WO1998016969A1 - Transmitter and receiver module for a phase controlled antenna - Google Patents

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WO1998016969A1
WO1998016969A1 PCT/EP1997/005652 EP9705652W WO9816969A1 WO 1998016969 A1 WO1998016969 A1 WO 1998016969A1 EP 9705652 W EP9705652 W EP 9705652W WO 9816969 A1 WO9816969 A1 WO 9816969A1
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WO
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assembly
hfs
module according
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transceiver module
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PCT/EP1997/005652
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Inventor
Helmut Dreher
Heinz-Peter Feldle
Rudolf Hetterich
Dieter Schmidt
Bernhard Schweizer
Original Assignee
Daimler-Benz Aerospace Ag
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006Particular feeding systems
    • H01Q21/0025Modular arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays

Definitions

  • the invention is based on a transmission / reception module for a phase-controlled antenna according to the preamble of claim 1.
  • a phase-controlled antenna essentially consists of a matrix-like arrangement of transmit / receive radiator elements which are at a (matrix) distance of approximately ⁇ / 2, where ⁇ means the wavelength of the transmitted and / or received radiation. If different phase relationships are now set between the radiator elements, at least the type (character) of the transmission / reception lobe and the (main) transmission / reception direction can thus be set. It is expedient to arrange the circuit arrangement required for this directly behind the level of the radiator elements, since then in particular there is no distribution network for the transmit / receive signals.
  • Such a front end should be mechanically robust and also light in weight, so that it can be rotatably arranged on a mast, for example. This is particularly useful for a radar antenna. If this is now to be operated, for example, in the centimeter or millimeter wavelength range, the radiator elements must have a corresponding distance and also the transmitter / receiver modules arranged behind them.
  • the invention has for its object to provide a generic transmission / reception module that has a high packing density for electronic components of various types, that is mechanically robust, spatially small and inexpensive to manufacture. This object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous refinements and / or further developments can be found in the further claims.
  • a first advantage of the invention is that a good dissipation of the heat loss generated is possible, so that in particular a high transmission power can be achieved for a radiator element.
  • a second advantage is that all of the components and / or assemblies used can be easily tested, particularly in industrial series production.
  • a third advantage is that a predeterminable number of transmission / reception modules on a common carrier, which can be flooded by a coolant, can be mounted in rows or double rows and checked.
  • a fourth advantage is that a possibly defective module can be replaced inexpensively during maintenance and / or repair work.
  • a circuit arrangement known per se for an individual transmit / receive module is assumed. This includes in particular a transmission path that contains at least one GHz power amplifier;
  • a transmit / receive U switch for example a circulator for coupling a transmit / receive radiator element to the transmit and receive path;
  • At least one adjustable amplitude and / or phase adjuster for setting a predeterminable transmission / reception characteristic of all radiator elements and for carrying out an electrically controlled pivoting of the transmission / reception lobes;
  • the invention is based on a layered arrangement of the modules within the (module) housing.
  • the invention is explained in more detail below using an example with reference to schematically illustrated figures. Show it
  • FIG. 1 shows a cross section through a module, which contains, for example, two transmit / receive modules (T / R modules) to explain the layer structure;
  • FIG. 2a, 2b top views of different layers within a module
  • FIG. 3 shows a cross section through a carrier which contains all the assemblies of a complete (radiator) line.
  • the module has a bottom BO with a thickness of approximately 0.75 mm and consists of a material, for example aluminum-silicon carbide (AL / SIC), the coefficient of thermal expansion of which is adapted to the electronic components and / or assemblies located thereon.
  • a / SIC aluminum-silicon carbide
  • side walls SW are fastened, which likewise have a thickness of approximately 0.75 mm and which consist, for example, of Kovar, titanium or of Al / SiC (aluminum / silicon carbide).
  • cover DE which consists of a material adapted to the side walls and which has a thickness of approximately 0.5 mm.
  • the cover can be connected to the side walls SW, preferably by a welded connection.
  • the side walls SW also have several openings in the area of the floor BO for the implementation of connecting lines VL, preferably planar transitions, with which connections to test facilities and to others Components can be produced.
  • a first assembly level which is also referred to below as a high-frequency layer or HF layer HFS, is now attached to the floor BO, for example by soldering and / or gluing, so that a good electrical and heat-conductive connection is produced.
  • the HF layer HFS consists, for example, of a plate-shaped ceramic substrate, for example aluminum oxide, with a thickness of approximately 0.25 mm.
  • Lines are preferably attached to the substrate, for example using micro-line technology or using coplanar technology, and additional components are required, for example, by means of adhesive, soldered and / or bonded connections. Openings are located in the substrate, in which then in particular active semiconductor circuits, for example a monolithically integrated high-frequency circuit MMIC, are arranged, specifically directly on the floor BO, preferably by gluing or soldering. This advantageously brings about good thermal and electrical contacts.
  • the semiconductor circuits can be connected to the lines on the substrate by means of bond connections. Further thermal and / or electrical contacts between the bottom BO and the upper side (lines) of the substrate can be produced by means of additional openings and / or bores (via holes) in the substrate. These are then filled with conductive materials.
