包括二维扩展AOB架构相控阵模块1，所述二维扩展AOB架构相控阵模块1的输出端连接有宽带网络模块2；所述宽带网络模块2远离二维扩展AOB架构相控阵模块1的一面设置有供电接口3、射频接口4和控制接口5；所述可扩展的宽带毫米波相控阵架构还包括宽带延迟器，所述宽带延迟器设置在宽带网络模块2内部，不占用二维扩展AOB架构相控阵模块1底部空间，一个二维扩展AOB架构相控阵模块1对应在宽带网络模块2内部设置至少一个宽带延迟器与二维扩展AOB架构相控阵模块1的输出端连接。
在二维扩展AOB相控阵架构下，射频一体化载板的底部密集布局TR电路相关器件芯片、例如收发多功能芯片、多通道幅相控制、去偶电容等等，尤其在Ka以上频段更为紧凑，而宽带应用的条件下且相控阵天线口径尺寸较大的情况下，需要引入多个宽带延迟器以及相关的驱动芯片，直接集成到二维扩展AOB架构相控阵模块1底部势必使得原先的TR电路器件布局区域被占用，相控阵TR通道数大幅缩减，极大影响相控阵的性能；在本发明中，由于宽带延迟器等器件下移至宽带网络模块2放置，上述问题得以解决。本发明中二维扩展AOB架构相控阵模块1主要功能是完成射频信号的功率分配、移相、放大等功能，最终实现信号的定向高效收发。当然，其上也需要实现与上述功能配套的供电、数字控制等功能；从结构上看，由于采用二维可扩展设计，二维扩展AOB架构相控阵模块1可在横向任意拼接，形成各种口径大小的相控阵天线，其纵向通过销钉、螺钉锁紧等方式完成二维扩展AOB架构相控阵模块1与宽带网络模块2的结构装联。在二维扩展AOB架构相控阵模块1与宽带网络模块2实现结构纵向装联时，同时也完成了二维扩展AOB架构相控阵模块1与宽带网络模块2供电接口3、射频接口4、控制接口5的对插装联。在上述两个模块结构装联在一起后，所述二维扩展AOB架构相控阵模块1工作时产生的热量通过宽带网络模块2导出，宽带网络模块2是一个的热沉，用于吸收热量。
在一些实施例中，所述的二维扩展AOB架构相控阵模块1包括辐射面、第一低噪声放大器、第一移相衰减器和功率合成网络；所述辐射面连接第一低噪声放大器，所述第一移相衰减器连接功率合成网络，所述功率合成网络连接宽带网络模块2；当辐射面定向接收到外部信号时，将外部信号传输到第一低噪声放大器进行放大得到第一信号，然后第一移相衰减器对第一信号进行模拟移相和加权得到第二信号，最后功率合成网络对第二信号进行同相合成得到第三信号并输出到宽带网络模块2。
在一些实施例中，所述的宽带网络模块2还包括第二低噪声放大器和驱动放大器；所述宽带延迟器通过第二低噪声放大器与二维扩展AOB架构相控阵模块1的输出端连接；所述驱动放大器设置在宽带延迟器与宽带网络模块2的射频接口4之间；所述第二低噪声放大器和驱动放大器用于补偿宽带延迟器带来的链路插损。
如图2所示是以可扩展的宽带毫米波相控阵架构处于接收状态为例阐述的。二维扩展AOB架构相控阵模块1通过辐射面完成外部信号的定向接收，通过低噪声放大器完成信号放大，通过移相衰减器完成信号的模拟移相，加权，最终通过合成网络完成信号同相合成。二维扩展AOB架构相控阵模块1通过二维扩展拼接形成更大规模的相控阵天线，其中的各个二维扩展AOB架构相控阵模块1的射频信号通过宽带网络模块2进一步实现信号的有效合成。但是，为了在宽带信号输入时依然能够正常工作，宽带网络模块2需要集成宽带延迟器，该架构中，是在每个二维扩展AOB架构相控阵模块1的射频输出端集成宽带延迟器。