CN212278234U - 一种高集成多通道瓦片式t/r组件及有源相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高集成多通道瓦片式T/R组件及有源相控阵天线，该高集成多通道瓦片式T/R组件为方形，由底板、盖板、前板、后板、左板和右板作壁围成安装腔体，其特征在于：所述底板上安装有n组第一连接器，每组第一连接器分别由一收一发两个连接器组成，每组第一连接器各自与底板垂直，盖板上安装有1组第二连接器，该第二连接器为接收输出和发射输入的合路端口，盖板上设置有通槽，安装腔体内设置有三层。本实用新型集成多个射频通道实现小型化，能有效降低有源相控阵天线的剖面高度，并且T/R组件内部发热器件紧贴热沉，达到快速导热的目的。

Description

一种高集成多通道瓦片式T/R组件及有源相控阵天线

技术领域

本实用新型涉及航天领域，并且更具体地，涉及一种高集成多通道瓦片式T/R组件及有源相控阵天线。

背景技术

有源相控阵天线已广泛应用于雷达、通信等军民领域。T/R组件是此类天线中最关键的部件，传统的砖块式T/R组件的射频信号走向与组件安装方向平行，具有电路简单、工艺成熟、成本低的优点。但是，一方面，随着工作频率的增加，有源相控阵天线的阵元间距变得很小，一般阵元间距是频率的半波长左右，当工作频率1GHz时阵元间距为150mm左右，当工作频率提高到10GHz时阵元间距为15mm左右，导致砖块组件的厚度很薄，甚至难以工程实现；另一方面，组件离冷板较远，散热路径长、热阻大，散热结构复杂。同时安装方式决定了其纵向尺寸大，使整个有源天线的剖面很难降低，不能胜任空间尺寸受限、装载平台特殊或共形阵列等有低剖面需求的有源相控阵天线应用。

实用新型内容

针对上述问题，一方面，本实用新型提供一种高集成多通道瓦片式T/R组件，该高集成多通道瓦片式T/R组件集成多个射频通道实现小型化，能有效降低有源相控阵天线的剖面高度，并且T/R组件内部发热器件紧贴热沉，达到快速导热的目的。

一种高集成多通道瓦片式T/R组件，该高集成多通道瓦片式T/R组件为方形，由底板、盖板、前板、后板、左板和右板作壁围成安装腔体，所述底板上安装有n组第一连接器，每组第一连接器分别由一收一发两个连接器组成，每组第一连接器各自与底板垂直，盖板上安装有1组第二连接器，该第二连接器为接收输出和发射输入的合路端口，盖板上设置有通槽，安装腔体内设置有三层，第一层设置有微波印制电路片、功放模块和限幅和低噪放电路，第二层设置有多功能模块，第一层与第二层之间设置有第一转接模块，第三层设置有功分模块，第二层与第三层之间设置有第二转接模块，微波印制电路片分别与第一连接器、功放模块和限幅和低噪放电路连接，第一转接模块与多功能模块连接，多功能模块与第二转接模块连接，第二转接模块与功分模块连接，功分模块与第二连接器连接。

作为优选，所述n组第一连接器为4组第一连接器。

作为优选，所述多功能模块包括与通道数量相等的多功能模块用多功能芯片、多功能模块用控制芯片和第一LTCC多层基板，多功能模块用多功能芯片和多功能模块用控制芯片分别连接接到第一LTCC多层基板上。

作为优选，所述功分模块包括为通道数量一半的功分模块用驱动芯片、1个功分模块用控制芯片、1个功分模块用电源芯片和第二LTCC多层基板，功分模块用驱动芯片、功分模块用控制芯片和功分模块用电源芯片分别连接到第二LTCC多层基板上。

作为优选，所述第一转接模块包括第一金属隔墙，第一金属隔墙内设置有第一毛钮扣载体单元、第二毛钮扣载体单元和第三毛钮扣载体单元，第一毛钮扣载体单元、第二毛钮扣载体单元和第三毛钮扣载体单元上分别安装有毛钮扣。