  • This HF layer HFS is preferably connected to the connecting lines VL via bond connections BON. The structure described can be checked and / or compared, for example by means of an automatic device which is connected to the connecting lines VL.
  • the second assembly level ⁇ TE which is also called the control layer or control level, is now applied to the RF layer, for example likewise by gluing and / or soldering and through-plating to the RF layer.
  • the second assembly The level also consists of a substrate (cross-hatched) currently customary in circuit technology, on which, if possible, the complete control electronics and the associated connecting lines for the module are attached.
  • the control electronics preferably contain digitally operating (control) components and / or (control) assemblies (EPROM, ASIC) as well as power modulators for the first assembly level HFS underneath and the complete module.
  • This second component level STE can advantageously be checked and / or adjusted in itself before being installed in the module.
  • This second component level STE is connected to the first component level via the plated-through holes and / or via so-called ball-grid array connections and / or via bond connections in accordance with the required electrical circuit.
  • a third assembly level SPV (shown in dashed lines) is arranged above the second assembly level STE. On a printed circuit board, this contains all the components required for the voltage and / or power supply of the module, in particular capacitors CAP.
  • the placement levels are arranged one above the other by means of spacers AB.
  • FIG. 2 shows top views, with the cover DE removed, of arrangements corresponding to FIG. 1.
  • FIG. 2a shows a top view of the first assembly level HFS. This consists of the HF parts (transmitting / receiving parts) of, for example, two S / E modules arranged next to one another, which are separated from one another by a shielding and / or contacting arrangement AK, for example a ball grid array connection arrangement.
  • FIG. 2b shows a plan view of the second component level STE belonging to FIG.
  • the second assembly level STE shown includes all modules that are required to control the underlying first assembly level. It can be seen that an inexpensive and reliable connection between the assembly levels can be produced in this way.
  • Such transmit / receive modules can advantageously be combined to form compact and reliable line and / or matrix arrangements. All modules arranged side by side in a row are interconnected. The line can therefore be checked and / or compared as a whole. In addition, such a line can be replaced quickly and inexpensively, for example for maintenance and / or repair work on a phase-controlled antenna that contains a large number of lines.
  • Fig. 3 shows a cross section through such a row arrangement.
  • This consists, for example, of an electrically and thermally highly conductive carrier TR, which is produced, for example, as a so-called extruded profile made of an aluminum alloy.
  • the carrier TR has, for example, a width br of approximately 100 mm and a height ho of approximately 14 mm.
  • the length (perpendicular to the drawing plane) is selected depending on the number of T / R modules to be arranged side by side.
  • the carrier TR has two cooling channels KK arranged next to one another, through which a coolant, for example a glycol / water mixture or water, can be passed in order to dissipate the heat loss from the T / R modules attached above.
  • a coolant for example a glycol / water mixture or water
  • Transmit / receive radiator elements RE are also attached to the carrier TR, preferably one radiator element per module.
  • further components and / or assemblies are arranged, for example the transmitters / receivers (circulators) required for ⁇ end- / receive modules, current / voltage supply parts DC PCB and an RF distribution , which is labeled RF-TRIPLATE.
  • Such components and / or assemblies are preferably electrically connected by means of bond and / or so-called MOE connections, polymer structures with metal components (BONDING / MOE).
  • DC PCB current / voltage supplies
  • RF TRIPLATE RF TRIPLATE
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiments described, but can also be applied analogously to others. So it is possible, for example, in particular the side walls SW and the cover DE (Fig. 1) by a To replace (plastic) casting compound, which is suitable for electronic uses. Furthermore, it is possible to attach further TR modules and the circuit arrangements described on the underside of the carrier TR (FIG. 3), so that a double row of radiator elements and associated modules is produced. In addition, it is possible, if necessary, to arrange further components and / or assemblies, for example the transmission / reception switch (circulator) within the modulator housing BO, SW, DE.

Abstract

The invention relates to a transmitter and receiver module in which several layers of components, especially a HF layer and a control layer, are arranged on top of each other in a housing. The HF layer, for instance, contains all HF components required for a T/R module and/or HF sub-assemblies (transmission/reception path, amplitude and/or phase final controlling elements) which are required to control a transmitter/receiver radiation element. Preferably, control layer contains all (digitally operating) sub-assemblies (ASICs, EPROMs) which are required for (digital) control and/or setting of one or several transmitter/receiver modules. If necessary, a third layer can be provided, containing components, especially capacitors, required for T/R module voltage and power supply.

Description

Rp.schrp i hnrigRp.schrp i similar
Sende/Empfangsmodu.1—ür eine phaπengesteuerte AntenneTransmit / receive module 1 — for a phase-controlled antenna
Die Erfindung geht aus von einem Sende/Empfangsmodul für eine phasengesteuerte Antenne nach dem Oberbegriff des Pa- tenanspruchs 1.The invention is based on a transmission / reception module for a phase-controlled antenna according to the preamble of claim 1.
