CN111463557A - 一种基于aip架构的一体化集成电扫阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，包括金属盖板和母板，母板的顶部设置有发射有源模组、接收有源模组、接收辐射单元和发射辐射单元，母板的底部设置有本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组；所述母板内设有射频带状线、等功分射频网络和馈通线路。本发明通过将接收辐射单元、发射辐射单元、发射有源模组、接收有源模组同侧排布在母板的上表面，将本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组同侧排布在母板的下表面，充分利用正面天线辐射面的空间，实现了整个电扫阵面的一体化全功能集成密度，同时实现了数字基带处理和阵面射频模拟的数模信号空间隔离。
Description
技术领域
本发明涉及微波天线技术领域，具体涉及一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线。
背景技术
工作于米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。微波主要靠空间波传播，为增大通信距离，天线架设较高。在微波天线中，应用较广的有抛物面天线、喇叭抛物面天线、喇叭天线、透镜天线、开槽天线、介质天线、潜望镜天线等。对工作于微波波段天线的要求：(1)机械强度及运用可靠性要高；(2)天线的尺寸和重量要小；(3)天线与馈线要匹配，而且易于调谐；(4)天线的制造和装配要简便，成本要低。
电子扫描阵列是一类通过电子方法实现天线波束指向在空间转动或扫描的天线，电子扫描阵列天线按实现天线波束扫描的方法分为相位扫描阵列天线(相控阵)和频率扫描阵列天线(频扫阵)。在国内，有时也将频扫阵纳入相控阵的范畴，将两者统称为相控阵天线。相控阵天线又可分为有源相控阵(AESA)和无源相控阵，两者本质区别在于，无源相控阵采用传统雷达的发射机，共用一部发射机、共用一部集中式移相器；而有源相控阵的每个阵元或者子阵后面都级联一个功放和低噪放(LNA)，使得天线阵列的波束赋形和波束扫描更加灵活。采用电子扫描阵列天线的雷达比使用纯机械扫描的传统雷达有更强的参数测量能力、低截获概率能力、多目标处理能力、边扫描边跟踪能力、空域抗干扰能力，以及空对空—空对地多模式同时工作的能力等，得到越来越广泛的应用。电子扫描阵列雷达有相当密集的天线阵列，电扫阵列的设计与实现是电子扫描阵列雷达的基础与核心技术。
现有的有源相控阵天线，如中国专利公开号CN208093751U公开的一种新型一维电扫有源相控阵天线，由若干条天线子阵组成；每条天线子阵至少包括子阵双层腔体、子阵单层腔体、小盖板和大盖板；大盖板设置在子阵双层腔体的底部；子阵单层腔体铆接在子阵双层腔体的顶部的一侧；小盖板设置在子阵单层腔体的顶部；子阵单层腔体上与子阵双层腔体铆接的一面设置有翻边法兰，子阵双层腔体上与子阵单层腔体铆接的一面设置有翻边法兰；翻边法兰上设置有榫头或榫孔；该有源相控阵天线实现了令三层薄壁波导腔体在焊接前能够铆接，提高焊接可靠性的效果，但是无法解决收发模组之间信号干扰。
为此，本发明提供一种结构简单，使用便捷，实现全功能集成密度的基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，通过将接收辐射单元、发射辐射单元、发射有源模组、接收有源模组同侧排布在母板的上表面，将本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组同侧排布在母板的下表面，充分利用正面天线辐射面的空间，实现了整个电扫阵面的一体化全功能集成密度，同时实现了数字基带处理和阵面射频模拟的数模信号空间隔离。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，包括自上而下依次设置的金属盖板和母板，所述母板的上表面为辐射面，母板的顶部分别设置有发射有源模组、接收有源模组、接收辐射单元和发射辐射单元，母板的底部分别设置有本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组，所述金属盖板上设置有分别与发射有源模组、接收有源模组对应的避让空腔，金属盖板上设置有分别与接收辐射单元、发射辐射单元对应的辐射引向器；所述母板内分别嵌设有射频带状线、等功分射频网络和馈通线路，数字信号处理模组通过馈通线路与接收中频采集模组连接，发射有源模组分别通过射频带状线与本振信号源模组连接，接收有源模组通过等功分射频网络与与本振信号源模组连接，所述接收中频采集模组与接收有源模组连接。
