CN112202463A - 多通道微波组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道微波组件，包括，功分器，用于处理发射信号或合成接收信号；双向放大器，设置在功分器和外部馈网之间，用于将发射信号或功分器合成的接收信号进行放大；外部馈网，用于通过双向放大器向功分器传输放大后的发射信号或接收功分器合成后的接收信号；多条射频信号收发通道，每条射频信号收发通道的一端连接功分器的输出端口，每条射频信号收发通道的另一端连接天线辐射单元，通过在功分器与外部馈网之间增设一个双向放大器，能明显的提高发射信号的强度，其对信号放大的高收益，能减轻对组件前级模块对输出信号幅度的要求，也即可以降低前级模块的设计复杂程度，有利于装置整体的集成度，实现高性能、高集成与轻量化。

Description

多通道微波组件

技术领域

本公开涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种多通道微波组件。

背景技术

全球对各种形式的无线通信和遥感需求增长迅速。其应用领域涉及雷达、声纳、移动无线通信、软件无线电、移动互联网、无线局域网、各种形式的遥感、移动自组织网以及卫星通信等。有源相控阵天线作为各类***的关键部件，直接决定了整个***工作性能的好坏。有源相控阵天线为了实现波束扫描，在天线阵面中使用了大量的接收/发射组件(微波ansmitter and Receiver，简称T/R)。要有效的提高天线的工作性能，降低天线的重量与功耗，必须提高T/R组件集成度，实现高性能、高集成与轻量化的组件设计。

提高T/R组件的效率，对T/R组件轻量化以及延长T/R组件的连续工作时间，是目前亟待解决的问题。

发明内容

在T/R组件对轻量化和可连续工作时长提出越来越高的要求的情况下，现有技术中的技术方案对其的改进，带来轻量化一阶延长工作时长的提升越来越小，已不能满足需要，目前，亟需一种新的改进方式，提高T/R组件集成度，实现高性能、高集成与轻量化。

为了实现上述目的，本公开提供了一种多通道微波组件，包括功分器、双向放大器、所述外部馈网和多条射频信号收发通道。

根据本公开的一些实施例，所述功分器用于处理发射信号或合成接收信号。

根据本公开的一些实施例，所述双向放大器设置在所述功分器和外部馈网之间，用于将所述发射信号或所述功分器合成的接收信号进行放大；

根据本公开的一些实施例，所述外部馈网用于通过所述双向放大器向所述功分器传输放大后的发射信号或接收所述功分器合成后的接收信号。

根据本公开的一些实施例，每条所述射频信号收发通道的一端连接所述功分器的输出端口，每条所述射频信号收发通道的另一端连接天线辐射单元。

根据本公开的一些实施例，每条所述射频信号收发通道用于对所述功分器处理后的发射信号进行二次放大，或将从所述天线辐射单元接收到的接收信号放大并发送至所述功分器。

根据本公开的一些实施例，所述天线辐射单元，用于发射二次放大后的发射信号或将接收到的接收信号发送至所述射频信号收发通道。

根据本公开的一些实施例，所述射频信号收发通道包括幅相多功能芯片、功率放大器、环形器、限幅器和低噪声放大器。

根据本公开的一些实施例，所述幅相多功能芯片与所述输出端口连接，用于控制所述射频信号收发通道收/发的切换，以及对接收到的发射信号或接收到的接收信号进行幅相调制和放大。

根据本公开的一些实施例，所述功率放大器与所述幅相多功能芯片连接，用于接收所述幅相多功能芯片调制和放大后的射频信号并对其进行饱和放大。

根据本公开的一些实施例，所述环形器与所述功率放大器连接，用于接收所述功率放大器饱和放大后的射频信号并发送至所述天线辐射单元进行发射。

根据本公开的一些实施例，所述限幅器与所述天线辐射单元连接，用于接收所述天线辐射单元传输来的接收信号并对其幅度进行处理。

根据本公开的一些实施例，所述低噪声放大器的两端分别与所述限幅器和所述幅相多功能芯片连接，用于对所述限幅器传输来的接收信号进行低噪声放大，并发送至所述幅相多功能芯片进行幅相调制和进一步放大。

根据本公开的一些实施例，所述射频信号收发通道还包括隔离器，所述隔离器通过使用锡铅银焊料将所述射频信号收发通道内收/发功能区域分隔开，以降低收/发过程中信号的相互影响。

