一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块的制作方法

文档序号:17917824发布日期:2019-06-14 23:54
一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块的制作方法

本发明涉及瓦片式有源相控阵天线领域,特别涉及一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块。



背景技术:

TR模块是有源相控阵雷达中的核心部件,位于天线和信号合成/分解网络之间,主要功能是根据外部控制信号对微波信号进行放大、移相和衰减,在雷达系统中,每一个天线单元都有一个TR模块与之对应,一个雷达内有数千甚至上万个TR模块, TR模块的设计不仅对降低模块的成本、重量及体积很重要,而且对整个雷达的灵敏度、可靠性至关重要。

现有的有源相控阵天线TR模块主要包括基于砖块式线子阵的纵向集成横向组装结构和基于瓦片式面子阵的横向集成纵向组装两种,其中,瓦片式子阵采用分层结构,将多个通道相同功能的芯片和电路集成在数个平行放置的瓦片上,然后进行垂直互联,利用高密度组装技术,大幅度减小了子阵模块和整机的纵向高度、重量与成本,但是其中组成射频输入路径的器件一般均设置在不同的零件上,层间多种互联方式错综复杂,射频信号经过设置在不同零件上的器件传输,信号传输的稳定性和可靠性较差,同时,在设计上还需要处理好EMI及互耦效应,考虑中间层热设计、射频信号输入可靠性设计、气密性设计、测试性与维修性设计等,导致瓦片式TR模块的整体工艺复杂,生产效率和后期返修效率均较低。

综上所示,目前亟需要一种技术方案,解决现有瓦片式TR模块结构工艺复杂,信号传输的稳定性和可靠性较差,生产效率和返修效率较低的技术问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于:针对现有瓦片式TR模块结构工艺复杂,信号传输的稳定性和可靠性较差,生产效率和返修效率较低的技术问题,提供了一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,包括壳体,所述壳体内设置有上腔室和下腔室,所述上腔室内设置有射频链路和射频输入连接器,所述下腔室内设置有转接微带,所述转接微带分别与射频链路和射频输入连接器信号传输连接。

本发明的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,通过将组成射频传输路径的器件设置在壳体内的上下排列的两个腔室内,使组成射频传输路径的器件均集成在壳体上,使射频信号的传输均在同一个零件上,器件之间排布紧密,集成度较高,保证了信号传输的稳定性和可靠性,同时,采用上腔室和下腔室的空间布局结构,结构形式空间紧凑,结构简单,有利于提高模块的生产效率,并使射频信号经过两次垂直过渡后输入到射频链路,实现射频信号的垂直输入,减少信号的损失,进一步保证信号传输的稳定性和可靠性。

作为优选,还包括用于封闭上腔室的盖板和用于封闭所述下腔室的封板。采用盖板和封板将上下腔室进行封闭,将组成射频输入路径的器件封装在壳体内,避免受外界环境影响,增加了模块使用寿命与使用可靠性。

作为优选,所述盖板与壳体采用激光焊接连接,所述封板与壳体可拆卸的连接。采用激光焊接实现TR模块的气密封,进一步保证模块使用寿命与使用可靠性,同时,将封板与壳体可拆卸的连接,有利于转接微带的安装和更换,提高TR模块的生产效率和返修效率。

作为优选,所述壳体由ALSI50材料制得,所述盖板由ALSI27材料制得。采用特定的材料制备壳体和盖板,使壳体和盖板进行焊接时匹配微波器件的热膨胀系数,使壳体和盖板之间的焊接质量较好,保证TR模块的气密封。

作为优选,所述盖板上设置有一通孔,所述通孔对应的所述上腔室内设置有用于安装射频输入连接器的安装槽,所述安装槽的槽口与盖板采用激光焊接连接。该结构的设置一方面使TR模块内部气密性较好,保证信号传输的稳定性和可靠性,提高模块使用寿命和使用可靠性,另一方面,由于盖板与安装槽的槽口之间、盖板与壳体之间均为激光焊接,且两处激光焊接点均位于TR模块的同一面,可实现TR模块的一次激光焊接成型,也有利于模块的后期返修,进而提高TR模块的生产效率和返修效率。

作为优选,所述射频输入连接器与安装槽内壁采用锡焊连接。可根据实际情况,将射频输入连接器与安装槽内壁之间采用金锡焊接或铅锡焊接的连接方式,方便将射频输入连接器集成到壳体上,提高TR模块的生产效率。

作为优选,还包括贯穿上腔室和下腔室的绝缘子,所述绝缘子一端与射频链路连接,另一端与转接微带采用穿孔锡焊连接。采用绝缘子连接射频链路和转接微带,结构简单,方便射频链路和转接微带的连接,进一步提高TR模块的生产效率。

作为优选,所述转接微带和绝缘子分别与壳体采用金锡焊接连接。将转接微带和绝缘子分别与壳体通过金锡焊接连接,进一步提高上腔室的气密性,保证射频信号传输的稳定和可靠,延长TR模块的整体使用寿命和使用可靠性。

