一种新型气密瓦片式相控阵天线制造技术

本发明专利技术公开了一种新型气密瓦片式相控阵天线。射频芯片一一设置于介质腔体层的各开槽内，盖板层密封各开槽，介质腔体层在开槽的背面连接阵列天线层，射频芯片与阵列天线层连接。在介质腔体层上、开槽的周围设置有植球层，植球层通过射频链路和低频链路连接各射频芯片。介质腔体层中设计有微流道，微流道将射频芯片产生的热量传导到植球层。本发明专利技术的相控阵天线较现有瓦式或砖式相控阵天线体积更小、重量更轻、厚度更薄，可以直接通过SMT自动化标贴工艺生产装配，生产效率高。本发明专利技术减少了连接器的使用，且能够实现高气密要求。且能够实现高气密要求。且能够实现高气密要求。

【技术实现步骤摘要】
一种新型气密瓦片式相控阵天线


[0001]本专利技术涉及无线通信设备领域，尤其是一种新型气密瓦片式相控阵天线。

技术介绍

[0002]相控阵天线是相控阵雷达/通信系统的关键核心部件,其直接决定了整个相控阵雷达/通信系统的性能，在整个系统的成本、体积、重量和功耗方面占据较大的比重。有源相控阵天线的架构按照电路组装方式大致可以分为砖式和瓦式两种方式。砖式有源相控阵天线设计简单，安装方便，散热能力强，但重量笨重，体积大，在某种程度上限制了有源相控阵天线的发展和应用。而瓦片有源相控阵天线集成度高，通常采用层叠结构，相对于砖式结构可大大缩减尺寸和重量，并且通过提高芯片集成度，优化链路设计，可极大的降低相控阵天线成本，扩展有源相控阵天线应用空间。
[0003]目前现有的瓦片有源相控阵天线架构，相对于砖式结构，集成度有较大程度的提升，但其内部各分系统相对还是比较独立，通过多种连接器或者垂直互联结构进行射频和低频的连接，这种方式在一定程度上，降低了瓦片式结构在成本和体积上的优势。另外，现有的瓦式架构还存在生产装配效率及系统稳定性较低等缺点，批量生产时劣势尤为明显，还需继续优化天线系统架构。
[0004]当需要生产性强、满足高气密要求等功能同时具备时，现有方案往往采用芯片陶瓷封装再标贴的方案或者金属腔体加射频连接器的方案。前者封装尺寸较大，无法用于通道间距较小的情况；后者系统稳定性较低、通道隔离较差且成本体积重量优势不够明显。
[0005]现有设计中，存在优化瓦片式有源相控阵天线部分性能的设计，如CN110797624A公开的《一种大功率瓦片式相控阵天线》，其采用Flip
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chip的方式将芯片倒装焊在印制板上，该方式利于大功率散热，但未解决芯片易污染问题，可生产性不强，且无法解决高气密问题。
[0006]又如CN 106207492A公开的《高密度集成一体化瓦式有源相控阵天线架构》，该架构拥有体积小、重量轻、集成度高以及成本低等优点，但该架构射频损耗较大、射频性能量产一致性较差，同样不能实现较高气密要求。
[0007]又如CN112003003A公开的《相控阵天线结构和电子设备》，其使用了焊球进行射频信号和两层印制板间的互连。该集成方式所用射频芯片为裸芯片或塑封封装，无法满足气密要求，同时塑封器件会占用一定体积，从而无法设置更多的植球用于散热和抗振动，具备一定局限性。
[0008]随着应用场景的演变，传统瓦片式相控阵天线已无法同时满足可生产性、高气密要求，在高集成小型化的前景下，体积、重量、成本均应成为工程化应用的主要限制。