作为优选，所述第二转接模块包括第二金属隔墙，第二金属隔墙内设置有第二毛钮扣载体单元、第三毛钮扣载体单元和第四毛钮扣载体单元，第二毛钮扣载体单元、第三毛钮扣载体单元和第四毛钮扣载体单元上分别安装有毛钮扣。

作为优选，所述功放模块包括功放芯片、功放芯片电容、功放芯片电阻、功放贴片电容和钼铜载板，功放芯片、功放芯片电容、功放芯片电阻、功放贴片电容安装在钼铜载板上。

作为优选，所述限幅和低噪放电路由与通道数量相等的限幅和低噪放电路单元组成，每一限幅和低噪放电路单元包括限幅和低噪放驱动芯片、限幅器和低噪放，每一限幅器、低噪放连接到微波印制电路片上，每一限幅和低噪放驱动芯片与微波印制电路片连接。

另一方面，本实用新型还提供一种有源相控阵天线。

一种有源相控阵天线，包括有源相控阵天线前端，该有源相控阵天线前端从上到下顺次包括天线阵面层、环形器层、热沉层和T/R组件层，T/R组件层内装有T/R组件，天线阵面层中的各阵元与环形器层的环形器连接，环形器其余两个端口与T/R组件层中的T/R组件的射频收发端口连接，热沉层内嵌液冷导热管道，所述T/R组件为上述的高集成多通道瓦片式T/R组件。

作为优选，所述第一连接器与环形器连接，功放模块临近热沉层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的主要电路位于功放模块、多通道模块和功分模块，每个模块通过专用测试夹具能单独进行测试和调试，使整个组件具有非常好的可测性与可调试性。

2、本实用新型多通道模块和功分模块通过转接模块弹性接触，实现射频信号和控制电源信号的可靠连接，便于拆卸替换，使T/R组件易于故障定位和维修。

3、本实用新型整个T/R组件集成了四个收发通道，尺寸仅为40mm×40mm×10mm(不含环形器)，实现了多通道高密度集成，最大程度降低了组件高度，可实现低剖面的有源相控阵天线。

4、本实用新型组件利用两块LTCC多层基板实现了三层平面的射频器件高密度堆叠，基板内部埋置射频功分器，通过合理划分多层电路和地回路，解决了射频、电源、数字等信号走线的互扰问题。

5、第一转接模块、第二转接模块、多功能模块和功分模块置于铝合金腔体内，将腔体内部空间划分为多个封闭小空间，四个通道彼此相互隔离，可有效解决通道间的电磁兼容问题。

6、本实用新型功放模块安装面与热沉紧密接触，功放工作产生的热量快速导出，可降低功放芯片及至整个有源天线阵的阵面温度，提高可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的俯视图示意图；