作为优选,还包括低频输入连接器,所述低频输入连接器贯穿盖板后与射频链路连接,所述低频输入连接器与盖板的接触面采用金锡焊接连接。通过在低频输入连接器与盖板之间采用金锡焊接,进一步保证壳体内射频链路部分的气密封,保证射频链路信号传输的稳定性和可靠性。

作为优选,所述射频输入连接器为SMP射频连接器,所述低频输入连接器为玻璃烧结排针。SMP射频连接器可较容易的通过其内的内导体和顶针贯穿安装槽底部,实现SMP射频连接器与转接微带的穿孔锡焊,安装较方便,同时,采用玻璃烧结排针作为低频输入连接器,有利于使低频信号在垂直于模块阵面的方向进行传输,进一步实现信号的垂直传输。

综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块的有益效果是:

1、通过将组成射频输入路径的器件均集成在壳体上,使射频信号的传输均在同一个零件上,器件之间排布紧密,集成度较高,保证了信号传输的稳定性和可靠性;

2、采用上腔室和下腔室的空间布局结构,结构形式空间紧凑,结构简单,有利于提高模块的生产效率;

3、使射频信号经过两次垂直过渡后输入到射频链路,实现射频信号的垂直输入,减少信号的损失,进一步保证信号传输的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块的结构示意图;

图2是图1中A-A剖面的结构示意图;

图3是图2中I处局部放大的结构示意图;

图4是本发明的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块的焊接位置的示意图。

附图标记

1-壳体,11-上腔室,12-下腔室,13-安装槽,2-射频链路,3-射频输入连接器,4-转接微带,5-盖板,51-通孔,6-封板,7-绝缘子,8-低频输入连接器,91-激光焊接,92-金锡焊接。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-4所示,一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,包括壳体1,所述壳体1内沿模块的厚度方向设置有上腔室11和下腔室12,所述上腔室11和下腔室12均贯穿壳体1表面,且开口方向相反,所述上腔室11内设置有射频链路2和射频输入连接器3,所述下腔室12内设置有转接微带4,所述上腔室11通过内嵌在上腔室11开口处的盖板5封闭,所述下腔室12通过内嵌在下腔室12开口处的封板6封闭,实现TR模块的气密封,所述转接微带4分别与射频链路2和射频输入连接器3采用穿孔锡焊连接实现射频链路2和射频输入连接器3的信号传输连接,使组成射频输入路径的器件均集成在壳体1内。

本实施例的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,射频信号依次经过上腔室11的射频输入连接器3和下腔室12的转接微带4再垂直输入到上腔室11的射频链路2内,实现射频信号在垂直于模块阵面上180°的转向输入,传输路径单一,减少信号的损失,且由于射频输入连接器3、转接微带4和射频链路2均集成在同一个壳体1上,保证了射频信号传输的稳定性和可靠性。

进一步的,由于采用了上腔室11和下腔室12的空间布局结构,使该结构的TR模块内部结构简单并紧凑,有利于提高TR模块的生产效率,同时,采用盖板5和封盖6进行上下腔室的封闭,实现TR模块的气密封,避免组成射频输入路径的器件受外界环境影响,保证TR模块的使用寿命与使用可靠性。

优选的,所述壳体1选用现有材料的ALSI50制得,所述盖板5选用现有材料的ALSI27制得,所述盖板5与壳体1采用平面激光焊接连接。现有材料的ALSI50的热膨胀系数为11.5 ppm/℃,导热系数为140W/(m·k),密度为2.5×103Kg/m3,具有导热性能好,重量轻的特点,现有材料的ALSI27的热膨胀系数为16.3ppm/℃,导热系数为170 W/(m·k),密度为2.6×103Kg/m3,具有导热性能好、重量轻、与电子元器件热膨胀系数匹配度高的特点,采用这两种材料制备壳体1和盖板5,并通过激光焊接工艺沿盖板5和壳体1的配合区域进行焊接,在材料选用上可减少热变形对器件的影响,在焊接工艺上利用激光焊接热影响区窄、接头强度高、气密良好、焊缝美观的特点,实现TR模块内部的良好气密封,不仅使制得的TR模块整体质量较轻,方便TR模块的使用,且有利于通过这两种材料的配对,匹配与微波器件的热膨胀系数,提高壳体1和盖板5之间的焊接质量,保证TR模块壳体的气密性,进一步保证模块使用寿命与使用可靠性,经试验测试,其泄漏率≤1×10-9 Pa.m3/s。

优选的,所述封板6与壳体1采用螺钉装配连接。本实施例中采用螺钉装配的方式实现封板6与壳体1的连接,使通过封板6将转接微带4封装在下腔室12中,有利于转接微带4的安装和更换,提高了TR模块的生产效率和返修效率。

