CN117996463A - 瓦片式天线阵列 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种瓦片式天线阵列，包括天线子阵列、主安装板和综合馈电网络，天线子阵列安装于主安装板的一侧，综合馈电网络安装于主安装板的另一侧，天线子阵列与主安装板之间设置有射频连接器和低频连接器，天线子阵列与综合馈电网络之间通过射频连接器和低频连接器进行盲配连接；天线子阵列包括若干天线子阵，每个天线子阵包括依次布置的辐射天线、片式TR组件、子多功能板和子安装板，片式TR组件的顶面与辐射天线焊接、底面与子多功能板焊接，子多功能板与子安装板的顶面固定连接，子安装板的底面设置安装与定位接口；本发明提升了片式TR组件功能扩展能力，实现了基于天线子阵结构的二维阵列扩展。

Description

瓦片式天线阵列

技术领域

本发明涉及微波系统技术领域，具体涉及一种瓦片式天线阵列。

背景技术

有源阵列天线作为阵列天线发展起来的一种新的体制技术，已广泛应用于雷达、电子对抗、测控通信、气象等领域。随着半导体技术以及先进封装工艺的发展和驱动，片上天线(Antenna on Chip，AoC)、封装天线(Antenna in Package，AiP)、系统级封装天线(System in Package，SiP)等新型模块的出现，有效推动了有源阵列天线技术向轻小型化、低成本、高集成度方向发展。

相关研究构建了多型多规格的低剖面瓦片式天线阵列，比如公布号为CN110380231A专利申请文献提出的一种平板有源相控阵天线，采用了微带辐射阵面+均温板+T/R组件阵列+背板的架构形式；公布号为CN111525284A的专利申请文献提出的一种多频复合大功率瓦片式有源相控阵天线，采用了波控供电层+盖板层+低频供电转接层+射频层+射频转接层+模块腔体+阵列天线层的架构形式；公布号为CN105655725A的专利申请文献提出的一种二维可扩充片式有源阵列天线，采用了天线阵面+瓦片式TR组件+多功能板的架构形式，但该方案中所设计的瓦片式TR组件包括射频盲配连接器、低频盲配连接器、四通道TR组件和安装固定板，结构组成较为复杂；公布号为CN109216938A的专利申请文献提出的一种低剖面小型化相控阵天线，采用天线TR模块+电源和差器模块的架构形式；而在公布号为CN111180899A的专利申请文献中提出基于微系统的轻薄化高密度集成天线阵面架构，四通道芯片化有源TR组件通过BGA(Ball Grid Array，球栅阵列封装)焊接方式与高低频混压印制板焊接互联，该方案虽集成度高，但未采用子阵化结构，且为单面BGA焊接结构，对外安装仍需基于阵面前螺钉固定。

总之，现有瓦片式天线阵列一般采用非微系统架构的芯片化设计，或采用单面BGA的微系统架构的芯片化设计。当天线阵列需要实现双极化、多频段等高集成设计时，就面临TR组件管脚布置空间不足、天线阵面前端紧固件无区域布置等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于实现高集成有源天线阵列的接口连接与安装问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

本发明提出了一种瓦片式天线阵列，所述天线阵列包括天线子阵列、主安装板和综合馈电网络，所述天线子阵列安装于所述主安装板的一侧，所述综合馈电网络安装于所述主安装板的另一侧，所述天线子阵列与所述主安装板之间设置有射频连接器和低频连接器，所述天线子阵列与所述综合馈电网络之间通过所述射频连接器和所述低频连接器进行盲配连接；

所述天线子阵列包括若干天线子阵，每个所述天线子阵包括依次布置的辐射天线、片式TR组件、子多功能板和子安装板，所述片式TR组件采用双面BGA结构；所述片式TR组件的顶面与所述辐射天线焊接、底面与所述子多功能板焊接，所述子多功能板与所述子安装板的顶面固定连接，所述子安装板的底面设置安装与定位接口。