根据本公开的一些实施例，所述射频信号收发通道还包括电源管理芯片，所述电源管理芯片与所述幅相多功能芯片、所述功率放大器、所述环形器、所述限幅器和所述低噪声放大器连接，以用于对所述射频信号收发通道的电源调制与串并信号转换。

根据本公开的一些实施例，还包括逻辑控制芯片，所述逻辑控制芯片与多条所述射频信号收发通道连接，用于通过对波控信号进行控制以完成逻辑转换和传输。

根据本公开的一些实施例，还包括多层电路基板，用于搭载所述功分器，以及与所述功分器连接的所述双向放大器和多条所述射频信号收发通道。

根据本公开的一些实施例，所述多通道微波组件的元器件分别设置在所述多层电路基板的不同层上，用以降低各个元器件之间信号的相互串扰。

根据本公开的一些实施例，所述多通道微波组件的元器件以集成的方式设置在所述多层电路基板的各个层上。

根据本公开的一些实施例，所述多层电路基板和所述功分器的数量为两个，两个所述功分器均为1：4功分器。

根据本公开的一些实施例，还包括壳体和盖板，还包括散热齿片，所述壳体采用硅铝材料，所述散热齿片采用铝合金材料，所述壳体和所述散热齿片通过纳米银浆粘接，所述多通道微波组件的发热元器件通过纳米银浆与所述壳体粘接。

从上述技术方案可以看出，本公开提供的多通道微波组件具有如下好处，通过在功分器与外部馈网之间增设一个双向放大器，在发射信号工作模式下，能明显的提高发射信号的强度，其对信号放大的高收益，能减轻对组件前级模块对输出信号幅度的要求，也即可以降低前级模块的设计复杂程度，有利于装置整体的集成度，实现高性能、高集成与轻量化。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例的多通道微波组件的原理框图；

图2示意性示出了本公开实施例的多通道微波组件的工作流程示意图；

图3示意性示出了本公开实施例的多通道微波组件的结构外形示意图；

其中，10表示功分器；20表示双向放大器；30表示外部馈网；40表示射频信号收发通道，401表示幅相多功能芯片，402表示功率放大器，403表示环形器，404表示限幅器，405表示低噪声放大器，406表示电源管理芯片；50表示天线辐射单元；60表示逻辑控制芯片；70表示散热齿片；80表示纳米银浆，90表示壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本公开提供了一种多通道微波组件，图1示意性示出了本公开实施例的多通道微波组件的原理框图，图2示意性示出了本公开实施例的多通道微波组件的工作流程示意图，图3示意性示出了本公开实施例的多通道微波组件的结构外形示意图。

如图2所示，多通道微波组件，包括功分器10、双向放大器20、所述外部馈网30和多条射频信号收发通道40。根据本公开的实施例，该多通道微波组件也可以称之为多通道TR组件。

根据本公开的一些实施例，功分器10用于处理发射信号或合成接收信号。

根据本公开的一些实施例，可选的，功分器10的型号是1：2、1：4或其他型号均可，在此，不对其做具体限定，另外，功分器的数量可以使一个、两个或者是多个，在此，也不对其做具体限定。

根据本公开的一些实施例，双向放大器20设置在功分器10和外部馈网30之间，用于将发射信号或功分器10合成的接收信号进行放大。

根据本公开的一些实施例，双向放大器20集成了收发切换开关和多个放大器，双向放大器20的使用使组件对接收和发射信号具有高增益放大的特点。

根据本公开的一些实施例，外部馈网30用于通过双向放大器20向功分器10传输放大后的发射信号或接收功分器10合成后的接收信号。

根据本公开的一些实施例，每条射频信号收发通道40的一端连接功分器10的输出端口，每条射频信号收发通道40的另一端连接天线辐射单元50。

根据本公开的一些实施例，每条射频信号收发通道40都是独立存在的，可以单独一条射频信号收发通道40独立工作，也可以多条射频信号收发通道40协同工作。可以提高资源的利用率，降低能耗。

