[發明專利]真延時波束形成器模塊及其制造方法

有效

• 申請號: 201880066411.7
• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN111201668B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 約瑟夫·艾爾弗雷德·伊恩諾蒂;克里斯托弗·詹姆斯·卡普斯塔
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H01Q3/26
• 分類號: H01Q3/26
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 王紅艷

波束形成器模塊包括封裝基座和形成在封裝基座內的互連結構。波束形成器模塊還包括附接到封裝基座的第一真延時(TTD)模塊。第一TTD模塊包括多個開關元件，多個開關元件被配置為通過選擇性地激活多條延時線來限定第一TTD模塊的信號輸入與信號輸出之間的信號傳輸路徑。第一TTD模塊的信號輸入和信號輸出電耦接到互連結構。在一些實施方式中，互連結構包括至少一條TTD曲折線，并且第一TTD模塊的延時線中的至少一條電耦接到至少一條TTD曲折線。

技術領域

本發明的實施方式總體上涉及用于電導向陣列天線(electrically steerablearray antenna)或相控陣列天線的真延時(TTD)波束形成器，并且更具體地涉及具有集成到一個組件中的多個TTD模塊的多功能TTD波束形成器，該多個TTD模塊具有形成在組件封裝中的用于TTD模塊的延時線。

背景技術

電導向天線(ESA，electronically steered antenna)系統或相控陣列天線(PAA)系統組合來自多個固定天線元件的信號，以一定角度在空間中指向一束無線電波。波束的特性和角度以電子地將波束導向不同的方向而不物理地移動天線的方式來控制。相控陣列天線中的電子波束導向通常通過以下兩種方式中的一種來實現：通過使用移相器或真延時裝置。TTD波束導向與移相器類型方法的不同之處在于裝置的固有帶寬以及裝置賦予延時而不是相移的事實。這些區別允許TTD裝置用于超寬帶應用中用于形成天線波束和零點。這對于電子戰系統和寬帶通信應用是有利的。

通過使用TTD模塊改變每個天線元件的激勵時間來實現經由TTD的波束導向。TTD模塊由耦接到各種長度的延時線的高速開關制造。通過選擇TTD模塊內的延時線的特定組合來控制特定天線元件的激勵時間，這會賦予射頻(RF)信號期望量的延時。可以使用不同類型的開關元件(諸如RF微機電系統(MEMS)開關)來實現延時線的選擇，這些開關元件提供有利的隔離和插入損耗特性，這對于在TTD應用中實現是有利的。這些RF MEMS開關使用電驅動的機械運動來實現RF延時線上的開路或閉路。當RF MEMS裝置處于導通位置時，RF傳輸線“閉合”并且在RF信號路徑中。當RF MEMS裝置處于關斷位置時，RF傳輸線“斷開”，并且與RF信號路徑隔離。

通常，上述RF MEMS開關提供幾個優點，諸如例如對于高頻RF信號的低插入損耗、低回波損耗以及高隔離度。然而，RF MEMS開關需要封裝在干凈受控的環境中，以使能長時間且可重復的操作。因此，RF MEMS開關通常被密封在形成在玻璃、金屬或陶瓷材料的基板內的空腔中。然后通過密封的RF MEMS開關腔與下一級組件(諸如例如印刷電路板(PCB))進行互連。這些互連可以使用石英通孔(TQV)技術或類似技術制造，增加了制造成本并對成品率產生負面影響。另外，如果人們試圖保持低RF損耗和高度可重現的寄生效應，這些互連的長路徑長度會成為很大的問題，尤其是在較高RF頻率下使用RF MEMS開關時(例如，從8GHz到12GHz的X頻段、從12GHz到18Ghz的Ku頻段以及從30GHz到300GHz的毫米波)。

減少與RF MEMS開關互連相關聯的RF損耗的一種方法是使用單片TTD裝置。在單片TTD裝置中，所有TTD傳輸路徑都包括在與RF MEMS開關相同的基礎基板上。盡管單片TTD裝置結構減輕了與導通和關斷封裝TTD裝置的輸入/輸出布線相關聯的問題，但是它極大地增加了基礎RF MEMS開關基板的整體尺寸并且因此增加了成本，尤其是如果封裝裝置被設計用于較低的頻率時。現有技術的單片TTD裝置是單獨封裝的結構，其包括位于基礎基板上方并將RF MEMS開關封裝在真空或密封腔內的帽或蓋。該蓋結構還增加了TTD裝置的整體尺寸和成本。因此，單片TTD裝置具有其自身的顯著缺點。