Eine phasengesteuerte Antenne besteht im wesentlichen aus einer matrixformigen Anordnung von Sende/Empfangs-Strahler- elementen, die einen (Matrix-) Abstand von ungefähr λ/2 ha- ben, wobei λ die Wellenlänge der gesendeten und/oder empfangenen Strahlung bedeutet. Werden nun zwischen den Strahlerelementen unterschiedliche Phasenbeziehungen eingestellt, so ist damit zumindest die Art (Charakter) der Sende/Empfangskeule sowie die (Haupt-) Sende/Empfangsrichtung einstellbar. Es ist zweckmäßig, die dafür erforderliche Schaltungsanordnung unmittelbar hinter der Ebene der Strahlerelemente anzuordnen, da dann insbesondere ein Verteilernetzwerk für die Sende/Empfangssignale entfällt.A phase-controlled antenna essentially consists of a matrix-like arrangement of transmit / receive radiator elements which are at a (matrix) distance of approximately λ / 2, where λ means the wavelength of the transmitted and / or received radiation. If different phase relationships are now set between the radiator elements, at least the type (character) of the transmission / reception lobe and the (main) transmission / reception direction can thus be set. It is expedient to arrange the circuit arrangement required for this directly behind the level of the radiator elements, since then in particular there is no distribution network for the transmit / receive signals.
Es ist weiterhin zweckmäßig, zumindest in unmittelbarer Nähe des hochfrequenten Teiles der Sende/Empfangsmodule die für die darin enthaltenen Phasen- und/oder Amplitudenein- steller erforderliche Steuerlogik, die vorzugsweise in di- gital arbeitender Technologie ausgebildet ist, anzuordnen.It is furthermore expedient to arrange, at least in the immediate vicinity of the high-frequency part of the transmission / reception modules, the control logic required for the phase and / or amplitude adjusters contained therein, which is preferably designed in digitally working technology.
Es ist vorteilhaft, diese Schaltungsanordnung so zu gestalten, daß auch bei einer Vielzahl von Strahlerelementen, beispielsweise einigen tausend, eine möglichst geringe An- zahl von Kabel-Leitungs- und/oder Steckverbindungen erforderlich ist, einerseits zwischen den Sende/Empfangsmodulen und andererseits zwischen deren Gesamtheit, die auch aktives Frontend genannt wird, und einer zugehörigen zentralen Auswerte- und/oder Steuereinheit.It is advantageous to design this circuit arrangement in such a way that even with a large number of radiating elements, for example a few thousand, the smallest possible number of cable line and / or plug connections is required, on the one hand between the transmitter / receiver modules and on the other hand between them Entire, which is also called an active front end, and an associated central evaluation and / or control unit.
Solch ein Frontend sollte mechanisch robust sein und außerdem eine geringes Gewicht besitzen, so daß es beispielsweise drehbar auf einem Mast angeordnet werden kann. Dieses ist insbesondere bei einer Radarantenne zweckmäßig. Soll diese nun beispielsweise im Zentimeter- oder Millimeter- Wellenlängen-Bereich betrieben werden, so müssen die Strahlerelemente einen entsprechenden Abstand haben sowie auch die dahinter angeordneten Sende/Empfangsmodule.Such a front end should be mechanically robust and also light in weight, so that it can be rotatably arranged on a mast, for example. This is particularly useful for a radar antenna. If this is now to be operated, for example, in the centimeter or millimeter wavelength range, the radiator elements must have a corresponding distance and also the transmitter / receiver modules arranged behind them.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge- mäßes Sende/Empfangsmodul anzugeben, das eine hohe Pak- kungsdichte für elektronische Bauelemente unterschiedlichster Art besitzt, das mechanisch robust, räumlich klein sowie kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.The invention has for its object to provide a generic transmission / reception module that has a high packing density for electronic components of various types, that is mechanically robust, spatially small and inexpensive to manufacture. This object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous refinements and / or further developments can be found in the further claims.
Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine gute Abfuhr der erzeugten Verlustwärme möglich ist, so daß insbesondere eine hohe Sendeleistung für ein Strahlerelement erreichbar ist.A first advantage of the invention is that a good dissipation of the heat loss generated is possible, so that in particular a high transmission power can be achieved for a radiator element.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß alle verwendeten Bauteile und/oder Baugruppen, insbesondere bei einer industriellen Serienfertigung, gut testbar sind.A second advantage is that all of the components and / or assemblies used can be easily tested, particularly in industrial series production.
Ein dritter Vorteil besteht darin, daß eine vorgebbare Anzahl von Sende/Empfangsmodulen auf einem gemeinsamen Träger, der von einem Kühlmittel durchflutet werden kann, Zeilen- oder doppelzeilenför ig montiert sowie geprüft werden kann.A third advantage is that a predeterminable number of transmission / reception modules on a common carrier, which can be flooded by a coolant, can be mounted in rows or double rows and checked.
Ein vierter Vorteil besteht darin, daß ein möglicherweise defektes Modul bei Wartungs- und/oder Reperaturarbeiten in kostengünstiger Weise austauschbar ist.A fourth advantage is that a possibly defective module can be replaced inexpensively during maintenance and / or repair work.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further advantages result from the description below.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.