进一步地，所述母板包括自上而下依次设置有第一射频功能层、第二射频功能层和低频控制功能层，所述第一射频功能层的上表面为辐射面，发射有源模组、接收有源模组、接收辐射单元和发射辐射单元分别设置在第一射频功能层的顶部，所述本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组分别设置在低频控制功能层的底部。优选地，所述低频控制功能层的下表面为安装面。通过将发射有源模组、接收有源模组、接收辐射单元和发射辐射单元整个阵面射频模拟集中同侧排布在母板的上表面，将本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组等数字基带处理同侧排布在母板的下表面，有效实现阵面射频模拟和数字基带处理的数模信号空间隔离。
进一步地，所述射频带状线集成设置在第一射频功能层，所述等功分射频网络集成设置在第二射频功能层，所述馈通线路集成设置在低频控制功能层。优选地，所述射频带状线集成设置在第一射频功能层的上表面，即射频带状线位于辐射面和第一射频功能层之间，所述等功分射频网络集成设置在第二射频功能层的上表面，所述馈通线路集成设置在低频控制功能层的上表面。
进一步地，所述母板内分别设置有第一垂直互联过孔、第二垂直互联过孔和第三垂直互联过孔，所述第一垂直互联过孔的一端与本振信号源模组连接，另一端依次穿过低频控制功能层、第二射频功能层与等功分射频网络的一端连接，所述等功分射频网络的另一端与第三垂直互联过孔的一端连接，第三垂直互联过孔的另一端穿过第一射频功能层与接收有源模组连接，所述第二垂直互联过孔的一端与与本振信号源模组连接，述第二垂直互联过孔的另一端依次穿过低频控制功能层、第二射频功能层、第一射频功能层，与射频带状线的一端连接，射频带状线的另一端分别与发射有源模组连接。
进一步地，所述发射有源模组、接收有源模组分别通过高低频接口焊盘与母板连接。
进一步地，所述发射有源模组、接收有源模组、本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组分别通过标准封装接口形式表贴与母板上。优选地，所述发射有源模组、接收有源模组、本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组分别通过BGA或QFN标准封装接口形式表贴与母板上。
进一步地，所述金属盖板接地。通过在金属盖板上设置与发射有源模组、接收有源模组对应的避让空腔，并设置分别与接收辐射单元、发射辐射单元对应的辐射引向器，在实现对天线辐射单元的能量引向器的基础上，还有效实现了阵面辐射单元和收发模组之间的射频空间隔离，以及发射有源模组、接收有源模组之间的射频空间隔离，同时还为整个阵列提供高机械强度的结构支撑。
进一步地，所述金属盖板通过螺装与母板连接。
进一步地，所述金属盖板通过螺装与母板上的接地辐射面触接。
进一步地，所述金属盖板为实心金属结构。
本发明的有益效果是：本发明通过将接收辐射单元、发射辐射单元、发射有源模组、接收有源模组同侧排布在母板的上表面，将本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组同侧排布在母板的下表面，充分利用正面天线辐射面的空间，实现了整个电扫阵面的一体化全功能集成密度，同时实现了数字基带处理和阵面射频模拟的数模信号空间隔离；另外，金属盖板的设置，实现了辐射引向、电磁屏蔽、以及对天线的结构支撑。
附图说明
图1为本发明一体化集成电扫阵列天线的结构示意图；
图2为本发明一体化集成电扫阵列天线的俯视图；
图3为本发明一体化集成电扫阵列天线的剖视图；
图4为本发明第一射频功能层(带辐射面)的俯视图；
图5为本发明第一射频功能层(去除辐射面)的俯视图；
图6为本发明第二射频功能层的俯视图；
图7为本发明低频控制功能层的俯视图；