根据本公开的一些实施例，每条射频信号收发通道40用于对功分器10处理后的发射信号进行二次放大，或将从天线辐射单元50接收到的接收信号放大并发送至功分器10。

根据本公开的一些实施例，天线辐射单元50用于发射二次放大后的发射信号或将接收到的接收信号发送至射频信号收发通道40。

根据本公开的一些实施例，射频信号收发通道40包括幅相多功能芯片401、功率放大器402、环形器403、限幅器404和低噪声放大器405。

根据本公开的一些实施例，每条射频信号收发通道40均包含隔离器，隔离器通过锡铅银焊料与组件的壳体进行焊接，完成收发通道的信号隔离。功率放大器402通过纳米银浆80与组件的壳体90里的粘接凸台相粘接，限幅器404和低噪声放大器405通过导电胶与粘接凸台相粘接，功率放大器402将幅相多功能芯片401调制完成的发射信号进行饱和放大，并将放大后的信号经隔离器后输出。限幅器404和低噪声放大器405将经环形器403的微弱的接收信号进行低噪声放大，并发送至幅相多功能芯片401进行信号调制与进一步放大。

根据本公开的一些实施例，幅相多功能芯片401与输出端口连接，用于控制射频信号收发通道40收/发的切换，以及对接收到的发射信号或接收到的接收信号进行幅相调制和放大。

根据本公开的一些实施例，幅相多功能芯片401集成了收发切换开关、收发公用的六位衰减器和六位移相器、发射驱动放大器和接收低噪声放大器、以及多个波束控制信号控制器等，为小型化、高集成组件设计提供了可能，降低了组件的设计难度。

根据本公开的一些实施例，功率放大器402与幅相多功能芯片401连接，用于接收幅相多功能芯片401调制和放大后的射频信号并对其进行饱和放大。

根据本公开的一些实施例，环形器403与功率放大器402连接，用于接收功率放大器饱402和放大后的射频信号并发送至天线辐射单元50进行发射。

根据本公开的一些实施例，限幅器404与天线辐射单元50连接，用于接收天线辐射单元50传输来的接收信号并对其幅度进行处理。

根据本公开的一些实施例，低噪声放大器405的两端分别与限幅器404和幅相多功能芯片401连接，用于对限幅器404传输来的接收信号进行低噪声放大，并发送至幅相多功能芯片401进行幅相调制和进一步放大。

根据本公开的一些实施例，射频信号收发通道40还包括隔离器，隔离器通过使用锡铅银焊料将射频信号收发通道内收/发功能区域分隔开，以降低收/发过程中信号的相互影响。

根据本公开的一些实施例，射频信号收发通道40还包括电源管理芯片406，电源管理芯片406与幅相多功能芯片401、功率放大器402、环形器403、限幅器404和低噪声放大器405连接，以用于对射频信号收发通道40的电源调制与串并信号转换。

根据本公开的一些实施例，电源管理芯片406包含电源调制(根据波束控制信号输出给接收、发射以及公共通道的电源调制信号)、30位串并转换等功能模块。实现了整个组件的电源调制与串并信号转换功能，进一步提高了组件的集成度。电源管理芯片406实现T/R组件发射移相衰减、接收移相衰减、收发和负载状态切换，同时在波束控制输入信号控制下完成收发通道电源的调制与切换，同时可独立控制任一通道的开关，以实现组件的低功耗、高效率。

根据本公开的一些实施例，还包括逻辑控制芯片60，逻辑控制芯片60与多条射频信号收发通道40连接，用于通过对波控信号进行控制以完成逻辑转换和传输。

根据本公开的一些实施例，还包括电源与控制信号连接器，可选的，为微矩形形式的低频连接器，进一步的，可采用21芯微矩形电连接器，具有气密性功能，其输入端与波束控制器相连，完成组件电源信号和控制信号的传输。

根据本公开的一些实施例，还包括多层电路基板，用于搭载功分器10，以及与功分器10连接的双向放大器20和多条射频信号收发通道40。

根据本公开的一些实施例，可选的，多层电路基板采用低温共烧陶瓷技术(LowTemperature Co-fire Ceramic，LTCC)，实现了高频电路、低频控制信号电路和电源管理电路的一体化设计，同时利用微组装技术实现了芯片间、板间的互联。