Diese sind für eine Radar-Sende/Empfangsantenne im GHz- Bereich geeignet. Dabei wird von einer an sich bekannten Schaltungsanordnung für einen einzelnen Sende/Empfangsmodul ausgegangen. Zu diesem gehören insbesondere ein Sendepfad, der mindestens einen GHz-Leistungsver- stärker enthält;These are suitable for a radar transmit / receive antenna in the GHz range. A circuit arrangement known per se for an individual transmit / receive module is assumed. This includes in particular a transmission path that contains at least one GHz power amplifier;
ein Empfangspfad, der zumindest einen rauscharmen GHz- Vorverstärker enthält;a receive path containing at least one low-noise GHz preamplifier;
ein Sende/Empfangs-U schalter, beispielsweise ein Zir- kulator zur Ankopplung eines Sende/Empfangs-Strahler- elementes an den Sende- und Empfangspfad;a transmit / receive U switch, for example a circulator for coupling a transmit / receive radiator element to the transmit and receive path;
mindestens ein einstellbarer Amplituden- und/oder Pha- sensteller zur Einstellung einer vorgebbaren Sende/ Empfangscharakteristik aller Strahlerelemente sowie zur Durchführung einer elektrisch gesteuerten Schwen- kung der Sende/Empfangskeulen;at least one adjustable amplitude and / or phase adjuster for setting a predeterminable transmission / reception characteristic of all radiator elements and for carrying out an electrically controlled pivoting of the transmission / reception lobes;
die zugehörige digital arbeitende Schaltungslogik;the associated digital circuit logic;
die zugehörigen Leitungsverbindungen sowiethe associated line connections as well
die zugehörige Strom-/Spannungsversorung.the associated current / voltage supply.
Der detaillierte Aufbau der vorstehend erwähnten elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen wird im folgenden nicht beschrieben, da die Erfindung im wesentlichen die Anordnung dieser Baugruppen zueinander betrifft.The detailed structure of the above-mentioned electrical and / or electronic assemblies is not described below since the invention essentially relates to the arrangement of these assemblies with respect to one another.
Bei der Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, die zu einer vorgebbaren Anzahl von zellenförmig nebeneinander an- geordneten Strahlerelementen gehörenden Baugruppen in einem einzigen elektrisch leitenden (Modul-) Gehäuse anzuordnen.In the case of the invention, it is advantageously possible to arrange the assemblies belonging to a predeterminable number of radiator elements arranged next to one another in a cell in a single electrically conductive (module) housing.
Die Erfindung beruht auf einer schichtweisen Anordnung der Baugruppen innerhalb des (Modul-) Gehäuses. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Figuren. Es zeigenThe invention is based on a layered arrangement of the modules within the (module) housing. The invention is explained in more detail below using an example with reference to schematically illustrated figures. Show it
FIG. 1 einen Querschnitt durch ein Modul, das beispielsweise zwei Sende-/Empfangsmodule (T/R- Module) enthält, zur Erläuterung des Schichtaufbaus ;FIG. 1 shows a cross section through a module, which contains, for example, two transmit / receive modules (T / R modules) to explain the layer structure;
FIG. 2a, 2b Aufsichten auf verschiedene Schichten innerhalb eines Moduls;FIG. 2a, 2b top views of different layers within a module;
FIG. 3 einen Querschnitt durch einen Träger, welcher alle Baugruppen einer vollständigen (Strahler-) Zeile enthält.FIG. 3 shows a cross section through a carrier which contains all the assemblies of a complete (radiator) line.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Modul mit einer Länge 1 von ungefähr 60 mm sowie einer Höhe h von ungefähr 8,5 mm. Der Modul besitzt einen Boden BO mit einer Dicke von ungefähr 0,75 mm und besteht aus einem Material, beispielsweise Aluminium-Silizium-Carbid (AL/SIC) , dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an die darauf befindlichen elektronischen Bauelemente und/oder Baugruppen angepaßt ist. Auf dem Boden BO sind Seitenwände SW befestigt, die ebenfalls eine Dicke von ungefähr 0,75 mm besitzen und die beispielsweise aus Kovar, Titan oder aus Al/SiC (Aluminium/Siliziumkarbid) bestehen. Auf den Seitenwänden SW befindet sich ein Deckel DE, der aus einem an die Seitenwände angepaßten Material besteht und der eine Dicke von ungefähr 0 , 5 mm besitzt. Der Deckel kann mit den Seitenwänden SW verbunden werden, vorzugsweise durch eine Schweißverbindung. Die Seitenwände SW besitzen außerdem im Bereich des Bodens BO mehrere Durchbrüche zur Durchführung von Ver- bindungsleitungen VL, vorzugsweise planaren Übergängen, mit denen Verbindungen zu Prüfeinrichtungen sowie zu weiteren Bauelementen herstellbar sind. Auf dem Boden BO ist nun eine erste Bestückungsebene, die im folgenden auch Hochfre- quenzschicht oder HF-Schicht HFS genannt wird, angebracht, beispielsweise durch Löten und/oder Kleben, so daß ein gute elektrische und wärmeleitfähige Verbindung entsteht. Die HF-Schicht HFS besteht beispielsweise aus einem plattenför- migen Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumoxid, mit einer Dicke von ungefähr 0,25 mm. Auf dem Substrat sind vorzugsweise Leitungen, beispielsweise in Mikroleitungs- technik oder in koplanarer Technik, angebracht sowie bedarfsweise zusätzliche Bauelemente, beispielsweise durch Kleb-, Löt- und/oder Bondverbindungen. In dem Substrat befinden sich Durchbrüche, in welchen dann insbesondere aktive Halbleiterschaltungen, beispielsweise eine monolithisch integrierte Hochfrequenzschaltung MMIC, angeordnet werden, und zwar unmittelbar auf dem Boden BO, vorzugsweise durch Kleben oder Löten. Dieses bewirkt vorteilhafterweise gute thermische sowie elektrische Kontakte. Durch