由于传统相控阵并不具备灵活机动小型化、通用化、低剖面、自散热等特点，为克服现有技术中的不足，本发明专利技术提出了一种低成本的高密度基站式自散热平面相控阵，该平面相控阵包括有源天线、散热冷板、阵面合成网络、数字收发模块以及电源模块等五部分。该相控阵具备收发共口径能力，是一种小型化、通用化、低剖面、自散热的平面相控阵天线，体积重量轻便，对外接口简单，多平台适配性强，可实现相控阵天线不同阵面规模下两维积木化可扩展，具有很强的工程应用价值。值。值。
【技术实现步骤摘要】
一种高密度基站式自散热平面相控阵
[0001]本专利技术属于天线
，尤其涉及一种高密度基站式自散热平面相控阵。
技术介绍
[0002]随着现代信息化的发展，相控阵天线在通信、探测、侦察等领域发挥着越来越重要的作用。而随着卫星移动通信系统、移动式反无人机探测系统的灵活机动、多平台通用等要求愈发迫切，亟需实现小型化、通用化、低剖面、自散热的轻型平面相控阵天线设计。作为雷达/通信系统的核心部件，相控阵天线是通过控制阵列辐射单元的馈电幅度以及相位来改变方向图形状，控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的，也可以通过不同的赋形权值优化控制副瓣电平、波束零点等参数。相控阵天线通过电控的方式改变波束指向对目标区域进行扫描覆盖，与传统机械伺服带动进行扫描的雷达相比，具有快速切换的波束指向、高速的数据率、灵活的波束赋形能力等优势。其中，相控阵天线可分为无源相控阵天线和有源相控阵天线，相比于无源相控阵，有源相控阵采用分布式辐射单元架构，每个天线单元都有对应的收发组件独立收发电磁波，具有更优异的技术性能和更好的可靠性。
[0003]传统相控阵系统中，天线单元与TR组件分立设计并采用绕线层实现射频互联，绕线层中连接器及电缆数量与阵列规模成正比，系统成本和复杂度随着阵列规模的增大而急剧提升。因此，传统相控阵并不具备灵活机动小型化、通用化、低剖面、自散热等特点，其主要缺陷在于：
[0004]1、相控阵天线一般由分立模块堆叠而成，不同模块间通过射频线缆、绕线层等进行互联，虽然模块界限清晰，但是相控阵重量笨重，体积大，无法满足可移动相控阵天线平台的轻薄化要求。
[0005]2、散热方式复杂，多采用水冷、微流道等方式进行散热，为相控阵配套专用的冷却机组，无法适应小型化、通用化的需求。
[0006]3、相控阵天线昂贵的成本使得其在卫通天线、移动式反无人机探测等领域的应用方向受限；
技术实现思路
[0007]为克服现有技术中的不足，本专利技术提出了一种低成本的高密度基站式自散热平面相控阵，该平面相控阵包括有源天线、散热冷板、阵面合成网络、数字收发模块以及电源模块等五部分。该相控阵具备收发共口径能力，是一种小型化、通用化、低剖面、自散热的平面相控阵天线，体积重量轻便，对外接口简单，多平台适配性强，可实现相控阵天线不同阵面规模下两维积木化可扩展，具有很强的工程应用价值。
[0008]本专利技术的高密度基站式自散热平面相控阵，包括有源天线(1)、散热冷板(2)、阵面合成网络(3)、数字收发模块(4)以及电源模块(5)；
[0009]所述有源天线(1)包括天线单元(11)、PCB印制板(15)、TR组件(12)以及二次电源
模块(13)；用于实现射频信号的放大、移相、衰减、波束合成以及收发空间辐射信号；
[0010]所述散热冷板(2)包括散热风道(21)、散热翅片(22)和风机组合(23)，散热风道(22)位于散热冷板(2)中间两侧，散热翅片(21)采用分布式布局，沿着送风方向贯穿散热风道(22)，风机组合(23)安装在散热风道(22)出风口；
[0011]所述阵面合成网络(3)包括波控分配网络、电源分配网络以及正交功分模块，实现了波控信号分配、电源信号分配、发射信号功率分配、收发信号隔离与合路以及监测信号合成；
[0012]所述数字收发模块(4)由变频模块(41)、频率源(42)、数字处理模块(43)以及前级驱放(44)组成，实现相控阵信号产生、信号放大、信号变频以及信号采集；
[0013]所述电源模块(5)包括个电源转换模块、输入输出电容组，将阵面电源输入转换为相控阵内部所有有源模块需求电压值。
[0014]相控阵结构骨架和散热冷板(2)一体化设计，结构骨架采用三层隔间，中间结构为散热冷板(2)，在散热冷板(2)正面装配有源天线(1)，散热冷板(2)背面装配阵面合成网络(3)、数字收发模块(4)和电源模块(5)。
[0015]进一步地，有源天线(1)采用一体化天线设计，通过PCB印制板(15)实现所有模块的承载以及走线互联；PCB印制板(15)为三层层叠结构，包括高频馈电网络层(17)、低频馈电网络层(18)以及工字缝耦合层(16)；PCB印制板(15)一侧为天线单元(11)，另一侧为表贴的四通道TR组件(12)、二次电源模块(13)和连接器(14)；PCB印制板(15)中最上层靠近天线单元(11)的为工字缝耦合层(16)，通过耦合激励的方式对辐射单元直接馈电，中间层为高频馈电网络层(17)，包括阵面波束合成分配网络以及单元级监测合成网络；印制板最下层靠近表贴器件的为低频馈电网络层(18)，实现电源及波控信号分配、走线与互联。
