一种相控阵天线子阵制造技术

本发明专利技术涉及一种相控阵天线子阵，包括对外接口层、波束形成网络层、幅相多功能层、低噪放功放层和天线层，天线层、低噪放功放层设置在第一金属基PCB板上，幅相多功能层、低噪放功放层和天线层设置在第二金属基PCB板上，第一金属基PCB板的底层与第二金属基PCB板的顶层连接在一起，实现对外接口层、波束形成网络层、幅相多功能层、低噪放功放层和天线层整体封装；第一金属基PCB板、第二金属基PCB板均设置有多个接地导热通孔。本发明专利技术能够实现相控阵天线轻、小、薄的同时还具有较优的散热效果，并且有很好的可扩展性，可以进行单元数目扩展还可以进行频段扩展。进行频段扩展。进行频段扩展。

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵天线子阵


[0001]本专利技术属于卫星天线
，涉及一种相控阵天线子阵。

技术介绍

[0002]本项目来源于国家重大专项工程低轨卫星互联网系统(能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络，具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点)。Ka频段多波束有源相控阵天线为卫星宽带通信载荷的重要分系统，实现宽带通信的任务，可实时形成多个点波束，每个点波束均能够以扫描方式覆盖星下点范围所有波位，并能够在不同波位间快速切换，可满足宽带通信覆盖广、接入灵活需求。
[0003]由于工作频段高、天线阵元间距小，当前传统的Ka频段多波束相控阵天线采用砖式架构，在体积、重量和集成度方面不占优势，难以满足低轨卫星互联网系统对天线的新要求(低剖面、小体积、轻量化和高集成)。面临的问题主要是高密度集成带来的大功率散热以及低剖面轻小型化，这两个问题在相控阵天线的实现上一直是个矛盾体，无法做到很好兼顾。传统的实现方案有两种：一是砖式架构，可以在一定程度上解决大功率散热问题，但在低剖面、轻小型化方面需要做出一定的让步；二是瓦式架构，在低剖面轻小型化上做得较好，但高集成下的大功率散热无法很好解决。
[0004]另外，现有瓦式架构相控阵天线多采用封装天线结构，即天线层和网络层集成在一块PCB板上，PCB板顶层为天线层，再在PCB板的底层贴装TR组件，这种形式存在以下几个问题：一是天线到LNA或PA的路径较长，插损较大，会造成天线整体的噪声系数偏大或效率下降；二是随着频率越来越高，布局密度增高，给散热带来了较大挑战；三是相控阵天线子阵采用二次封装，工艺实现相对复杂，批产制造的效率较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种相控阵天线子阵，能够实现相控阵天线轻、小、薄的同时还具有较优的散热效果，专利技术的天线子阵具有低剖面高密度集成的特性，并且有很好的可扩展性。
[0006]本专利技术解决技术的方案是：一种相控阵天线子阵，包括对外接口层、波束形成网络层、幅相多功能层、低噪放功放层和天线层；
[0007]天线层、低噪放功放层设置在第一金属基PCB板上，天线层与低噪放功放层电连接；幅相多功能层、波束形成网络层和对外接口层设置在第二金属基PCB板上，第一金属基PCB板底层与第二金属基PCB板顶层连接在一起，天线层与低噪放功放层电连接，低噪放功放层与幅相多功能层电连接，幅相多功能层与波束形成网络层电连接，波束形成网络层与对外接口层电连接。
[0008]进一步的，所述天线层包括N个金属贴片天线单元，金属贴片天线单元排列在第一金属基PCB板的顶层，N≥1；第一金属基PCB板的底层具有N个台阶腔；
[0009]低噪放功放层包括N个低噪放功放MMIC芯片、N个第一热沉载体，在每个台阶腔内，
低噪放功放MMIC芯片焊接在第一热沉载体上，第一热沉载体粘贴在第一金属基PCB板的第一金属基上；
[0010]低噪放功放MMIC芯片与天线层中的金属贴片天线单元一一对应，两者通过第一射频馈电线电连接；低噪放功放MMIC芯片通过第二射频馈电线与幅相多功能层电连接。
[0011]进一步的，所述低噪放功放MMIC芯片所在的台阶腔设有第一金属盖板，用于低噪放功放MMIC芯片的封装保护和电磁屏蔽。
[0012]进一步的，第二金属基PCB板的顶层具有M个台阶腔，M≥1；
[0013]幅相多功能层包括M个幅相多功能MMIC芯片、M个第二热沉载体，在每个台阶腔内，幅相多功能MMIC芯片焊接在第二热沉载体上，第二热沉载体粘贴在第二金属基PCB板的第二金属基上；
[0014]幅相多功能MMIC芯片通过第三射频馈电线与低噪放功放层电连接，第三射频馈电线与第二射频馈电线对应连通，形成电信号的通路；
[0015]幅相多功能MMIC芯片通过第四射频馈电线与波束形成网络层电连接。
[0016]进一步的，一个幅相多功能MMIC芯片能够连接的低噪放功放MMIC芯片数量为1～8个，M≤N≤8M。
[0017]进一步的，所述幅相多功能MMIC芯片所在的台阶腔设有第二金属盖板，用于幅相多功能MMIC芯片的封装保护和电磁屏蔽。
[0018]进一步的，所述波束形成网络层设置在第二金属基PCB板中间信号层，包括多个功分器，所述功分器通过带状线和埋置电阻形式实现；功分器之间走线有交叉时，通过将走线设置在第二金属基PCB板内部的不同叠层实现。