图中，1-母板，2-金属盖板，3-第一射频功能层，4-第二射频功能层，5-低频控制功能层，6-发射有源模组7-接收有源模组，8-接收辐射单元，9-发射辐射单元，10-本振信号源模组，11-接收中频采集模组，12-数字信号处理模组，13-避让空腔，14-辐射引向器，15-射频带状线，16-等功分射频网络，17-馈通线路，18-第一垂直互联过孔，19-第二垂直互联过孔，20-第三垂直互联过孔-。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1～图7所示，一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，包括自上而下依次设置的金属盖板2和母板1，所述母板1的上表面为辐射面，母板1的顶部分别设置有发射有源模组6、接收有源模组7、接收辐射单元8和发射辐射单元9，母板1的底部分别设置有本振信号源模组10、接收中频采集模组11和数字信号处理模组12，所述金属盖板2上设置有分别与发射有源模组6、接收有源模组7对应的避让空腔13，金属盖板2上设置有分别与接收辐射单元8、发射辐射单元9对应的辐射引向器14；所述母板1内分别嵌设有射频带状线15、等功分射频网络16和馈通线路17，数字信号处理模组12通过馈通线路17与接收中频采集模组11连接，发射有源模组6分别通过射频带状线15与本振信号源模组10连接，接收有源模组7通过等功分射频网络16与与本振信号源模组10连接，所述接收中频采集模组11与接收有源模组7连接。
具体地，所述母板1包括自上而下依次设置有第一射频功能层3、第二射频功能层4和低频控制功能层5，所述第一射频功能层3的上表面为辐射面，发射有源模组6、接收有源模组7、接收辐射单元8和发射辐射单元9分别设置在第一射频功能层3的顶部，所述本振信号源模组10、接收中频采集模组11和数字信号处理模组12分别设置在低频控制功能层5的底部。优选地，所述低频控制功能层5的下表面为安装面。通过将发射有源模组6、接收有源模组7、接收辐射单元8和发射辐射单元9整个阵面射频模拟集中同侧排布在母板1的上表面，将本振信号源模组10、接收中频采集模组11和数字信号处理模组12等数字基带处理同侧排布在母板1的下表面，有效实现阵面射频模拟和数字基带处理的数模信号空间隔离。
具体地，所述射频带状线15集成设置在第一射频功能层3，所述等功分射频网络16集成设置在第二射频功能层4，所述馈通线路17集成设置在低频控制功能层5。优选地，所述射频带状线15集成设置在第一射频功能层3的上表面，即射频带状线15位于辐射面和第一射频功能层3之间，所述等功分射频网络16集成设置在第二射频功能层4的上表面，所述馈通线路17集成设置在低频控制功能层5的上表面。
优选地，所述第一射频功能层3、第二射频功能层4和低频控制功能层5采用RF-PCB工艺叠压实现。
具体地，所述母板1内分别设置有第一垂直互联过孔18、第二垂直互联过孔19和第三垂直互联过孔20，所述第一垂直互联过孔18的一端与本振信号源模组10连接，另一端依次穿过低频控制功能层5、第二射频功能层4与等功分射频网络16的一端连接，所述等功分射频网络16的另一端与第三垂直互联过孔20的一端连接，第三垂直互联过孔20的另一端穿过第一射频功能层3与接收有源模组7连接，所述第二垂直互联过孔18的一端与与本振信号源模组10连接，述第二垂直互联过孔19的另一端依次穿过低频控制功能层5、第二射频功能层4、第一射频功能层3，与射频带状线15的一端连接，射频带状线15的另一端分别与发射有源模组6连接。
具体地，所述发射有源模组6、接收有源模组7分别通过高低频接口焊盘与母板1连接。
具体地，所述发射有源模组6、接收有源模组7、本振信号源模组10、接收中频采集模组11和数字信号处理模组12分别通过标准封装接口形式表贴与母板1上。优选地，所述发射有源模组6、接收有源模组7、本振信号源模组10、接收中频采集模组11和数字信号处理模组12分别通过BGA或QFN标准封装接口形式表贴与母板1上。
具体地，所述金属盖板2接地。通过在金属盖板2上设置与发射有源模组6、接收有源模组7对应的避让空腔13，并设置分别与接收辐射单元8、发射辐射单元9对应的辐射引向器14，在实现对天线辐射单元的能量引向器的基础上，还有效实现了阵面辐射单元和收发模组之间的射频空间隔离，以及发射有源模组6、接收有源模组7之间的射频空间隔离，同时还为整个阵列提供高机械强度的结构支撑。
具体地，所述金属盖板2通过螺装与母板1连接。
具体地，所述金属盖板2通过螺装与母板1上的接地辐射面触接。
具体地，所述金属盖板2为实心金属结构。