根据本公开的一些实施例，可选的，多层电路基板采用LTCC技术实现的15层FerroA6M-E材料的陶瓷基板，用于频低频信号走线的实现和为芯片及阻容器件提供载体，信号走线具体包括微带线和带状线的高频信号走线、功分器10的集成、带状线转微带线过渡结构的实现、电源和控制信号转换及传输等。载体功能包括了为电源管理芯片406、幅相多功能芯片401和逻辑控制芯片60等裸芯片及各类滤波储能电容提供焊接与粘接载体。以15层Ferro A6M-E材料的陶瓷基板为例，整个LTCC陶瓷基板共15层信号层，滤波储能电容、电源、逻辑控制芯片60位于LTCC陶瓷基板的表层，方便粘接与互连，其中L1-L4为电源与控制信号走线层，层与层之间信号传输采用盲孔。L5-L15为射频信号走线层，射频信号采用带状线在L10层，L10层同时集成了功分器10。在L5层为带状线上层地，L15层为带状线下层地，地与地之间采用接地过孔连接。为方便射频信号传输，减少***损耗，需要采用开空腔的方式在LTCC陶瓷基板上进行挖深腔操作，将幅相多功能芯片401置于L10层。挖腔深度为9层基板厚度。L5层和L15层为大面积接地层，通过接地孔接地，同时将微波信号与电源控制信号进行物理隔离，其中第五层采用为实体金属化层和栅格金属化层相结合的方式进行，L15作为基板背面接地层，采用大面积金属化块状结构方式。

根据本公开的一些实施例，多通道微波组件的元器件分别设置在多层电路基板的不同层上，用以降低各个元器件之间信号的相互串扰。

根据本公开的一些实施例，多通道微波组件的元器件以集成的方式设置在多层电路基板的各个层上。

根据本公开的一些实施例，微波器件选用GaAs工艺器件，逻辑控制芯片60和电源管理芯片406选用Si工艺器件。

根据本公开的一些实施例，可选的，微波组件是Ku波段收发组件，Ku波段是符合IEEE 521-2002标准的频率为14GHz～18GHz的无线电波波段。

根据本公开的一些实施例，多层电路基板和功分器10的数量为两个，两个功分器10均为1：4功分器。进而实现在Ku波段八通道T/R组件高增益连续工作。

根据本公开的一些实施例，如图3所示，还包括壳体90和盖板，还包括散热齿片70，壳体90采用硅铝材料，散热齿片70采用铝合金材料，壳体90和散热齿片70通过纳米银浆80粘接，多通道微波组件的发热元器件通过纳米银浆80与壳体90粘接。

根据本公开的一些实施例，在综合考虑散热、加工难度以及生产成本后，壳体90采用硅铝材质，同时，在考虑到多层电路基板的焊接与芯片的粘接，由于硅铝材料与芯片材料的热膨胀系数相近，并具有较好的散热特性，可以实现芯片与壳体的直接粘接，有利于放大器热量的散耗，以及避免的LTCC异形基板的设计与制作，但硅铝材料结构属性较为刚脆，不易加工成细长条异形结构，所以散热齿片由铝合金材料制成。组件内的散热元器件通过高导热率的纳米银浆80与硅铝材质的壳体90粘接，完成芯片热量到壳体的快速传导，从而大大提高了组件的散热能力，实现了组件的极好的热量散耗能力，使组件能满足连续波发射的工作要求。

如图1所示，本公开提供的多通道微波组件的主要元器件按照功能划分为A区、B区和C区，其中，A区包括逻辑控制芯片60，B区包括幅相多功能芯片401和电源管理芯片406，C区包括限幅器404和低噪声放大器405。

下面对本公开提供的多通道微波组件的具体工作流程进行阐述，分为两类，具体如下。

微波组件处于发射工作状态时，外部馈网30的射频输入信号通过SMP射频连接器进入组件，经过双向放大器20进行放大，之后进入功分器10，将射频信号进行多个射频信号收发通道40的分配，分别进入射频信号收发通道40的幅相多功能芯片401，幅相多功能芯片401将射频信号进行移相和衰减等幅相调制和放大后进入功率放大器402进行功率饱和放大，最后经过环形器403后通过射频连接器绝缘子进入天线辐射单元50。

微波组件处于接收工作状态时，微弱的射频信号经天线辐射单元50通过射频连接器绝缘子进入组件，后经过环形器403进入限幅器404，再进入低噪声放大器405，然后经低噪声放大后的接收信号进入幅相多功能芯片401进行移相、衰减以及进一步放大，接着功分器10将多个射频信号收发通道40的调制后的接收信号进行合并，合并后的接收信号最后经过双向放大器20进行放大后，通过SMP连接器后输出到外部馈网30。

从上述技术方案可以看出，本公开提供的多通道微波组件具有如下好处，通过在功分器10与外部馈网30之间增设一个双向放大器20，在发射信号工作模式下，能明显的提高发射信号的强度，其对信号放大的高收益，能减轻对组件前级模块对输出信号幅度的要求，也即可以降低前级模块的设计复杂程度，有利于装置整体的集成度，实现高性能、高集成与轻量化。

