WO2022188700A1 - 一种相控阵天线与天线模组 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种相控阵天线与天线模组，涉及天线技术领域。该相控阵天线包括天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块，天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块均集成于同一PCB板上并分层排布，天线阵面与控制系统之间连接有金属地，电源系统与馈电系统之间也连接有金属地；其中，馈电系统与收发模块连接，且天线阵面、控制系统、电源系统均设置有贯穿至收发模块的金属孔，金属孔与金属地呈距离设置，且天线阵面、控制系统、电源系统均通过金属孔与收发模块连接。本申请提供的相控阵天线与天线模组具有集成度更高、体积更小且降低了成本的优点。
Description
本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种相控阵天线与天线模组。
随着国内外的卫星互联网飞速发展，对相控阵天线需求越来越大，同时对相控阵天线的成本和体积提出了更高的要求。
传统的相控阵天线由天线阵面、收发模块、馈电系统、校准系统、电源系统、控制系统构成，模块相互独立设计，模块之间通过连接器相连。然而，该种连接方式导致相控阵天线的集成度低、体积大、成本高、可靠性低，不利于相控阵天线大规模的普及。
综上，现有技术中存在相控阵天线的集成度低、体积大、成本高等问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种相控阵天线与天线模组，以解决现有技术中存在的相控阵天线的集成度低、体积大、成本高等问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
一方面，本申请提供了一种相控阵天线，所述相控阵天线包括天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块，所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统、所述馈电系统以及所述收发模块均集成于同一PCB板上并分层排布，所述天线阵面与所述控制系统之间连接有金属地，所述电源系统与所述馈电系统之间也连接有金属地；其中，
所述馈电系统与所述收发模块连接，且所述天线阵面、所述控制系统、电源系统均设置有贯穿至所述收发模块的金属孔，所述金属孔与所述金属地呈距离设置，且所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统均通 过所述金属孔与所述收发模块连接。
可选地，所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统、所述馈电系统以及所述收发模块逐层设置。
可选地，所述天线阵面、所述电源系统、所述控制系统、所述馈电系统以及所述收发模块逐层设置，所述天线阵面与所述电源系统之间连接有金属地，所述控制系统与所述馈电系统之间连接金属地。
可选地，所述电源系统与所述馈电系统之间连接有金属地。
可选地，所述相控阵天线还包括校准系统，所述校准系统也集成于所述PCB板，且所述校准系统与所述收发模块连接。
可选地，所述校准系统位于所述馈电系统与所述电源系统之间，且所述校准系统与所述电源系统之间连接有金属地，所述校准系统与所述馈电系统之间也连接有金属地，所述校准系统设置有贯穿至所述收发模块的金属孔。
可选地，所述校准系统与所述馈电系统位于同一层。
可选地，所述金属孔的外侧覆盖有非金属层，以使所述金属孔与所述金属地之间呈距离设置。
可选地，所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统以及所述馈电系统均包括一层或多层金属层，所述金属孔的端部与所述金属层连接。
另一方面，本申请实施例还提供了一种天线模组，所述天线模组包括上述的相控阵天线。
相比于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种相控阵天线与天线模组，该相控阵天线包括天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块，天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块均集成于同一PCB板上并分层排布，天线阵面与控制系统之间连接有金属地，电源系统与馈电系统之间也连接有金属地；其中，馈电系统与收发模块连接，且天线阵面、控制系统、电源系统均设置有贯穿至收发模块的金属孔，金属孔与金属地呈距离设置，且天线阵面、控制系统、电源系统均通过金属孔与收发模块连接。通过本申请提供的相控阵天线，实现可将多个系统集成于同一PCB板上，进而无需 独立设计，集成度更高、体积更小且有效降低了成本。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本申请实施例提供相控阵天线的第一种剖面示意图。
图2为本申请实施例提供收发模块与馈电系统的电路图。
图3为本申请实施例提供相控阵天线的第二种剖面示意图。