优选的,所述盖板5上设置有一通孔51,所述通孔51对应的所述上腔室11内设置有用于安装射频输入连接器3的安装槽13,所述安装槽13的槽口与盖板5采用激光焊接连接。本实施例的安装槽13由上腔室11底面的环形结构朝向顶面凸起,并延伸至盖板5的通孔51内形成,方便设置在安装槽13内的射频输入连接器3从盖板5的通孔51中与外部器件进行连接,并有利于通过调整射频输入连接器3与安装槽13内壁之间的连接方式,确保TR模块内部气密性,保证信号传输的稳定性和可靠性,提高模块的使用寿命和使用可靠性,同时,由于盖板5与安装槽13的槽口之间、盖板5与壳体1之间均为激光焊接,且两处激光焊接位置均位于TR模块的同一面,可实现TR模块的一次激光焊接成型,方便TR模块的制备,在TR模块需要返修时,只需要通过铣削加工去除TR模块单个面上焊缝位置的材料后,即可开启盖板5对各器件进行返修,返修完成后再次通过激光焊接实现TR模块的气密封,提高了TR模块的生产效率和返修效率。

优选的,所述射频输入连接器3为SMP射频连接器,所述射频输入连接器3与安装槽13内壁采用金锡焊接或铅锡焊接。本实施例的SMP射频连接器包括依次连接的内导体、毛纽扣以及顶针,内导体的顶端位于安装槽13内,用于与外界连接器进行插接,顶针贯穿安装槽13底部进入下腔室12中,与转接微带4采用穿孔锡焊连接,实现射频信号的垂直传输,可根据实际情况,调整射频输入连接器3外壁与安装槽13内壁之间的锡焊连接方式,方便射频输入连接器3的安装,提高TR模块的生产效率,且有利于保证TR模块的气密封。

实施例2

如图1-4所示,本实施例的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,结构与实施例1相同,区别在于:还包括贯穿上腔室11和下腔室12的绝缘子7,所述绝缘子7一端与射频链路2连接,另一端与转接微带4采用穿孔锡焊连接。

本实施例的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,采用绝缘子7连接射频链路2和转接微带4,结构简单,方便射频链路2和转接微带4的连接,进一步提高TR模块的生产效率,TR模块制备时,预先在壳体1内设置孔状结构连通上腔室11和下腔室12,再将绝缘子7采用金锡焊接方式与孔状结构内壁连接,实现TR模块内部射频链路2的气密封,提高射频信号输入位置的气密封,减少泄漏率,使射频链路2内的射频信号传输稳定,保证TR模块的使用可靠性,优选采用定制金锡焊环作为焊接材料,将金锡焊环设置在待焊接位置,再进行焊接,焊接温度280℃。

优选的,所述转接微带4与壳体1采用金锡焊接连接。将转接微带4通过焊接工艺固定在TR模块的下腔室12内,使转接微带4集成到壳体1上,使TR模块的集成度较高,器件之间排列紧密,且保证了射频信号输入位置的气密性,减少泄漏率,提高了TR模块的使用可靠性,优选所述转接微带4采用现有的Rogers RT/duroid 5880材料制得,介电常数为2.2,基片厚度为0.127mm,制备时,预先将转接微带4采用焊接工艺固定在壳体1上,再将转接微带4分别与射频输入连接器3和绝缘子7锡焊连接,形成从射频输入连接器3到射频链路2的射频信号输送路径,实现射频信号的稳定传输。

实施例3

如图1-4所示,本实施例的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,结构与实施例2相同,区别在于:还包括低频输入连接器8,所述低频输入连接器8贯穿盖板5后与射频链路2连接,所述低频输入连接器8与盖板5的接触面采用金锡焊接连接,所述低频输入连接器8为玻璃烧结排针。

本实施例的一种射频信号垂直传输的瓦片式TR模块,采用玻璃烧结排针作为低频输入连接器8,使低频输入连接器8的插针沿垂直于模块阵面的方向与射频链路2连接,实现低频信号的垂直输入,使该结构TR模块的射频输入信号和低频输入信号均在垂直于模块阵面的方向传输,传输方向单一,减少信号的损失,保证信号传输的稳定可靠。

进一步的,在低频输入连接器8与盖板5之间采用金锡焊接,使玻璃烧结排针的信号输入位置实现气密封,配合绝缘子7输入位置的气密封、壳体1与盖板5四周边缘的激光封焊位置的气密封、安装槽13槽口边缘与盖板5通孔51内壁的激光封焊位置的气密性,实现TR模块内部射频链路2的气密封,进一步的保证了TR模块内腔室的气密封,减少泄漏率,保证信号传输的稳定性和可靠性,制备时,优选采用定制金锡焊环作为焊接材料,将金锡焊环设置在待焊接位置,再进行焊接,焊接温度280℃。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案,尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明,但本发明不局限于上述具体实施方式,因此任何对本发明进行修改或等同替换,而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

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