技术实现思路

[0009]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种新型气密瓦片式相控阵天线，以解决现有砖式和瓦片式相控阵天线无法同时满足可生产性、高气密、小体积、轻重
量要求的问题。
[0010]本专利技术采用的技术方案如下：一种新型气密瓦片式相控阵天线，包括介质腔体层，所述介质腔体层包括至少一个内凹的开槽，射频芯片一一设置于各所述开槽中；盖板层密封各所述开槽；所述介质腔体层在远离所述开槽开口的一侧连接阵列天线层，所述射频芯片与所述阵列天线层连接；所述介质腔体层远离所述阵列天线层一侧上设置有金属制成的植球层，所述植球层分别经射频链路和低频链路与各所述射频芯片连接；所述植球层中，至少连接所述射频链路的植球和连接所述低频链路的植球不被所述盖板层覆盖；所述射频链路和低频链路均设置于所述介质腔体层内。
[0011]上述设计的相控阵天线，与传统砖式或现有瓦片式相控阵天线的结构设计相比，具有小型化的特点，且不存在过孔，气密性更好。
[0012]进一步的，连接所述射频链路的植球的直径与连接所述低频链路的植球的直径不同。
[0013]进一步的，连接所述射频链路的植球的直径较连接所述低频链路的植球的直径小。
[0014]进一步的，所述盖板层包括与所述开槽数量相等的盖板，所述盖板一一密封所述开槽。将盖板层拆分成若干小盖板，便于安装和维护。
[0015]进一步的，相邻盖板之间存在间隙。间隙的设计便于布置植球层。
[0016]进一步的，所述开槽的开口在至少两个相对方向上设计有台阶，所述盖板设置于所述台阶上。台阶可以起到一定引导作用，同时，盖板盖设在台阶处，可以更好的对开槽进行密封，以提高天线气密性。
[0017]进一步的，所述开槽底部设置有射频过渡结构，所述射频芯片连接所述射频过渡结构，所述射频过渡结构连接所述阵列天线层。设计射频过渡结构可以降低射频芯片的安装难度。
[0018]进一步的，所述介质腔体层在远离所述阵列天线层一侧表面设置有射频输入过渡结构，所述射频输入过渡结构连接所述射频链路；所述射频输入过渡结构上设置有若干植球；所述射频链路在各相邻开槽之间走线。即射频信号从射频输入过渡结构接入，然后再分到各个射频芯片，可以减少天线的对外接口，降低使用难度。
[0019]进一步的，对于每一个所述开槽，开槽的开口至少二分之一周长设置有植球。即对于每个开槽，其开口处一周的一半以上设计有植球，当然有一部分是作为低频信号传输使用，有一部分是仅作为散热和连接后端使用。
[0020]进一步的，所述介质腔体层中设置有微流道，所述微流道被设置为：传导射频芯片层的热量到所述植球层，所述射频芯片层由各所述射频芯片组成。即微流道在介质腔体层中的设计结构，是将热量从各射频芯片处引导到植球层，可以是介质腔体层外表面向内偏移形成的路径，也可以是其他设计路径。
[0021]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、相较于传统砖式或现有瓦片式相控阵天线的结构设计，本专利技术的天线架构体积更小、重量更轻、厚度更薄。
[0022]2、本专利技术的相控阵天线采用层叠互连的方式，通过植球层与外部结构互连，可直
接通过SMT自动化表贴工艺进行生产装配，可大幅提高生产效率，缩减生产成本。
[0023]3、本专利技术通过一体化设计以及植球层的应用，大大减少了射频连接器、低频连接器的使用，进一步大幅降低材料成本和生产周期，加快了相控阵天线产品的研制进度。
[0024]4、本专利技术采用介质腔体结构作为设计主体，实现腔体内部电路走线，减少了金属板层的使用，降低体积、重量和成本；通过介质腔体和盖板的密封，达到整体高气密要求，从而可实现各种应用场景。
[0025]5、本专利技术的相控阵天线通过设计植球层，在缩减连接器使用的同时，能够与后端结构焊接，起到连接和导热的作用，能够起到良好的抗振效果。
附图说明
[0026]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术相控阵天线的层级结构图。
[0027]图2是本专利技术相控阵天线俯视图。
[0028]图3是图2中A
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A面剖视图。
[0029]图4是图2中B
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B面剖视图。
[0030]图中，1为盖板层，2为植球层，3为射频芯片层，4为介质腔体层，5为阵列天线层，11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型气密瓦片式相控阵天线，包括介质腔体层（4），所述介质腔体层（4）包括至少一个内凹的开槽（43），射频芯片（31）一一设置于各所述开槽（43）中；盖板层（1）密封各所述开槽（43）；所述介质腔体层（4）在远离所述开槽（43）开口的一侧连接阵列天线层（5），所述射频芯片（31）与所述阵列天线层（5）连接；其特征在于，所述介质腔体层（4）远离所述阵列天线层（5）一侧上设置有金属制成的植球层（2），所述植球层（2）分别经射频链路（48）和低频链路（47）与各所述射频芯片（31）连接；所述植球层（2）中，至少连接所述射频链路（48）的植球（21）和连接所述低频链路（47）的植球（21）不被所述盖板层（1）覆盖；所述射频链路（48）和低频链路（47）均设置于所述介质腔体层（4）内。2.如权利要求1所述的新型气密瓦片式相控阵天线，其特征在于，连接所述射频链路（48）的植球（21）的直径与连接所述低频链路（47）的植球（21）的直径不同。3.如权利要求2所述的新型气密瓦片式相控阵天线，其特征在于，连接所述射频链路（48）的植球（21）的直径较连接所述低频链路（47）的植球（21）的直径小。4.如权利要求1所述的新型气密瓦片式相控阵天线，其特征在于，所述盖板层（1）包括与所述开槽（43）数量相等的盖板（11），所述盖板（11）一一密封所述开...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛伟，丁卓富，阴明勇，周沛瀚，符博，
申请(专利权)人：成都雷电微力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：