图4为本申请实施例提供相控阵天线的第三种剖面示意图。
图中：100-相控阵天线；110-天线阵面；120-控制系统；130-电源系统；140-馈电系统；150-收发模块；160-金属地；170-金属孔；180-校准系统。
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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此， 一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
正如背景技术中所述，传统的相控阵天线由天线阵面、收发模块、馈电系统、校准系统、电源系统、控制系统构成，且模块相互独立设计，模块之间通过连接器相连。例如，对于馈电系统，可能配置一PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)电路板；对于电源系统，可能配置另一PCB电 路板；对于控制系统，也可能配置一独立的PCB电路板，因此，整个相控阵天线存在集成度低、体积大、成本高等问题。
有鉴于此，为了解决上述问题，本申请提供了一种相控阵天线，通过将多个模块集成于同一PCB板的方式，达到降低相控阵天线的体积及成本的目的。
下面对于本申请提供的相控阵天线进行实例性说明：
作为一种实现方式，请参阅图1，相控阵天线100包括天线阵面110、控制系统120、电源系统130、馈电系统140以及收发模块150，天线阵面110、控制系统120、电源系统130、馈电系统140以及收发模块150均集成于同一PCB板上并分层排布，天线阵面110与控制系统120之间连接有金属地160，电源系统130与馈电系统140之间也连接有金属地160。其中，馈电系统140与收发模块150连接，且天线阵面110、控制系统120、电源系统130均设置有贯穿至收发模块150的金属孔170，金属孔170与金属地160呈距离设置，且天线阵面110、控制系统120、电源系统130均通过金属孔170与收发模块150连接。
通过该实现方式，实现了将各个系统均集成于同一PCB板上，进而能够达到了高集成度、体积小、成本低以及可靠性好的效果。
可选的，本申请提供的天线阵面110采用微带天线形式，微带贴片天线具有体积小、重量轻、剖面低、易于加工和方便与其他模块集成的优点。通过天线阵面110能够实现对射频信号的接收与发送，并将接收的信号传送至收发模块150。
请参与图2，收发模块150选择采用多功能低成本的微波射频芯片，具备射频多通道，实现射频信号的放大、调幅、调相、功率检测等功能，同时外部数字信号可以对芯片进行控制。即收发模块150中包括多个微波射频芯片，每个微波射频芯片均与天线阵面110连接。此外，常规选择收发的通道数量有5种，分别是1通道、2通道、4通道、8通道、16通道。
馈电系统140采用微带线或者带状线形式功分网络，实现射频信号的分配或合路。其中，作为一种实现方式，收发模块150焊接于馈电系统140上。电源系统130通过在PCB上蚀刻特定的线路实现对收发模块150供电，保 证收发模块150的正常工作。控制系统120通过在PCB板上蚀刻特定的线路实现收发模块150调幅、调相、功率检测等功能。
在一种可能的实现方式中，收发模块150设置有控制接口与电源接口，控制接口与电源接口分别与收发模块150中的每一微波射频芯片连接，同时，电源系统130与控制系统120通过金属孔170与收发模块150连接，进而实现对每个微波射频芯片供电及控制。
作为一种实现方式，天线阵面110、控制系统120、电源系统130、馈电系统140以及收发模块150逐层设置。为了消除模块间的相互影响，在本实现方式中，天线阵面110与控制系统120之间设置与金属地160，电源系统130与馈电系统140之间设置有金属地160。
作为另一种实现方式，请参阅图3，天线阵面110、电源系统130、控制系统120、馈电系统140以及收发模块150逐层设置，在此基础上，天线阵面110与电源系统130之间连接有金属地160，控制系统120与馈电系统140之间连接金属地160。
由于电源系统130与控制系统120间的影响相对较小，因此电源系统130与控制系统120之间可以设置一金属地160，也可以直接连接，不设置金属地160，本申请对此并不做任何限定。
需要说明的是，在实际制作过程中，金属孔170的制作一般为先对的相控阵天线进行钻孔，然后在对孔的内壁镀金属，进而形成金属孔170，为了便于其他模块与收发模块150之间的连接，本申请统一采取金属孔170的方式进行连接。然而，由于相邻两个模块或系统之间可能设置有金属地160，若金属孔170与金属地160连接，则金属孔170短路，无法传输信号，例如，电源系统130通过金属孔170与收发模块150连接，电源系统130与馈电系统140之间设置有金属地160，因此若金属孔170与金属地160连接，则电源系统130被短路，无法正常为收发模块150供电。
有鉴于此，作为本申请一种可能的实现方式，金属孔170的外侧覆盖有非金属层，以使所述金属孔170与所述金属地160之间呈距离设置。换言之，在对相控阵天线进行钻孔后，可以先在孔的内壁涂覆非金属层，然后再镀金属，进而实现了金属孔170与金属地160之间不接触。当然地，在其 它的一些实施例中，也可能采用其它方式实现金属孔170与金属地160之间不接触，例如，在钻孔时，金属地160层的孔大于金属孔170的直径，进而使金属孔170不与金属地160接触。