图2是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的侧视图示意图；

图3是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的仰视图示意图；

图4是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的剖面结构示意图；

图5为本实用新型一个优选的具体实施例中的多功能模块的俯视图示意图；

图6为本实用新型一个优选的具体实施例中的多功能模块的侧视图示意图；

图7为本实用新型一个优选的具体实施例中的多功能模块的仰视图示意图；

图8为本实用新型一个优选的具体实施例中的功分模块的俯视图示意图；

图9为本实用新型一个优选的具体实施例中的功分模块的侧视图示意图；

图10为本实用新型一个优选的具体实施例中的功分模块的仰视图示意图；

图11为本实用新型一个优选的具体实施例中的第一转接模块的结构示意图；

图12为本实用新型一个优选的具体实施例中的第二转接模块的结构示意图；

图13为本实用新型一个优选的具体实施例中的功放模块示意图；

图14为本实用新型一个优选的具体实施例中的限幅和低噪放电路示意图；

图15为本实用新型一个优选的具体实施例中的限幅和低噪放电路单元示意图；

图16为本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的射频工作原理图；

图17为本实用新型有源相控阵天线结构示意图。

附图标记说明：第一连接器1，第二连接器2，长条形通槽3，触点4，安装腔体5，功放模块6，功放芯片61，钼铜载板62，功放芯片电容63，功放贴片电容64，功放芯片电阻65，限幅和低噪放电路7，限幅和低噪放电路单元71，限幅和低噪放驱动芯片711，限幅器712，低噪放713，微波印制电路片8，多功能模块9，多功能模块用多功能芯片91，多功能模块用控制芯片92，基板正反面的触点93，第一LTCC多层基板94，第一转接模块10，第一金属隔墙101，第一毛钮扣载体单元102，第二毛钮扣载体单元103，第三毛钮扣载体单元104，毛钮扣105，功分模块11，功分模块用驱动芯片111，功分模块用控制芯片112，功分模块用电源芯片113，第二LTCC多层基板114，第二转接模块12，第二金属隔墙121，第四毛钮扣载体单元122，载板13，盖板14，导电膜15，天线阵面层16，环形器层17，热沉层18，T/R组件层19，液冷导热管道20。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1-4，图1为本实施例提供的一种高集成多通道瓦片式T/R组件的俯视图示意图，图2是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的侧视图示意图，图3是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的仰视图示意图，图4是本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的剖面结构示意图，。

一种高集成多通道瓦片式T/R组件，该高集成多通道瓦片式T/R组件为方形，由底板、盖板14、前板、后板、左板和右板作壁围成安装腔体5，底板上安装有4组第一连接器1，每组第一连接器1分别由一收一发两个连接器组成，每组第一连接器1各自与底板垂直，4组第一连接器1分别形成相互独立的通道一、通道二、通道三和通道四，盖板14上安装有1组第二连接器2，该第二连接器2为接收输出和发射输入的合路端口，盖板14上设置有长条形通槽3，安装腔体5内设置有三层，按射频信号所在平面分，第一层设置有微波印制电路片8、功放模块6和限幅和低噪放电路7，第二层设置有多功能模块9，第一层与第二层之间设置有第一转接模块10，第三层设置有功分模块11，第二层与第三层之间设置有第二转接模块12，第一连接器1与微波印制电路片8连接，微波印制电路片8与功放模块6和限幅和低噪放电路7通过金带或金丝连接，微波印制电路片8与第一转接模块10，第一转接模块10与多功能模块9的底面触点连接，多功能模块9的正面触点通过第二转接模块12连接到功分模块11的正面触点，功分模块11安装在载板13上，功分模块11和载板13用合金焊料烧结到铝合金盖板14上，功分模块11底面触点与第二连接器2内导体弹性连接至端口输出。

长条形通槽3用于露出功分模块底面的触点4，外部电源控制信号通过毛钮扣与触点4弹性连接。封装时盖板14通过激光焊接封焊到安装腔体5以实现气密封装。

进一步地，为提高换热效率和轻量化，箱体为铝合金箱体。

进一步地，微波印制电路片8与第一转接模块10、第一转接模块10与多功能模块9、多功能模块9与第二转接模块12、第二转接模块12与功分模块11之间设置有导电膜15。

进一步地，连接器可以为SMP、SSMP或者玻璃烧结绝缘子接头，本实用新型不做特别地限定。

进一步地，请参考图5-7，图5为本实用新型一个优选的具体实施例中的多功能模块7的俯视图示意图，图6为本实用新型一个优选的具体实施例中的多功能模块7的侧视图示意图，图7为本实用新型一个优选的具体实施例中的多功能模块7的仰视图示意图。

图5-7中，多功能模块9包括与通道数量相等的多功能模块用多功能芯片91、多功能模块用控制芯片92和第一LTCC多层基板94，多功能模块用多功能芯片91和多功能模块用控制芯片92分别用导电胶粘接到第一LTCC多层基板94上，多功能芯片91和多功能模块用控制芯片92之间用金丝级联，多功能芯片91和多功能模块用控制芯片92各自与第一LTCC多层基板94之间用金丝级联。第一LTCC多层基板94正反面的触点93用来与第一转接模块10和第二转接模块12弹性连接。

多功能模块用多功能芯片91可以为BWM245，也可以为BWM243、NC1517C-812SD或WND0048H，在此不做特别地限定。

进一步地，请参考图8-10，图8为本实用新型一个优选的具体实施例中的功分模块11的俯视图示意图，图9为本实用新型一个优选的具体实施例中的功分模块11的侧视图示意图，图10为本实用新型一个优选的具体实施例中的功分模块11的仰视图示意图。