[0016]进一步地，所述有源天线(1)包括两维排列的8行12列个天线单元(11)，具有两个射频接口，一个是收发信号总口，另一个是监测总口，还包括控制电源接口，均采用多芯表贴连接器，传输电源信号以及阵面控制信号。
[0017]进一步地，所述天线单元(11)采用金属槽线天线形式，极化方式为线极化，包括金属槽线(19)、带状线传输线(20)，金属槽线(19)用于辐射或接收射频信号，带状线传输线(20)通过工字缝耦合层(16)将传输的信号转变为空间中的辐射信号。
[0018]进一步地，所述数字收发模块(4)采用超外差架构实现数字合成，在数字域形成赋形波束，所述变频模块(41)接收阵面合成网络(3)送来的信号，进行变频、放大以及滤波，送至数字处理模块(43)处理；所述数字处理模块(43)产生宽带中频信号，送至变频模块(41)，经过放大、混频以及滤波后，产生宽带激励信号，通过前级驱放(44)输出；所述数字处理模块(43)具有四路采样通道，同时接收四路下行信号数据，并在数字处理模块(43)中完成数据采样、去斜、打包传输；所述频率源(42)通过晶振产时钟生基准信号，送至数字处理模块(43)，通过锁相产生本振振信号，送至变频模块(41)。
[0019]进一步地，所述前级驱放(44)由壳体、盖板、连接器以及内部的两级放大器组成，实现发射链路功率放大，满足TR组件的推动功率需求。
[0020]进一步地，相控阵由8个有源天线(1)构成，共有6路接收通道，分别为四个象限的接收通道以及2路监测通道，每个象限中两个有源天线(1)的接收信号先在阵面合成网络(3)中进行合成后进入数字收发模块(4)对应的接收通道中。
[0021]本专利技术的有益效果在于
[0022]1、能够满足系统应用场景多变，部署方式多样的需求，可以兼容便携式、机动式、固定式等多种工作形态。
[0023]2、解决当前有源相控阵结构尺寸大，散热困难，对外接口标注不一的缺点，实现相控阵轻薄化、平面化、自散热，有效提高了平台适配性。
[0024]3、具有高集成一体化、低损耗、剖面低、辅助散热的优点，适用于探测/通信系统。
[0025]4、有效提高有源天线、数字收发模块等的散热能力，同时具有较好的环境适应性。
[0026]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高密度基站式自散热平面相控阵，其特征在于：包括有源天线(1)、散热冷板(2)、阵面合成网络(3)、数字收发模块(4)以及电源模块(5)；所述有源天线(1)包括天线单元(11)、PCB印制板(15)、TR组件(12)以及二次电源模块(13)；用于实现射频信号的放大、移相、衰减、波束合成以及收发空间辐射信号；所述散热冷板(2)包括散热风道(21)、散热翅片(22)和风机组合(23)，散热风道(22)位于散热冷板(2)中间两侧，散热翅片(21)采用分布式布局，沿着送风方向贯穿散热风道(22)，风机组合(23)安装在散热风道(22)出风口；所述阵面合成网络(3)包括波控分配网络、电源分配网络以及正交功分模块，实现了波控信号分配、电源信号分配、发射信号功率分配、收发信号隔离与合路以及监测信号合成；所述数字收发模块(4)由变频模块(41)、频率源(42)、数字处理模块(43)以及前级驱放(44)组成，实现相控阵信号产生、信号放大、信号变频以及信号采集；所述电源模块(5)包括个电源转换模块、输入输出电容组，将阵面电源输入转换为相控阵内部所有有源模块需求电压值。相控阵结构骨架和散热冷板(2)一体化设计，结构骨架采用三层隔间，中间结构为散热冷板(2)，在散热冷板(2)正面装配有源天线(1)，散热冷板(2)背面装配阵面合成网络(3)、数字收发模块(4)和电源模块(5)。2.根据权利要求1所述的一种高密度基站式自散热平面相控阵，其特征在于：有源天线(1)采用一体化天线设计，通过PCB印制板(15)实现所有模块的承载以及走线互联；PCB印制板(15)为三层层叠结构，包括高频馈电网络层(17)、低频馈电网络层(18)以及工字缝耦合层(16)；PCB印制板(15)一侧为天线单元(11)，另一侧为表贴的四通道TR组件(12)、二次电源模块(13)和连接器(14)；PCB印制板(15)中最上层靠近天线单元(11)的为工字缝耦合层(16)，通过耦合激励的方式对辐射单元直接馈电，中间层为高频馈电网络层(17)，包括阵面波束合成分配网络以及单元级监测合成网...
【专利技术属性】
技术研发人员：张若峤，周浩，吴鸿超，王乃志，刘垄，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。