使用时，通过接收辐射单元8、发射辐射单元9和金属盖板上辐射引向器14的配合，形成天线辐射单元，并通过稀疏阵面的布局，在母板同侧设置发射有源模组6和接收有源模组7，发射有源模组6发出信号，反馈会的信号则通过接收有源模组7进行接收，同时，本振信号源模组10通过第一垂直互联过孔18、等功分射频网络16、第三垂直互联过孔20为接收有源模组7提供变频所需本振，而接收有源模组7接收到的反馈信号则传导至接收中频采集模组11进行收集处理，随后再传输至数字信号处理模组12对反馈信号进行进一步的处理；通过在金属盖板2上设置与发射有源模组6、接收有源模组7对应的避让空腔13，以避让该处的表贴器件，而并设置分别与接收辐射单元8、发射辐射单元9对应的辐射引向器14，在实现对天线辐射单元的能量引向器的基础上，还有效实现了阵面辐射单元和收发模组之间的射频空间隔离，以及发射有源模组6、接收有源模组7之间的射频空间隔离，同时还为整个阵列提供高机械强度的结构支撑。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，包括自上而下依次设置的金属盖板和母板，所述母板的上表面为辐射面，母板的顶部分别设置有发射有源模组、接收有源模组、接收辐射单元和发射辐射单元，母板的底部分别设置有本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组，所述金属盖板上设置有分别与发射有源模组、接收有源模组对应的避让空腔，金属盖板上设置有分别与接收辐射单元、发射辐射单元对应的辐射引向器；所述母板内分别嵌设有射频带状线、等功分射频网络和馈通线路，数字信号处理模组通过馈通线路与接收中频采集模组连接，发射有源模组分别通过射频带状线与本振信号源模组连接，接收有源模组通过等功分射频网络与与本振信号源模组连接，所述接收中频采集模组与接收有源模组连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述母板包括自上而下依次设置有第一射频功能层、第二射频功能层和低频控制功能层，所述第一射频功能层的上表面为辐射面，发射有源模组、接收有源模组、接收辐射单元和发射辐射单元分别设置在第一射频功能层的顶部，所述本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组分别设置在低频控制功能层的底部。
3.根据权利要求2所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述射频带状线集成设置在第一射频功能层，所述等功分射频网络集成设置在第二射频功能层，所述馈通线路集成设置在低频控制功能层。
4.根据权利要求3所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述母板内分别设置有第一垂直互联过孔、第二垂直互联过孔和第三垂直互联过孔，所述第一垂直互联过孔的一端与本振信号源模组连接，另一端依次穿过低频控制功能层、第二射频功能层与等功分射频网络的一端连接，所述等功分射频网络的另一端与第三垂直互联过孔的一端连接，第三垂直互联过孔的另一端穿过第一射频功能层与接收有源模组连接，所述第二垂直互联过孔的一端与与本振信号源模组连接，述第二垂直互联过孔的另一端依次穿过低频控制功能层、第二射频功能层、第一射频功能层，与射频带状线的一端连接，射频带状线的另一端分别与发射有源模组连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述发射有源模组、接收有源模组分别通过高低频接口焊盘与母板连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述发射有源模组、接收有源模组、本振信号源模组、接收中频采集模组和数字信号处理模组通过标准封装接口形式表贴与母板上。
7.根据权利要求1所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述金属盖板接地。
8.根据权利要求1所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述金属盖板通过螺装与母板连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述金属盖板通过螺装与母板上的接地辐射面触接。
10.根据权利要求1所述的一种基于AIP架构的一体化集成电扫阵列天线，其特征在于，所述金属盖板为实心金属结构。
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