图8-10中，功分模块11包括为通道数量一半的功分模块用驱动芯片111、1个功分模块用控制芯片112、1个功分模块用电源芯片113和第二LTCC多层基板114，功分模块用驱动芯片111、功分模块用控制芯片112和功分模块用电源芯片113分别用导电胶粘接到第二LTCC多层基板114上，芯片与第二LTCC多层基板114之间用金丝级联。第二LTCC多层基板114正面的触点93用来与第二转接模块12连接，背面的触点与第二连接器2和外部接插件连接。

进一步地，请参考图11，图11为本实用新型一个优选的具体实施例中的第一转接模块10的结构示意图。

图11中，第一转接模块10包括第一金属隔墙101，第一金属隔墙101内设置有第一毛钮扣载体单元102、第二毛钮扣载体单元103和第三毛钮扣载体单元104，第一毛钮扣载体单元102、第二毛钮扣载体单元103和第三毛钮扣载体单元104上分别安装有毛钮扣105，第一毛钮扣载体单元102、第二毛钮扣载体单元103和第三毛钮扣载体单元104均采用聚四氟乙烯为材料，毛钮扣105材料为圆柱体的铍铜丝。

进一步地，请参考图12，图12为本实用新型一个优选的具体实施例中的第二转接模块12的结构示意图。

图12中，第二转接模块12包括第二金属隔墙121，第二金属隔墙121内设置有第二毛钮扣载体单元103、第三毛钮扣载体单元104和第四毛钮扣载体单元122，第二毛钮扣载体单元103、第三毛钮扣载体单元104和第四毛钮扣载体单元122上分别安装有毛钮扣105，第二毛钮扣载体单元103、第三毛钮扣载体单元104和第四毛钮扣载体单元122均采用聚四氟乙烯为材料，毛钮扣105材料为圆柱体的铍铜丝。

进一步地，请参考图13，图13为本实用新型一个优选的具体实施例中的功放模块6的结构示意图。

图13中，功放模块6包括功放芯片61、功放芯片电容63、功放芯片电阻65、功放贴片电容64和钼铜载板62，功放芯片61用金锡合金共晶烧结到钼铜载板62上，功放芯片电容63、功放芯片电阻65和功放贴片电容64用导电胶粘接到钼铜载板62上，芯片之间用金丝级联。

进一步地，请参考图14-15，图14为本实用新型一个优选的具体实施例中的限幅和低噪放电路7示意图，图15为本实用新型一个优选的具体实施例中的限幅和低噪放电路单元71示意图。

图14-15中，限幅和低噪放电路7由与通道数量相等的限幅和低噪放电路单元71组成，每一限幅和低噪放电路单元71包括限幅和低噪放驱动芯片711、限幅器712和低噪放713，每一限幅器712和低噪放713用导电胶粘到安装腔体5的壁上，每一限幅和低噪放驱动芯片711用导电胶粘到微波印制电路片8上，限幅和低噪放驱动芯片711、每一限幅器712、低噪放713的芯片分别与微波印制电路片8之间用金丝级联。

请参考图16，图16为本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的射频工作原理图。

从图16可以看出，本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件的工作原理为：接收的四通道信号经过第一连接器1转微带垂直过渡，进入限幅器712和低噪放713，再经过第一转接模块10过渡到多功能模块9，再经过第二转接模块12过渡到功分模块11，完成四路通道合成后垂直过渡到第二连接器2输出。发射信号由第二连接器2输入过渡到功分模块11，分成四路后经第二转接模块12到达多功能模块9，再经第一转接模块10到达功放模块6，最后过渡到第一连接器1输出至四个发射通道。