采用两个1：4功分器，8通道Ku波段的微波组件，具体的表现为，发射连续波输出功率≥1W，发射功率增益＞45dB，接收增益≥36db，接收噪声系数≤3.5dB，整个八通道组件体积仅84mm×48mm×12mm(高度含6mm散热齿长度)，重量约60克。在类似功能和指标条件下，体积和重量减少20％以上。特别是散热装置的设计大大提升了组件的热量传递能力，能够实现连续波发射的工作模式，可以满足各类移动、机载、车载、星载等各类无线通信和遥感***平台使用要求。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，在本公开的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道微波组件，其特征在于，包括：

功分器，用于处理发射信号或合成接收信号；

双向放大器，设置在所述功分器和外部馈网之间，用于将所述发射信号或所述功分器合成的接收信号进行放大；

所述外部馈网，用于通过所述双向放大器向所述功分器传输放大后的发射信号或接收所述功分器合成后的接收信号；以及

多条射频信号收发通道，其中，每条所述射频信号收发通道的一端连接所述功分器的输出端口，每条所述射频信号收发通道的另一端连接天线辐射单元。

2.根据权利要求1所述的多通道微波组件，其特征在于，

每条所述射频信号收发通道用于对所述功分器处理后的发射信号进行二次放大，或将从所述天线辐射单元接收到的接收信号放大并发送至所述功分器；

所述天线辐射单元，用于发射二次放大后的发射信号或将接收到的接收信号发送至所述射频信号收发通道。

3.根据权利要求2所述的多通道微波组件，其特征在于，所述射频信号收发通道包括：

幅相多功能芯片，与所述输出端口连接，用于控制所述射频信号收发通道收/发的切换，以及对接收到的发射信号或接收到的接收信号进行幅相调制和放大；

功率放大器，与所述幅相多功能芯片连接，用于接收所述幅相多功能芯片调制和放大后的射频信号并对其进行饱和放大；

环形器，与所述功率放大器连接，用于接收所述功率放大器饱和放大后的射频信号并发送至所述天线辐射单元进行发射；

限幅器，与所述天线辐射单元连接，用于接收所述天线辐射单元传输来的接收信号并对其幅度进行处理；

低噪声放大器，两端分别与所述限幅器和所述幅相多功能芯片连接，用于对所述限幅器传输来的接收信号进行低噪声放大，并发送至所述幅相多功能芯片进行幅相调制和进一步放大。

4.根据权利要求3所述的多通道微波组件，其特征在于，所述射频信号收发通道还包括：

隔离器，所述隔离器通过使用锡铅银焊料将所述射频信号收发通道内收/发功能区域分隔开，以降低收/发过程中信号的相互影响。

5.根据权利要求4所述的多通道微波组件，其特征在于，所述射频信号收发通道还包括电源管理芯片，所述电源管理芯片与所述幅相多功能芯片、所述功率放大器、所述环形器、所述限幅器和所述低噪声放大器连接，以用于对所述射频信号收发通道的电源调制与串并信号转换。

6.根据权利要求5所述的多通道微波组件，其特征在于，还包括逻辑控制芯片，所述逻辑控制芯片与多条所述射频信号收发通道连接，用于通过对波控信号进行控制以完成逻辑转换和传输。

7.根据权利要求2至6任一项所述的多通道微波组件，其特征在于，还包括：

多层电路基板，用于搭载所述功分器，以及与所述功分器连接的所述双向放大器和多条所述射频信号收发通道；

所述多通道微波组件的元器件分别设置在所述多层电路基板的不同层上，用以降低各个元器件之间信号的相互串扰。

8.根据权利要求7所述的多通道微波组件，其特征在于，所述多通道微波组件的元器件以集成的方式设置在所述多层电路基板的各个层上。

9.根据权利要求7所述的多通道微波组件，其特征在于，所述多层电路基板和所述功分器的数量为两个，两个所述功分器均为1：4功分器。

10.根据权利要求1至6任一项所述的多通道微波组件，还包括壳体和盖板，其特征在于，还包括散热齿片，所述壳体采用硅铝材料，所述散热齿片采用铝合金材料，所述壳体和所述散热齿片通过纳米银浆粘接，所述多通道微波组件的发热元器件通过纳米银浆与所述壳体粘接。

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