进一步地，所述片式TR组件采用双面BGA结构，所述片式TR组件的顶面与所述辐射天线通过焊球焊接，所述片式TR组件的底面与所述子多功能板通过焊球焊接。

进一步地，所述子多功能板与所述子安装板之间通过钎焊方式固定连接。

进一步地，所述子安装板的底面设置的安装与定位接口包括用于安装低频连接器的第一定位基准孔、用于安装射频连接器的第二定位基准孔、定位销孔及对外安装孔。

进一步地，每个所述天线子阵通过第一紧固件安装于所述主安装板的一侧，所述综合馈电网络通过第二紧固件安装于所述主安装板的另一侧。

进一步地，所述子多功能板内嵌导热通道，用于将所述片式TR组件的热量传导至所述子安装板。

进一步地，所述导热通道的形式包括覆铜、嵌铜及灌铜中的至少一种。

进一步地，所述子安装板与所述主安装板之间设置有垫片。

进一步地，所述垫片采用厚度范围为0.1～0.3mm的铜片。

进一步地，所述垫片上开设有安装与定位接口。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用了有源天线阵列的模块化设计，可实现基于天线子阵结构的二维阵列扩展，并且采用双面BGA实现芯片式TR与天线及多功能板的互连，将传统芯片式TR组件的供电/信号流由“前端-TR-前端-后端”优化为“前端-TR-后端”，使芯片式TR对外接口可用面积增加一倍，大幅提升了芯片式TR组件功能可扩展能力。

(2)本发明的天线子阵采用背后螺装的固定形式，避免了螺钉及螺钉安装孔等金属紧固件对天线阵面电性能的影响，有利于改善天线阵面电性能。

(3)本发明在天线子阵中的子多功能板内嵌导热通道，实现了复合材料的导热功能，解决了双面BGA焊接类器件的热控问题。

(4)本发明在每个天线子阵最下层的子安装板与主安装板之间布置垫片，通过调整垫片的厚度来保证多个天线子阵在扩展时阵面高度一致性，解决了基于双面BGA式芯片式TR厚度精度差对天线阵面平面度影响大的问题，使阵面构型更加灵活、多样。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的一种瓦片式天线阵列的三维结构分解示意图；

图2是本发明一实施例中天线子阵的三维结构分解示意图；

图3是本发明一实施例中天线子阵结构外形示意图，其中(a)是俯视图，(b)是仰视图。

图中：

1-天线子阵；2-高频连接器；3-低频连接器；4-主安装板；5-综合馈电网络；6-垫片；7-第一紧固件；8-第二紧固件；

11-辐射天线；12-片式TR组件；13-子多功能板；14-子安装板；

141-第一定位基准孔；142-第二定位基准孔；143-定位销孔；144-安装孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

如图1及图2所示，本发明一实施例提出了一种瓦片式天线阵列，所述天线阵列包括天线子阵列、主安装板4和综合馈电网络5，所述天线子阵列安装于所述主安装板4的一侧，所述综合馈电网络5安装于所述主安装板4的另一侧，所述天线子阵列与所述主安装板4之间设置有射频连接器和低频连接器3，所述天线子阵列与所述综合馈电网络5之间通过所述射频连接器和所述低频连接器3进行盲配连接；

所述天线子阵列包括若干天线子阵1，每个所述天线子阵1包括依次布置的辐射天线11、片式TR组件12、子多功能板13和子安装板14，所述片式TR组件12的顶面与所述辐射天线11焊接、底面与所述子多功能板13焊接，所述子多功能板13与所述子安装板14的顶面固定连接，所述子安装板14的底面设置安装与定位接口。

本实施例设置的天线子阵列中包括若干天线子阵1，每个天线子阵1中的TR组件采用双面植球的方式与天线阵面、多功能板进行连接，相对于传统的TR组件单面焊接方式，改变了TR组件的安装固定、信号传输与散热方式，提升了片式TR组件12功能扩展能力；另外在子安装板14的底面设置安装与定位接口来作为整个天线子阵1的安装与定位接口，采用这种背后螺装方式，相对于先前的正面固定形式，完全避免了螺钉及螺钉安装孔144等非金属紧固件对天线阵面电性能的影响，有利于提升天线阵面的电性能；本发明实施例实现了有源天线阵列的模块化设计，实现了基于天线子阵1结构的二维阵列扩展。

在一实施例中，所述片式TR组件12采用双面BGA结构，所述片式TR组件12的顶面与所述辐射天线11通过焊球焊接，所述片式TR组件12的底面与所述子多功能板13通过焊球焊接。

具体地，所述片式TR组件12采用双面BGA结构，顶面通过焊球焊接方式，实现所述TR组件与所述辐射天线11之间的固定连接及信号传递；底面通过焊球焊接方式，实现所述TR组件与所述子多功能板13之间的固定连接及信号传递。所述片式TR组件12的热量通过BGA焊球传递至所述子多功能板13，然后逐级传递至所述子安装板14、所述主安装板4。

在一实施例中，所述子多功能板13与所述子安装板14之间通过钎焊方式进行连接固定，通过以焊接代替螺接的方式，同时解决了天线阵列高集成过程中的模块固定与导热难题。

在一实施例中，如图3所示，所述子安装板14的底面设置的安装与定位接口包括用于安装低频连接器3的第一定位基准孔141、用于安装射频连接器的第二定位基准孔142、定位销孔143及对外安装孔144。