Bondverbindungen sind die Halbleiterschaltungen an die Leitungen auf dem Substrat anschließbar. Weitere thermische und/oder elektrische Kontakte zwischen dem Boden BO sowie der Oberseite (Leitungen) des Substrates sind herstellbar mittels zusätzlicher Durchbrüche und/oder Bohrungen (via holes) in dem Substrat. Diese weden dann mit leitfähigen Materialien aus- gefüllt. Diese HF-Schicht HFS wird vorzugsweise über Bondverbindungen BON mit den Verbindungsleitungen VL verbunden. Der beschriebene Aufbau ist prüf- und/oder abgleichbar beispielsweise mittels einer automatischen Einrichtung, welche an die Verbindungsleitungen VL angeschlossen wird.1 shows a cross section through a module with a length 1 of approximately 60 mm and a height h of approximately 8.5 mm. The module has a bottom BO with a thickness of approximately 0.75 mm and consists of a material, for example aluminum-silicon carbide (AL / SIC), the coefficient of thermal expansion of which is adapted to the electronic components and / or assemblies located thereon. On the floor BO, side walls SW are fastened, which likewise have a thickness of approximately 0.75 mm and which consist, for example, of Kovar, titanium or of Al / SiC (aluminum / silicon carbide). On the side walls SW there is a cover DE, which consists of a material adapted to the side walls and which has a thickness of approximately 0.5 mm. The cover can be connected to the side walls SW, preferably by a welded connection. The side walls SW also have several openings in the area of the floor BO for the implementation of connecting lines VL, preferably planar transitions, with which connections to test facilities and to others Components can be produced. A first assembly level, which is also referred to below as a high-frequency layer or HF layer HFS, is now attached to the floor BO, for example by soldering and / or gluing, so that a good electrical and heat-conductive connection is produced. The HF layer HFS consists, for example, of a plate-shaped ceramic substrate, for example aluminum oxide, with a thickness of approximately 0.25 mm. Lines are preferably attached to the substrate, for example using micro-line technology or using coplanar technology, and additional components are required, for example, by means of adhesive, soldered and / or bonded connections. Openings are located in the substrate, in which then in particular active semiconductor circuits, for example a monolithically integrated high-frequency circuit MMIC, are arranged, specifically directly on the floor BO, preferably by gluing or soldering. This advantageously brings about good thermal and electrical contacts. The semiconductor circuits can be connected to the lines on the substrate by means of bond connections. Further thermal and / or electrical contacts between the bottom BO and the upper side (lines) of the substrate can be produced by means of additional openings and / or bores (via holes) in the substrate. These are then filled with conductive materials. This HF layer HFS is preferably connected to the connecting lines VL via bond connections BON. The structure described can be checked and / or compared, for example by means of an automatic device which is connected to the connecting lines VL.
Nach einer derartigen Zwischenprüfung wird nun auf der HF- Schicht die zweite Bestückungsebene ΞTE, die auch Kontrollschicht oder Steuerebene genannt wird, angebracht, beispielsweise ebenfalls durch Kleben und/oder Löten sowie von Durchkontaktierungen zu der HF-Schicht. Die zweite Bestük- kungsebene besteht ebenfalls aus einem in der Schaltungstechnologie derzeit üblichen Substrat (gekreuzt schraffiert dargestellt) , auf welchem möglichst die vollständige Steuerelektronik, sowie die zugehörigen Verbindungsleitungen für den Modul angebracht sind. Die Steuerelektronik enthält vorzugsweise digital arbeitende (Steuer-) Bauelemente und/oder (Steuer-) Baugruppen (EPROM, ASIC) sowie Leistungs-Modulatoren für die darunter liegende erste Bestük- kungsebene HFS und den vollständigen Modul. Diese zweite Bestückungsebene STE ist vorteilhafterweise vor dem Einbau in den Modul in sich prüf- und/oder abgleichbar. Nach dem Einbau in den Modul kann bedarfsweise vorteilhafterweise eine weitere Zwischenprüfung durchgeführt werden, vorzugsweise durch eine automatisch arbeitende Prüf- und/oder Ab- gleichvorrichtung. Diese zweite Bestückungsebene STE ist über bereits erwähnte Durchkontaktierungen und/oder über sogenannte ball-grid-array-Verbindungen und/oder über Bondverbindungen mit der ersten Bestückungsebene verbunden entsprechend der geforderten elektrischen Schaltung.After such an intermediate check, the second assembly level ΞTE, which is also called the control layer or control level, is now applied to the RF layer, for example likewise by gluing and / or soldering and through-plating to the RF layer. The second assembly The level also consists of a substrate (cross-hatched) currently customary in circuit technology, on which, if possible, the complete control electronics and the associated connecting lines for the module are attached. The control electronics preferably contain digitally operating (control) components and / or (control) assemblies (EPROM, ASIC) as well as power modulators for the first assembly level HFS underneath and the complete module. This second component level STE can advantageously be checked and / or adjusted in itself before being installed in the module. After installation in the module, a further intermediate test can advantageously be carried out, if necessary, preferably by means of an automatically operating test and / or adjustment device. This second component level STE is connected to the first component level via the plated-through holes and / or via so-called ball-grid array connections and / or via bond connections in accordance with the required electrical circuit.