[0019]进一步的，所述对外接口层设置在第二金属基PCB板的底层，
[0020]对外接口层包括射频连接器、低频连接器；波束形成网络层通过第五射频馈电线与射频连接器电连接，波束形成网络层通过低频供电控制线与低频连接器电连接。
[0021]进一步的，第一金属基PCB板的底层、第二金属基PCB板的顶层之间焊接BGA球，用于实现电连接和接地；
[0022]第一金属基PCB板的底层、第二金属基PCB板的顶层之间还焊接散热金属块，用于所述相控阵天线子阵的散热。
[0023]进一步的，第一金属基PCB板设置有多个第一接地导热通孔、第二金属基PCB板设置有多个第二接地导热通孔；第一接地导热通孔、第二接地导热通孔的设置位置要求避开全部射频馈电线和低频供电控制线。
[0024]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0025](1)本专利技术采用POP(Package on Package)系统级堆叠先进封装，天线、射频有源通道和网络一体化超高密度集成，各组成部分之间互连省掉了传统连接器，基于金属基多层PCB技术，保证天线层到低噪放/功放层的路径极短，损耗极小，对相控阵天线的噪声系数和效率等电性能指标有较大提升。
[0026](2)本专利技术将MMIC芯片直接封装在PCB板内部，省去了二次封装，简化了天线集成的复杂度，可实现有源天线板级一次封装，进而极大减轻了天线重量，降低了天线高度，同时也简化了天线生产的后道工序，免调试、减少了测试流程和环节、成品率高，大幅降低了成本且极大地提高了批产制造效率。
[0027](3)本专利技术通过PCB多层板内部的金属基和金属化过孔、两块金属基PCB板中间互连的BGA焊球和金属块，很好地解决了高密度集成带来的大功率散热难题。
[0028](4)本专利技术具有很好的可扩展性，不但可以进行单元数目扩展，还可以进行频段扩展，具有很好的普适性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例相控阵天线子阵的原理示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例相控阵天线子阵结构视图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。
[0032]图1为本专利技术的相控阵天线子阵的原理示意图，所述天线子阵可用作接收子阵或者发射子阵。包括对外接口层、波束形成网络层14、幅相多功能层、低噪放功放层和天线层。
[0033]对于发射子阵，信号流向依次为对外接口层、波束形成网络层14、幅相多功能层、功放层、天线层；对于接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相控阵天线子阵，其特征在于，包括对外接口层、波束形成网络层(14)、幅相多功能层、低噪放功放层和天线层；天线层、低噪放功放层设置在第一金属基PCB板(2)上，天线层与低噪放功放层电连接；幅相多功能层、波束形成网络层(14)和对外接口层设置在第二金属基PCB板(10)上，第一金属基PCB板(2)底层与第二金属基PCB板(10)顶层连接在一起，天线层与低噪放功放层电连接，低噪放功放层与幅相多功能层电连接，幅相多功能层与波束形成网络层(14)电连接，波束形成网络层(14)与对外接口层电连接。2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线子阵，其特征在于，所述天线层包括N个金属贴片天线单元(1)，金属贴片天线单元(1)排列在第一金属基PCB板(2)的顶层，N≥1；第一金属基PCB板(2)的底层具有N个台阶腔；低噪放功放层包括N个低噪放功放MMIC芯片(3)、N个第一热沉载体(4)，在每个台阶腔内，低噪放功放MMIC芯片(3)焊接在第一热沉载体(4)上，第一热沉载体(4)粘贴在第一金属基PCB板(2)的第一金属基(7)上；低噪放功放MMIC芯片(3)与天线层中的金属贴片天线单元(1)一一对应，两者通过第一射频馈电线(19)电连接；低噪放功放MMIC芯片(3)通过第二射频馈电线(20)与幅相多功能层电连接。3.根据权利要求2所述的一种相控阵天线子阵，其特征在于，所述低噪放功放MMIC芯片(3)所在的台阶腔设有第一金属盖板(5)，用于低噪放功放MMIC芯片(3)的封装保护和电磁屏蔽。4.根据权利要求2所述的一种相控阵天线子阵，其特征在于，第二金属基PCB板(10)的顶层具有M个台阶腔，M≥1；幅相多功能层包括M个幅相多功能MMIC芯片(11)、M个第二热沉载体(12)，在每个台阶腔内，幅相多功能MMIC芯片(11)焊接在第二热沉载体(12)上，第二热沉载体(12)粘贴在第二金属基PCB板(10)的第二金属基(15)上；幅相多功能MMIC芯片(11)通过第三射频馈电线(21)与低...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓阳，秦绪嵘，杨军，周颖，张波，李拴涛，姚欣，李斌，龙毛，段西航，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：