当然，具体需要集成几个、多少延迟量，延迟位数多少的宽带延迟器，可根据不同指标需求对仅宽带网络模块2进行灵活设计更改迭代而不更改二维扩展AOB架构相控阵模块1，这是相对容易的，因为宽带网络模块2的器件密度，走线密度相对于二维扩展AOB架构相控阵模块1低得多。同样可以看到，为了补偿引入宽带延迟器带来的链路插损，通常还会在宽带网络模块2不同层级引入一定数量的放大器。当然，宽带网络模块2链路上还集成了移相衰减器用于进一步对射频信号的幅相进行控制。图2所示的链路只是一种参考，具体工程实施中，需要根据具体链路设计做一定程度的调整。同时，宽带网络模块2上通常还集成了控制通信信号分配，供电分配等功能，完成对各个拼接后的二维扩展AOB架构相控阵模块1的控制信号分发，供电的作用。
在一些实施例中，所述的宽带网络模块2还包括第二移相衰减器，所述第二移相衰减器设置在宽带延迟器与宽带网络模块2的射频接口4之间，用于进行幅相控制。
在一些实施例中，所述的二维扩展AOB架构相控阵模块1和宽带网络模块2通过销钉或螺钉锁紧连接。
在一些实施例中，所述的二维扩展AOB架构相控阵模块1横向设置有多个。
本发明中的宽带延迟器使用的是毫米波数字延迟器芯片。
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 (4)
1.一种可扩展的宽带毫米波相控阵架构，其特征在于：包括二维扩展AOB架构相控阵模块(1)，所述二维扩展AOB架构相控阵模块(1)的输出端连接有宽带网络模块(2)；所述宽带网络模块(2)远离二维扩展AOB架构相控阵模块(1)的一面设置有供电接口(3)、射频接口(4)和控制接口(5)；所述可扩展的宽带毫米波相控阵架构还包括宽带延迟器，所述宽带延迟器设置在宽带网络模块(2)内部，不占用二维扩展AOB架构相控阵模块(1)底部空间，一个二维扩展AOB架构相控阵模块(1)对应在宽带网络模块(2)内部设置至少一个宽带延迟器与二维扩展AOB架构相控阵模块(1)的输出端连接；
所述的二维扩展AOB架构相控阵模块(1)包括辐射面、第一低噪声放大器、第一移相衰减器和功率合成网络；所述辐射面连接第一低噪声放大器，所述第一移相衰减器连接功率合成网络，所述功率合成网络连接宽带网络模块(2)；当辐射面定向接收到外部信号时，将外部信号传输到第一低噪声放大器进行放大得到第一信号，然后第一移相衰减器对第一信号进行模拟移相和加权得到第二信号，最后功率合成网络对第二信号进行同相合成得到第三信号并输出到宽带网络模块(2)；
所述的宽带网络模块(2)还包括第二低噪声放大器和驱动放大器；所述宽带延迟器通过第二低噪声放大器与二维扩展AOB架构相控阵模块(1)的输出端连接；所述驱动放大器设置在宽带延迟器与宽带网络模块(2)的射频接口(4)之间；所述第二低噪声放大器和驱动放大器用于补偿宽带延迟器带来的链路插损。
2.根据权利要求1所述的可扩展的宽带毫米波相控阵架构，其特征在于：所述的宽带网络模块(2)还包括第二移相衰减器，所述第二移相衰减器设置在宽带延迟器与宽带网络模块(2)的射频接口(4)之间，用于进行幅相控制。
3.根据权利要求1或2所述的可扩展的宽带毫米波相控阵架构，其特征在于：所述的二维扩展AOB架构相控阵模块(1)和宽带网络模块(2)通过销钉或螺钉锁紧连接。
4.根据权利要求1或2所述的可扩展的宽带毫米波相控阵架构，其特征在于：所述的二维扩展AOB架构相控阵模块(1)横向设置有多个。
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