Über der zweiten Bestückungsebene STE ist eine dritte Bestückungsebene SPV (gestrichelt dargestellt) angeordnet. Diese enthält auf einer Leiterplatte alle für die Span- nungs- und/oder Stromversorgung des Moduls erforderlichen Bauelementen, insbesondere Kondensatoren CAP.A third assembly level SPV (shown in dashed lines) is arranged above the second assembly level STE. On a printed circuit board, this contains all the components required for the voltage and / or power supply of the module, in particular capacitors CAP.
Die Bestückungsebenen sind bedarfsweise mittels Abstandshalter AB übereinander angeordnet.If necessary, the placement levels are arranged one above the other by means of spacers AB.
Durch die beschriebene Anordnung wird also vorteilhafter- weise eine mechanische, elektrische sowie thermische Verbindung der Bestückungsebenen untereinander erreicht, so daß sehr kompakte, dreidimensionale Aufbauten mit kurzen elektrischen Verbindungen und Abschirmungen erreicht wer- den. Fig. 2 zeigt Aufsichten, bei abgenommenem Deckel DE, auf Anordnungen entsprechend Fig. 1. Dabei zeigt Fig. 2a eine Aufsicht auf die erste Bestückungsebene HFS. Diese besteht aus den HF-Teilen (Sende/Empfangsteilen) von beispielsweise zwei nebeneinander angeordneten S/E-Modulen, die durch eine Abschirm- und/oder Kontaktierungsanordnung AK, beispielsweise eine ball-grid-array-Verbindungs-Anordnung, voneinander getrennt sind. Fig. 2b zeigt eine Aufsicht auf die zu Fig. 2a gehörende zweite Bestückungsebene STE, an deren Unterseite beispielsweise eine der Abschirm- und/oder Kontaktierungsanordnung AK entsprechende Kontaktanordnung angebracht ist. Die dargestellte zweite Bestückungsebene STE umfaßt alle Baugruppen, die zur Steuerung der darunter lie- genden ersten Bestückungsebene erforderlich sind. Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise eine kostengünstige und zuverlässige Verbindung zwischen den Bestückungsebenen herstellbar ist.The arrangement described thus advantageously achieves a mechanical, electrical and thermal connection of the assembly levels to one another, so that very compact, three-dimensional structures with short electrical connections and shields are achieved. FIG. 2 shows top views, with the cover DE removed, of arrangements corresponding to FIG. 1. FIG. 2a shows a top view of the first assembly level HFS. This consists of the HF parts (transmitting / receiving parts) of, for example, two S / E modules arranged next to one another, which are separated from one another by a shielding and / or contacting arrangement AK, for example a ball grid array connection arrangement. FIG. 2b shows a plan view of the second component level STE belonging to FIG. 2a, on the underside of which, for example, a contact arrangement corresponding to the shielding and / or contacting arrangement AK is attached. The second assembly level STE shown includes all modules that are required to control the underlying first assembly level. It can be seen that an inexpensive and reliable connection between the assembly levels can be produced in this way.
