双频共口径瓦式有源相控阵构架制造技术

本发明专利技术公开了双频共口径瓦式有源相控阵构架，涉及有源相控阵天线技术领域，包括从上到下依次设置的S/Ku双频共口径天线阵面、Ku频段射频前端模块、S频段射频前端模块以及电源模块，S/Ku双频共口径天线阵面包括镶嵌为一体的S频段天线阵面和Ku频段天线阵面，S频段天线阵面和Ku频段天线阵面均为瓦片式结构，Ku频段天线阵面与Ku频段射频前端模块之间采用垂直互联形式的射频连接，S频段天线阵面与S频段射频前端模块采用垂直互联形式的射频连接，电源模块分别与Ku频段射频前端模块和S频段射频前端模块电连接。与砖式结构相比，本发明专利技术够明显提升集成度，径向面积得到有效的应用，轴向尺寸可以得到有效的压缩，质量更轻。质量更轻。质量更轻。

【技术实现步骤摘要】
双频共口径瓦式有源相控阵构架


[0001]本专利技术涉及有源相控阵天线
，更具体的是涉及双频共口径瓦式有源相控阵构架


技术介绍

[0002]有源相控阵总体集成架构分为砖式和瓦式两类，砖式集成的相控阵天线TR组件及调制电路均为轴向分布，放置于与天线辐射阵面垂直的二维平面内，天线、电路的设计和生产制造工艺相对简单，但是，其轴向尺寸大，集成度低，无法适用于诸如榴弹炮、空空弹、空地弹等小口径且要求具备全主动导引头功能的弹载平台。而瓦式相控阵天线的TR组件及调制电路采用径向分布，放置于与天线辐射阵面平行的二维平面内，故而天线整机的轴向尺寸小、空间利用率更高，同时可以采用印制板台阶槽加工工艺，从而使得TR组件中的主要热源功放芯片与冷板结构更加紧凑结合，热传导路径远小于砖式构架。
[0003]对于双波段共口径相控阵而言，由于传统的砖式结构是利用轴向空间的一维自由度来实现两种不同频率收发有源电路布局，而径向截面内的空间已经不具备可扩展性；瓦式结构是利用径向截面内的二维自由度来实现电路的平面布局，集成度更高，可根据外围包络尺寸实现电路可扩展性；故设计一种瓦式结构的双波段共口径相控阵很有现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决现有砖式结构的双波段共口径相控阵，利用轴向空间的一维自由度来实现两种不同频率收发有源电路布局，而径向截面内的空间已经不具备可扩展性的技术问题，本专利技术提供双频共口径瓦式有源相控阵构架。
[0005]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供双频共口径瓦式有源相控阵构架，包括从上到下依次设置的S/Ku双频共口径天线阵面、Ku频段射频前端模块、S频段射频前端模块以及电源模块，S/Ku双频共口径天线阵面包括镶嵌为一体的S频段天线阵面和Ku频段天线阵面，S频段天线阵面和Ku频段天线阵面均为瓦片式结构，Ku频段天线阵面与Ku频段射频前端模块之间采用垂直互联形式的射频连接，S频段天线阵面与S频段射频前端模块采用垂直互联形式的射频连接，电源模块分别与Ku频段射频前端模块和S频段射频前端模块电连接。
[0007]在一个实施方式中，S频段天线阵面的天线单元和Ku频段天线阵面的天线单元均按矩形阵列排布。
[0008]在一个实施方式中，Ku频段天线阵面的天线单元按(3N+3)*(3N+3)的矩形阵列布局；
[0009]S频段天线阵面的天线单元为镶嵌于Ku频段天线阵面的天线单元之间的N*N矩形阵列。
[0010]在一个实施方式中，S频段天线阵面的天线单元为陶瓷贴片形式的八木天线；Ku频段天线阵面的天线单元为缝隙耦合馈电的微带贴片形式的天线。
[0011]在一个实施方式中，Ku频段射频前端模块包括至上而下依次设置的Ku频段TR组件、Ku频段冷板、Ku频段波束形成网络、Ku频段调制电路以及Ku频段波控器；
[0012]Ku频段天线阵面与Ku频段TR组件之间的射频连接采用高集成度的毛纽扣射频集成模块互联；Ku频段TR组件与Ku频段调制电路之间采用低频连接，适用于大功率传输的垂直互联工艺；Ku频段调制电路与Ku频段波控器之间的控制连接采用高速数字串口垂直互联；电源模块与Ku频段调制电路之间采用分布式柔性互联的微矩形连接器互联。
[0013]具体来说，S/Ku频段共口径无源阵面构成了Ku频段TR组件的上腔，其中Ku频段TR组件的上腔模块即为Ku频段天线阵面。终端控制信号通过串联或级联形式配置的Ku频段波控器实现对Ku频段TR射频前端模块的数字信号分发。
[0014]Ku频段TR组件作为主要热源，在工作中会产生大量的热量，但是由于Ku频段TR组件置于紧贴Ku频段冷板的位置，故而，可以通过大面积的面接触将热量导入到热沉结构，最后，Ku频段冷板与电源模块的外围腔体结构可以通过液冷方式实现散热。
[0015]在一个实施方式中，Ku频段TR组件的腔体内集成了PCB载板，Ku频段TR组件包括多个相互独立且隔离的TR子阵，多个TR子阵按(N+1)*(N+1)矩形阵列布置。
[0016]在一个实施方式中，各TR子阵均包含9个通道，各所TR子阵均包括等功分网络、移相衰减多功能数字芯片以及收发多功能模拟芯片。