此外，为了实现相控阵天线的自校准，同时监测收发模块150是否正常，相控阵天线还包括校准系统180，校准系统180也集成于PCB板，且校准系统180与收发模块150连接。
作为一种实现方式，请参阅图4，校准系统180位于馈电系统140与电源系统130之间，且校准系统180与电源系统130之间连接有金属地160，在此基础上，校准系统180与馈电系统140之间也连接有金属地160，校准系统180设置有贯穿至收发模块150的金属孔170。
作为另一种实现方式，校准系统180与馈电系统140位于同一层。在此基础上，校准系统180可以直接与收发模块150连接，而无需通过金属孔170。
并且，需要说明的是，天线阵面110、控制系统120、电源系统130、校准系统180以及馈电系统140均包括一层或多层金属层，金属孔170的端部与金属层连接。换言之，天线阵面110、控制系统120、电源系统130、校准系统180以及馈电系统140的层数均可以大于或等于1层。
同时，本申请所述额的金属层为铜层，铜层与铜层之间介质填充，其中天线阵面110、校准系统180和馈电系统140是微波介质，微波介质的相对介电常数为的范围为2～100，损耗角正切的范围为10-4～10-2。
基于上述实现方式，本申请还提供了一种天线模组，该天线模组包括上述的相控阵天线。
综上所述，本申请提供了一种相控阵天线与天线模组，该相控阵天线包括天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块，天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块均集成于同一PCB板上并分层排布，天线阵面与控制系统之间连接有金属地，电源系统与馈电系统之间也连接有金属地；其中，馈电系统与收发模块连接，且天线阵面、控制系统、电源系统均设置有贯穿至收发模块的金属孔，金属孔与金属地呈距离设置，且天线阵面、控制系统、电源系统均通过金属孔与收发模块连 接。通过本申请提供的相控阵天线，实现可将多个系统集成于同一PCB板上，进而无需独立设计，集成度更高、体积更小且有效降低了成本。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
- 一种相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线包括天线阵面、控制系统、电源系统、馈电系统以及收发模块，所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统、所述馈电系统以及所述收发模块均集成于同一PCB板上并分层排布，所述天线阵面与所述控制系统之间连接有金属地，所述电源系统与所述馈电系统之间也连接有金属地；其中，所述馈电系统与所述收发模块连接，且所述天线阵面、所述控制系统、电源系统均设置有贯穿至所述收发模块的金属孔，所述金属孔与所述金属地呈距离设置，且所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统均通过所述金属孔与所述收发模块连接。
- 如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统、所述馈电系统以及所述收发模块逐层设置。
- 如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线阵面、所述电源系统、所述控制系统、所述馈电系统以及所述收发模块逐层设置，所述天线阵面与所述电源系统之间连接有金属地，所述控制系统与所述馈电系统之间连接金属地。
- 如权利要求2或3所述的相控阵天线，其特征在于，所述电源系统与所述馈电系统之间连接有金属地。
- 如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述相控阵天线还包括校准系统，所述校准系统也集成于所述PCB板，且所述校准系统与所述收发模块连接。
- 如权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，所述校准系统位于所述馈电系统与所述电源系统之间，且所述校准系统与所述电源系统之间连接有金属地，所述校准系统与所述馈电系统之间也连接有金属地，所述校准系统设置有贯穿至所述收发模块的金属孔。
- 如权利要求5所述的相控阵天线，其特征在于，所述校准系统与所述馈电系统位于同一层。
- 如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述金属孔的外侧覆盖有非金属层，以使所述金属孔与所述金属地之间呈距离设置。
- 如权利要求1所述的相控阵天线，其特征在于，所述天线阵面、所述控制系统、所述电源系统以及所述馈电系统均包括一层或多层金属层，所述金属孔的端部与所述金属层连接。
- 一种天线模组，其特征在于，所述天线模组包括如权利要求1至9任意一项所述的相控阵天线。
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