基于上述的。本实用新型还提供一种有源相控阵天线。

请参考图17，图17为本实用新型高集成多通道瓦片式T/R组件在有源相控阵天线阵前端中安装的结构示意图。

一种有源相控阵天线，包括有源相控阵天线前端，该有源相控阵天线前端从上到下顺次包括天线阵面层16、环形器层17、热沉层18和T/R组件层19，T/R组件层19内装有T/R组件，天线阵面层16中的各阵元与环形器层17的环形器一个端口连接，环形器其余两个端口与T/R组件层19中的T/R组件的射频收发端口连接，热沉层18为一金属平板，热沉层18内嵌液冷导热管道20。T/R组件为上述的高集成多通道瓦片式T/R组件。

安装时，第一连接器1与环形器连接，功放模块6临近热沉层18，缩短了功放模块6与热沉层18之间的距离，将运行中T/R组件产生的热及时传出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高集成多通道瓦片式T/R组件，该高集成多通道瓦片式T/R组件为方形，由底板、盖板、前板、后板、左板和右板作壁围成安装腔体，其特征在于：所述底板上安装有n组第一连接器，每组第一连接器分别由一收一发两个连接器组成，每组第一连接器各自与底板垂直，盖板上安装有1组第二连接器，该第二连接器为接收输出和发射输入的合路端口，盖板上设置有通槽，安装腔体内设置有三层，第一层设置有微波印制电路片、功放模块和限幅和低噪放电路，第二层设置有多功能模块，第一层与第二层之间设置有第一转接模块，第三层设置有功分模块，第二层与第三层之间设置有第二转接模块，微波印制电路片分别与第一连接器、功放模块和限幅和低噪放电路连接，第一转接模块与多功能模块连接，多功能模块与第二转接模块连接，第二转接模块与功分模块连接，功分模块与第二连接器连接。

2.根据权利要求1所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述n组第一连接器为4组第一连接器。

3.根据权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述多功能模块包括与通道数量相等的多功能模块用多功能芯片、多功能模块用控制芯片和第一LTCC多层基板，多功能模块用多功能芯片和多功能模块用控制芯片分别连接接到第一LTCC多层基板上。

4.根据权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述功分模块包括为通道数量一半的功分模块用驱动芯片、1个功分模块用控制芯片、1个功分模块用电源芯片和第二LTCC多层基板，功分模块用驱动芯片、功分模块用控制芯片和功分模块用电源芯片分别连接到第二LTCC多层基板上。

5.根据权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述第一转接模块包括第一金属隔墙，第一金属隔墙内设置有第一毛钮扣载体单元、第二毛钮扣载体单元和第三毛钮扣载体单元，第一毛钮扣载体单元、第二毛钮扣载体单元和第三毛钮扣载体单元上分别安装有毛钮扣。

6.根据权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述第二转接模块包括第二金属隔墙，第二金属隔墙内设置有第二毛钮扣载体单元、第三毛钮扣载体单元和第四毛钮扣载体单元，第二毛钮扣载体单元、第三毛钮扣载体单元和第四毛钮扣载体单元上分别安装有毛钮扣。

7.根据权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述功放模块包括功放芯片、功放芯片电容、功放芯片电阻、功放贴片电容和钼铜载板，功放芯片、功放芯片电容、功放芯片电阻、功放贴片电容安装在钼铜载板上。

8.根据权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件，其特征在于：所述限幅和低噪放电路由与通道数量相等的限幅和低噪放电路单元组成，每一限幅和低噪放电路单元包括限幅和低噪放驱动芯片、限幅器和低噪放，每一限幅器、低噪放连接到微波印制电路片上，每一限幅和低噪放驱动芯片与微波印制电路片连接。

9.一种有源相控阵天线，包括有源相控阵天线前端，该有源相控阵天线前端从上到下顺次包括天线阵面层、环形器层、热沉层和T/R组件层，T/R组件层内装有T/R组件，天线阵面层中的各阵元与环形器层的环形器连接，环形器其余两个端口与T/R组件层中的T/R组件的射频收发端口连接，热沉层内嵌液冷导热管道，其特征在于：所述T/R组件为权利要求1或2任一所述的高集成多通道瓦片式T/R组件。

10.根据权利要求9所述的有源相控阵天线，其特征在于：所述第一连接器与环形器连接，功放模块临近热沉层。

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