需要说明的是，子安装板14的顶面与子多功能板13之间通过焊接固定，子安装板14的底面设置安装与定位接口作为天线子阵1对外的安装与定位接口，其中，第一定位基准孔141用于安装低频毛纽扣连接器，第二定位基准孔142设置为两个，用于分别安装两个射频毛纽扣连接器，天线子阵1与综合馈电网络5通过1个低频毛纽扣连接器及2个射频毛纽扣连接器进行盲配连接，用于实现信号传输与供电。

进一步地，述子安装板14底面设置了2个φ2定位销孔143，4个M2.5对外安装螺纹孔，用于提供所述天线子阵1对外安装与定位接口，所述定位销孔143与所述对外安装孔144开设在所述子安装板14底面边缘位置，相应地，主安装板4上开设有与所述子安装板14地面对应的定位与安装孔144，所述天线子阵1与所述主安装板4之间经过销轴、定位销孔143实现定位，所述天线子阵1与所述主安装板4之间经过第一紧固件7和对外安装孔144时间固定，其中，第一紧固件7采用4个M2.5×6十字槽盘头螺钉。

在一实施例中，每个所述天线子阵1通过第一紧固件7安装于所述主安装板4的一侧，所述综合馈电网络5通过第二紧固件8安装于所述主安装板4的另一侧。

相应地，所述主安装板4与所述综合馈电网络5对应开设有第一安装孔144，主安装板4与综合馈电网络5之间经过第二紧固件8和第二安装孔144实现固定，其中第二紧固件8采用7个M2.5×10十字槽盘头螺钉。

在一实施例中，所述子多功能板13内嵌导热通道。

其中，导热通道的具体形式可以为覆铜、嵌铜、灌铜中的一种或多种形式，实现了复合材料的导热功能。

在一实施例中，所述子安装板14与所述主安装板4之间设置有垫片6。

本实施例通过在每个天线子阵1最下层的子安装板14与主安装板4之间布置垫片6，通过调整垫片6的厚度来保证多个天线子阵1在扩展时阵面高度一致性，解决了多层焊接型子阵结构的厚度精度差与天线阵面平面度要求高的问题，使阵面构型更加灵活、多样。

在一实施例中，所述垫片6采用厚度范围为0.1～0.3mm的铜片，可在公差范围内实现对子阵平面度调整。

在一实施例中，所述垫片6上开设有安装与定位接口。

应当理解的是，所述垫片6上开设的安装与定位接口与子安装板14上开设的安装与定位接口的类型相同，位置对应。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种瓦片式天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括天线子阵列、主安装板和综合馈电网络，所述天线子阵列安装于所述主安装板的一侧，所述综合馈电网络安装于所述主安装板的另一侧，所述天线子阵列与所述主安装板之间设置有射频连接器和低频连接器，所述天线子阵列与所述综合馈电网络之间通过所述射频连接器和所述低频连接器进行盲配连接；

所述天线子阵列包括若干天线子阵，每个所述天线子阵包括依次布置的辐射天线、片式TR组件、子多功能板和子安装板，所述片式TR组件采用双面BGA结构；所述片式TR组件的顶面与所述辐射天线焊接、底面与所述子多功能板焊接，所述子多功能板与所述子安装板的顶面固定连接，所述子安装板的底面设置安装与定位接口。

2.如权利要求1所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述片式TR组件的顶面与所述辐射天线通过焊球焊接，所述片式TR组件的底面与所述子多功能板通过焊球焊接。

3.如权利要求1所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述子多功能板与所述子安装板之间通过钎焊方式固定连接。

4.如权利要求1所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述子安装板的底面设置的安装与定位接口包括用于安装低频连接器的第一定位基准孔、用于安装射频连接器的第二定位基准孔、定位销孔及对外安装孔。

5.如权利要求1所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，每个所述天线子阵通过第一紧固件安装于所述主安装板的一侧，所述综合馈电网络通过第二紧固件安装于所述主安装板的另一侧。

6.如权利要求1所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述子多功能板内嵌导热通道。

7.如权利要求6所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述导热通道的形式为每个TR下方有灌铜形成的设定数量的根导热铜柱，通过导热铜柱实现所述子多功能板的热量由上往下的传递。

8.如权利要求1-7任一项所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述子安装板与所述主安装板之间设置有垫片。

9.如权利要求8所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述垫片采用厚度范围为0.1～0.3mm的铜片。

10.如权利要求8所述的瓦片式天线阵列，其特征在于，所述垫片上开设有安装与定位接口。