Solche Sende/Empfangsmodule (T/R - Module) sind in vorteilhafterweise zu kompakt und zuverlässig aufgebauten Zeilen- und/oder Matrixanordnungen kombinierbar. Dabei sind alle in einer Zeile nebeneinander angeordneten Module untereinander verschaltet. Die Zeile ist daher als ganzes prüf- und/oder abgleichbar. Außerdem kann eine solche Zeile in kostengünstiger Weise schnell ausgewechselt werden, beispielsweise bei Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten an einer phasengesteuerten Antenne, die eine Vielzahl von Zeilen enthält.Such transmit / receive modules (T / R modules) can advantageously be combined to form compact and reliable line and / or matrix arrangements. All modules arranged side by side in a row are interconnected. The line can therefore be checked and / or compared as a whole. In addition, such a line can be replaced quickly and inexpensively, for example for maintenance and / or repair work on a phase-controlled antenna that contains a large number of lines.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine solche Zeilenanordnung. Diese besteht beispielsweise aus einem elektrisch sowie thermisch gut leitendem Träger TR, der beispielsweise als sogenanntes Strangprofil aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist. Der Träger TR hat beispielsweise eine Breite br von ungefähr 100 mm und eine Höhe ho von ungefähr 14 mm. Die Länge (senkrecht zur Zeichenebene) ist in Abhängigkeit von der Anzahl der nebeneinander anzuordnenden T/R- Module gewählt. Der Träger TR hat in seinem mittleren Bereich zwei nebeneinander angeordnete Kühlkanäle KK, durch welche ein Kühlmittel, beispielsweise einem Glycol/Wasser- Gemisch oder Wasser, geleitet werden kann zur Ableitung der Verlustwärme der darüber befestigten T/R-Module. Diese sind beispielsweise durch Schrauben SR befestigt, so daß gute elektrische und thermische Kontakte • entstehen. An dem Trä- ger TR sind weiterhin Sende-/Empfangs-Strahlerelemente RE befestigt und zwar vorzugsweise ein Strahlerelement pro Modul. In dem Bereich zwischen den Strahlerelementen RE und den TR-Modulen sind weitere Bauelemente und/oder Baugruppen angeordnet, beispielsweise die für Ξende-/Empfangsmodule erforderlichen Sende-/Empfangsweichen ( Zirkulatoren) , Strom-/Spannung-Versorgungsteile DC PCB sowie eine HF- Verteilung, die mit RF-TRIPLATE bezeichnet ist. Derartige Bauelemente und/oder Baugruppen sind vorzugsweise durch Bond- und/oder sogenannte MOE- Verbindungen, Polymerstruk- turen mit Metallanteilen, (BONDING/ MOE) elektrisch verbunden. Auf der dem Strahlerelement RE abgewandten Seite der TR-Module sind weitere Strom-/Spannungsversorgungen (DC PCB) sowie HF-Verteilungen (RF-TRIPLATE) vorhanden.Fig. 3 shows a cross section through such a row arrangement. This consists, for example, of an electrically and thermally highly conductive carrier TR, which is produced, for example, as a so-called extruded profile made of an aluminum alloy. The carrier TR has, for example, a width br of approximately 100 mm and a height ho of approximately 14 mm. The length (perpendicular to the drawing plane) is selected depending on the number of T / R modules to be arranged side by side. In its central region, the carrier TR has two cooling channels KK arranged next to one another, through which a coolant, for example a glycol / water mixture or water, can be passed in order to dissipate the heat loss from the T / R modules attached above. These are fastened, for example, by screws SR, so that good electrical and thermal contacts • occur. Transmit / receive radiator elements RE are also attached to the carrier TR, preferably one radiator element per module. In the area between the radiator elements RE and the TR modules, further components and / or assemblies are arranged, for example the transmitters / receivers (circulators) required for Ξend- / receive modules, current / voltage supply parts DC PCB and an RF distribution , which is labeled RF-TRIPLATE. Such components and / or assemblies are preferably electrically connected by means of bond and / or so-called MOE connections, polymer structures with metal components (BONDING / MOE). On the side of the TR modules facing away from the radiator element RE, further current / voltage supplies (DC PCB) and RF distributions (RF TRIPLATE) are available.
Mit einer solchen Anordnung ist vorteilhafterweise eine zuverlässige sowie kostengünstige Herstellung einer Zeile möglich, wobei lediglich eine geringe Anzahl von kostenun- günstigen und störanfälligen Steckverbindungen benötigt wird, insbesondere an den Enden einer Zeile zu deren Ver- bindung mit weiteren und/oder einer Zentraleinheit.With such an arrangement, a reliable and cost-effective production of a line is advantageously possible, only a small number of inexpensive and fault-prone plug connections being required, in particular at the ends of a line for their connection to further and / or a central unit.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfürungs- beispiele beschränkt, sodern sinngemäß auf weitere anwendbar. So ist es beispielsweise möglich, insbesondere die Seitenwände SW sowie den Deckel DE (Fig. 1) durch eine (Kunstsstoff-) Vergußmasse zu ersetzen, die für elektronische Verwendungen geeignet ist. Weiterhin ist es möglich, an der Unterseite des Trägers TR (Fig. 3) weitere TR-Module sowie die beschriebenen Schaltungsanordnungen anzubringen, so daß eine Doppelzeile von Strahlerelementen und zugehörigen Modulen entsteht. Außerdem ist es bedarfweise möglich, weitere Bauelemente und/oder Baugruppen, beispielsweise die Sende-/Empfangsweiche (Zirkulator) innerhalb des Modulator- Gehäuses BO, SW, DE anzuordnen. The invention is not restricted to the exemplary embodiments described, but can also be applied analogously to others. So it is possible, for example, in particular the side walls SW and the cover DE (Fig. 1) by a To replace (plastic) casting compound, which is suitable for electronic uses. Furthermore, it is possible to attach further TR modules and the circuit arrangements described on the underside of the carrier TR (FIG. 3), so that a double row of radiator elements and associated modules is produced. In addition, it is possible, if necessary, to arrange further components and / or assemblies, for example the transmission / reception switch (circulator) within the modulator housing BO, SW, DE.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sende/Empfangsmodul für eine phasengesteuerte Antenne, zumindest bestehend aus1. Transmit / receive module for a phase-controlled antenna, at least consisting of
