[發(fā)明專利]毫米波64陣元瓦片式相控陣天線

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710090054.5
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106654541A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章圣長;郭紅展
• 申請（專利權(quán)）人: 成都瑞迪威科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q3/36;H01Q21/00
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙)51211
• 代理人: 蘇丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于瓦片式結(jié)構(gòu)，毫米波64陣元相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)前端模塊。

背景技術(shù)

相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)是雷達(dá)領(lǐng)域的一次革命，相比較于傳統(tǒng)的機(jī)械式掃描，其徹底改變了雷達(dá)的空間掃描方式。相控陣?yán)走_(dá)可通過控制各個通道幅相來控制波束的指向，也可以轉(zhuǎn)動天線使雷達(dá)完成對目標(biāo)的凝視。

相控陣?yán)走_(dá)前端模塊是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，一般具有成百上千個天線單元組成的天線陣列，以及每個單元天線所對應(yīng)的TR組件組成，因此，整個系統(tǒng)對TR組件的體積要求比較嚴(yán)苛。傳統(tǒng)的“磚塊”結(jié)構(gòu)TR組件結(jié)構(gòu)較大，使得其應(yīng)用推廣受到了很大的局限。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)上的上述不足，現(xiàn)在特別提出一種毫米波64陣元瓦片式相控陣天線。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種毫米波64陣元瓦片式相控陣天線，其特征在于：包括2*2 的TR組件陣列，每個TR組件子陣通道數(shù)為4*4，共64子陣通道；相控陣天線的通道間距由工作頻率和天線掃描范圍決定，本發(fā)明的發(fā)射天線通道間距為9.5mm。每個TR組件包括收發(fā)通道模塊、電源模塊、控制模塊和結(jié)構(gòu)腔體，電源模塊與外部接口相連，電源模塊與控制模塊通過插針垂直互聯(lián)，控制模塊與收發(fā)通道模塊通過金絲鍵合相連，3個模塊依次平行放置。

收發(fā)通道模塊包括16個收發(fā)通道；每個收發(fā)通道模塊包括收發(fā)放大多功能電路、衰減移相放大多功能電路、電源控制電路、波控控制電路和功分器。收發(fā)放大多功能電路實現(xiàn)發(fā)射信號的功率放大，接收信號的低噪聲放大和收發(fā)切換的功能；衰減移相放大多功能電路實現(xiàn)對組件的衰減、移相控制和信號放大；波控控制電路實現(xiàn)將波控機(jī)發(fā)出的高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行控制碼，控制衰減移相電路；電源控制電路實現(xiàn)16個通道接收、發(fā)射電源單獨可控；功分器實現(xiàn)16通道信號的功分或合成。

收發(fā)通道模塊為一塊射頻集成板，包括多通道多功能集成SOC芯片、射頻通道饋電網(wǎng)絡(luò)、控制和電源饋線網(wǎng)絡(luò)，射頻集成板由多層微波板設(shè)計，多層微波板為射頻集成板與FR4混壓結(jié)構(gòu)，集成射頻通道饋電網(wǎng)絡(luò)、控制和電源饋線網(wǎng)絡(luò)，多功能集成SOC芯片與多層微波板由金絲鍵合方式互聯(lián)。

電源模塊中器件包括LDO和DC-DC，實現(xiàn)輸入電源轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成TR組件內(nèi)部所需電源。

控制模塊中器件包括FPGA，實現(xiàn)與波控母板的SPI通信，根據(jù)波控母板指令，控制每個通道的工作狀態(tài)。

收發(fā)通道模塊包括4個多功能集成SOC芯片，分別驅(qū)動16個TR收發(fā)芯片，由波控子板實現(xiàn)幅度相位控制、收發(fā)電源控制和工作模式切換，每個通道包含末級功率放大、接收低噪聲放大、收發(fā)驅(qū)動放大、收發(fā)移相、接收衰減、收發(fā)開關(guān)和模式切換開關(guān)功能，其中TR收發(fā)芯片集成末級功放、接收低噪放、收發(fā)開關(guān)和模式選擇開關(guān)，多功能集成SOC芯片集成收發(fā)移相、接收衰減、收發(fā)開關(guān)和收發(fā)驅(qū)動放大。

結(jié)構(gòu)腔體包括電源板腔體和天線腔體兩部分；電源模塊包括電源板及低頻連接器；控制模塊包括控制板和低頻插針；收發(fā)通道模塊包括射頻集成板、射頻連接器、屏蔽蓋；電源板裝在電源板腔體中，通過低頻連接器與外部連接，控制板與射頻集成板裝在天線腔體中，電源板與控制板通過低頻插針實現(xiàn)互聯(lián)，射頻集成板與射頻連接器垂直互聯(lián)，通過天線實現(xiàn)信號的收發(fā)，這樣設(shè)計瓦片式結(jié)構(gòu)可以大大減小TR組件的體積。電源板上設(shè)置有電源板上器件，控制板上設(shè)置有控制板上器件。

發(fā)射時，信號由公共端口輸入到16通道子陣，經(jīng)1分4功分器等分成4路，分別輸入到4個多功能集成SOC芯片，再由多功能集成SOC芯片等分成4路，輸送到TR收發(fā)芯片進(jìn)行功率放大，最后輸出到天線端口。

接收時，信號由天線端口輸入，經(jīng)TR收發(fā)芯片的低噪聲放大后輸入到多功能集成SOC芯片，經(jīng)驅(qū)動放大、移相和衰減后，4路合成1路，由SMP總端口輸出，在子陣上再進(jìn)行4路合成，由子陣的總端口輸出。

收發(fā)通道模塊包括16路收發(fā)通道，按照每四通道進(jìn)行分區(qū)設(shè)計，發(fā)射信號經(jīng)過輸入功率分配網(wǎng)絡(luò)后進(jìn)入到多功能集成SOC芯片，分配成4通道進(jìn)行移相、衰減和驅(qū)動放大，最后通過TR收發(fā)芯片實現(xiàn)最終的功率輸出。接收通道信號進(jìn)入模塊后，通過TR收發(fā)芯片進(jìn)行放大，然后進(jìn)入多功能集成SOC芯片實現(xiàn)4通道合一輸出，最后通過功率分配網(wǎng)絡(luò)輸出。

TR組件內(nèi)部的三部分間存在大量的電源和控制互聯(lián)接口，為減少互聯(lián)接口，將TR組件的射頻部分分為四個區(qū)域，并將每個區(qū)域的四個通道分為四個位號（1、2、3、4），校準(zhǔn)模式時，每個區(qū)域同號位的TR收發(fā)芯片工作，其它位號的TR收發(fā)芯片斷電。