[0017]在一个实施方式中，S频段射频前端模块包括至上而下设置的S频段波束形成网络、S频段TR组件、S频段冷板、S频段调制电路以及S频段波控器。
[0018]具体来说，S频段TR组件作为主要热源，在工作中会产生大量的热量，但是由于S频段TR组件置于紧贴S频段冷板的位置，可以通过大面积接触将热量导入到热沉结构，最后，S频段冷板与电源模块的外围腔体结构可以通过液冷方式实现散热。
[0019]在一个实施方式中，S频段TR组件包括多个通道，每个通道为一个独立子阵，每个通道均包含了具备高隔离度的收发链路，在每个通道的公共传输路径上也集成了移相衰减数字芯片。
[0020]在一个实施方式中，S频段天线阵面、S频段波束形成网络与S频段TR组件之间的射频互联均采用SSMP同轴连接器，实现单通道50W以上大功率射频互联；S频段波控器集成了S频段调制电路；S频段波控器与S频段TR组件之间采用微矩形低频连接器侧馈，实现控制及供电；S频段波控与电源模块之间采用矩形低频连接器垂直互联，实现供电。
[0021]具体来说，终端控制信号通过串联或级联形式配置的S频段波控器实现对S频段TR射频前端模块的数字信号分发。
[0022]本专利技术的有益效果如下：
[0023]1、本专利技术相对于常规的双频共口径砖式共口径天线架构能够明显提升集成度，径向面积得到有效的应用，故而轴向尺寸可以得到有效的压缩，质量更轻，可以满足诸如弹载、星载等对相控阵天线轻量化的设计要求；同时该设计相较于砖式架构，瓦式架构相控阵天线单位面积内的功率密度更高，且具备子阵可扩展性，也同样适用于具备大口径且对发射功率有更高要求的机载及舰载平台使用。
[0024]2、本专利技术Ku频段TR组件和S频段TR组件作为主要热源，在工作中会产生大量的热量，但是由于本专利技术中将上述两个模块均置于紧贴冷板的位置，故而，可以通过大面积接触将热量导入到热沉结构，最后，Ku频段冷板、S频段冷板与电源模块的外围腔体结构可以通
过液冷串联式级联方式实现相控阵天线整体的散热。
[0025]3、本专利技术S频段天线阵面的天线单元为陶瓷贴片形式的八木天线，具有频带宽，定向性好，且体积小质量轻的优势；而Ku频段天线阵面的天线单元为缝隙耦合馈电的微带贴片形式的天线，具备交叉极化性能优，转接灵活，且具备易与腔体集成的优势。
附图说明
[0026]图1是本专利技术双频共口径瓦式有源相控阵构架的结构图
[0027]图2是本专利技术双频共口径瓦式有源相控阵构架的爆炸图；
[0028]图3是Ku频段射频前端的爆炸图；
[0029]图4是S频段射频前端的爆炸图；
[0030]附图标记：1
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S频段天线阵面，2...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双频共口径瓦式有源相控阵构架，其特征在于，包括从上到下依次设置的S/Ku双频共口径天线阵面、Ku频段射频前端模块(3)、S频段射频前端模块(4)以及电源模块(5)，所述S/Ku双频共口径天线阵面包括镶嵌为一体的S频段天线阵面(1)和Ku频段天线阵面(2)，所述S频段天线阵面(1)和所述Ku频段天线阵面(2)均为瓦片式结构，所述Ku频段天线阵面(2)与所述Ku频段射频前端模块(3)之间采用垂直互联形式的射频连接，所述S频段天线阵面(1)与所述S频段射频前端模块(4)采用垂直互联形式的射频连接，所述电源模块(5)分别与所述Ku频段射频前端模块(3)和所述S频段射频前端模块(4)电连接。2.根据权利要求1所述的双频共口径瓦式有源相控阵构架，其特征在于，所述S频段天线阵面(1)的天线单元和所述Ku频段天线阵面(2)的天线单元均按矩形阵列排布。3.根据权利要求2所述的双频共口径瓦式有源相控阵构架，其特征在于，所述Ku频段天线阵面(2)的天线单元按(3N+3)*(3N+3)的矩形阵列布局；所述S频段天线阵面(1)的天线单元为镶嵌于所述Ku频段天线阵面(2)的天线单元之间的N*N矩形阵列。4.根据权利要求1所述的双频共口径瓦式有源相控阵构架，其特征在于，所述S频段天线阵面(1)的天线单元为陶瓷贴片形式的八木天线；所述Ku频段天线阵面(2)的天线单元为缝隙耦合馈电的微带贴片形式的天线。5.根据权利要求1所述的双频共口径瓦式有源相控阵构架，其特征在于，所述Ku频段射频前端模块(3)包括至上而下依次设置的Ku频段TR组件(6)、Ku频段冷板(7)、Ku频段波束形成网络(8)、Ku频段调制电路以及Ku频段波控器(9)；所述Ku频段天线阵面(2)与所述Ku频段TR组件(6)之间的射频连接采用高集成度的毛纽扣射频集成模块互联；所述Ku频段...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，苟能亮，朱宇，刘熠志，罗鑫，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：