einer Hochfrequenzschaltung, die einen Sende-, einen Empfangspfad sowie Phasen- und/oder Amplitudenstellglieder enthält unda high-frequency circuit which contains a transmission path, a reception path and phase and / or amplitude actuators and
- einer Steuerschaltung zum Steuern der Hochfrequenzschaltung, dadurch gekennzeichnet,a control circuit for controlling the high-frequency circuit, characterized in that
daß ein plattenförmiger Boden (BO) mit vorgebbarer Größe vorhanden ist aus einem Material mit vorgebbaren elek- trischen und thermischen Eigenschaften, daß auf dem Boden (BO) eine erste Bestückungsebene (HFS) , welche zumindest einen wesentlichen Teil der Hochfrequenzschaltung enthält, befestigt ist,that a plate-shaped floor (BO) with a predeterminable size is made of a material with predeterminable electrical and thermal properties, that a first assembly level (HFS), which contains at least a substantial part of the high-frequency circuit, is attached to the floor (BO),
- daß über der ersten Bestückungsebene (HFS) eine zweite- That above the first assembly level (HFS) a second
Bestückungsebene (STE) , welche zumindest einen wesentlichen Teil der zur Steuerung der ersten Bestückungsebene (HFS) erforderlichen Steuerungsschaltung enthält, angebracht ist,Assembly level (STE), which contains at least a substantial part of the control circuit required to control the first assembly level (HFS), is attached,
daß die beiden Bestückungsebenen an vorgebbaren Stellen zumindest durch elektrische Verbindungen verbunden sind undthat the two assembly levels are connected at predetermined locations at least by electrical connections and
- daß beide Bestückungsebenen in einem gemeinsamen elektrisch leitenden Gehäuse (SW, DE) , das elektrisch leitend mit dem Boden (BO) verbunden ist, angeordnet sind.- That both assembly levels in a common electrically conductive housing (SW, DE), which is electrically connected to the bottom (BO), are arranged.
2. Sende/Empfangsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß in dem Gehäuse (SW, DE) zusätzlich eine dritte Bestückungsebene (SPV) vorhanden ist, welche zumindest einen wesentlichen Teil der Spannungs-/Ξtromversorgungs- Schaltungen für die erste und zweite Bestückungsebene (HFS, STE) enthält.2. Transceiver module according to claim 1, characterized in that in the housing (SW, DE) there is additionally a third component level (SPV), which has at least a substantial part of the voltage / Ξtromversorgungs- circuits for the first and second Assembly level (HFS, STE) contains.
3. Sende/Empfangsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bestückungsebenen (HFS, STE, SPV) aus einem Substrat mit darauf befindlichen Verbindungsleitungen sowie elektrischen Bauele- menten und/oder Baugruppen besteht.3. Transceiver module according to one of the preceding claims, characterized in that each of the assembly levels (HFS, STE, SPV) consists of a substrate with connecting lines thereon as well as electrical components and / or assemblies.
4. Sende/Empfangsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Substrat der ersten Bestückungsebene (HFS) Durchbrüche vorhanden sind, in die Wärme erzeugende aktive (Hochfrequenz-) Halbleiter- bauelemente und/oder eine Wärme erzeugende aktive (Hochfrequenz-) Halbleiterbaugruppe angeordnet ist (sind) derart, daß das Halbleiterbauelement und/oder die Halbleiterbaugruppe zumindest einen Wärmekontakt zu dem Boden (BO) be- sitzen.4. Transmitting / receiving module according to one of the preceding claims, characterized in that in the substrate of the first assembly level (HFS) there are openings in the heat-generating active (high-frequency) semiconductor Components and / or a heat-generating active (high-frequency) semiconductor assembly is (are) arranged such that the semiconductor component and / or the semiconductor assembly have at least one thermal contact with the floor (BO).
5. Sende/Empfangsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (SW, DE) zumindest aus einem elektrisch abschirmenden Material be- steht.5. Transceiver module according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (SW, DE) consists at least of an electrically shielding material.
6. Sende/Empfangsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (SW, DE) zumindest teilweise aus einer Vergußmasse besteht, deren Oberfläche ein elektrisch abschirmendes Material enthält.6. Transceiver module according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (SW, DE) consists at least partially of a casting compound, the surface of which contains an electrically shielding material.
7. Sende/Empfangsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verwendung in einer zellenförmigen Anordnung, wobei ein Träger (TR) mit mindestens einem Kühlmittelkanal (KK) vorhanden ist, auf dem eine vorgebbare Anzahl von Gehäusen, mit darin enthaltenen Bestückungsebenen, zumindest wärmeleitend befestigt sind. 7. Transceiver module according to one of the preceding claims for use in a cellular arrangement, wherein a carrier (TR) with at least one coolant channel (KK) is provided, on which a predeterminable number of housings, with assembly levels contained therein, are at least thermally attached .
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