一种信号收发装置以及基站的制作方法

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号收发装置以及基站。

背景技术：

近年来，移动通信技术得到了迅猛的发展和广泛的应用。在第五代(5th-generation，5g)移动通信系统中，基站包含了基带单元(basebandunit，bbu)、收发信机单元和天馈单元。目前，无线通信基站产品通常将bbu做成一个bbu模块，而将收发信机单元与天馈单元做成一个射频拉远单元(remoteradiounit，rru)模块，为了实现更低成本、更小体积和更高转换效率，并支持更灵活的阵列配置，选择一种合适的rru物理实现架构非常重要。

目前，已有一种常见的rru物理实现架构，请参阅图1，图1为现有技术中背板与收发信机插卡的一个架构逻辑框图，如图所示，该rru物理实现架构采用数字背板与收发信机(transceiver，trx)插卡，将trx电路中的公共单元做成数字背板，将单个(或两个)trx电路中的独立单元做成一个插卡模块(图1中的插卡1，2…n)。天馈单元由多个插卡模块拼装而成，天线阵列大小的调整可以通过配置插卡来实现。插卡与背板之间可以通过高速数字连接器和射频同轴连接器等连接部件进行连接。

在多列天线的场景下，应采用多套连接部件，比如需要八列天线时，即采用八套连接部件。在大阵列天线的场景下就需要大量的连接部件，相应地，插卡的数量也随之增多，从而降低了rru的空间利用率，同时，大量的插卡也不利于rru的散热。

技术实现要素：

本申请提供了一种信号收发装置以及基站，可以提升了波导结构的集成度，在同样阵列规模天线场景下，还可以减少插卡的数量，从而提升了信号收发装置的空间利用率，同时，有利于信号收发装置的散热。

本申请实施例的第一方面提供一种信号收发装置，该信号收发装置可以应用于无线高频基站射频模块和无线回传设备室外模块等场景，这些场景下前端电路和天馈单元工作在微波频段，信号传输和连接通常采用波导方案。。

首先，介绍信号收发装置中的插卡，插卡包含了两个波导板、设置在这两个波导板之间的多层电路板、安装在这两个波导板上的天线阵列以及第一波导接口，且这两个波导板面向多层电路板的一侧均开设有波导槽，相应地，多层电路板的两层也都设置有波导槽匹配的金属层，该金属层具有可以上铜箔。所谓的“匹配”即为金属层与波导槽相互配合形成分别位于多层电路板两侧，并连接天线阵列以及第一波导接口的双层波导通道。

其次，介绍信号收发装置中的背板，背板主要设置有和第一波导接口匹配的第二波导接口，使得插卡和背板可以通过第一波导接口和第二波导接口的对接来实现波导连接。

可见，采用上述结构，使用二个波导板和多层电路板可以形成两个波导通道，每个波导通道连接一个天线阵列，由此可以提升了波导结构的集成度，在需要同样阵列规模的天线场景下，减少了插卡的数量，从而提升了信号收发装置的空间利用率，同时，有利于信号收发装置的散热。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第一种实现方式中，信号收发装置中的多层电路板上还设置有穿孔，穿孔连接位于多层电路板两侧的双层波导通道。需要说明的是，该穿孔的形状可以是立方体，或者圆柱体，又或者是其他形状的立体，此处不做限定。

可见，在多层电路板上开设穿孔之后就能够实现波导通道之间的关联，从而可以避让多层电路板上的一些电路布局和走线，使得波导传输更具有灵活性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第二种实现方式中，信号收发装置中的金属层上开设有至少一个十字槽，至少一个十字槽贯穿多层电路板两侧的金属层。其中，十字槽的个数可以是两个，这两个十字槽均位于多层电路板的对角线上，而该对角线即为双层波导通道重叠区域中两个对角连接后所形成的线段。由于双层波导通道重叠区域通常是一个矩形，所以存在两条对角线，假设分别为对角线a和对角线b，那么这两个十字槽要么都在对角线a上，要么都在对角线b上。

可见，通过在多层电路板上开设两个十字槽可以将一侧波导中的信号通过多层电路板耦合到另一侧波导，从而能够对天线做校正和测试，且耦合1％能量就能够做校正以及测试。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第三种实现方式中，信号收发装置中的插卡还可以包括设置在多层电路板上的前端电路，该前端电路通过波导通道直接与天线阵列连接，且前端电路主要用于对天线阵列接收或发送的射频信号进行放大处理。

可见，在插卡中只设置用于处理射频信号的前端电路即可，实现插卡集成化处理，从而减小了插卡的体积。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第四种实现方式中，信号收发装置中的前端电路具体包括了lna以及pa，其中，该lna主要用于对天线阵列接收的射频信号进行低噪声放大处理，而pa主要用于对射频信号进行功率放大处理，并将功率放大后的射频信号发送至天线阵列。

可见，只将lna、pa和天线阵列做成插卡，能够有效地降低插卡的热密度，同等输出功率下可以采用自然散热的方案，可靠性较高，后期维护插卡的成本也相应地降低。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第五种实现方式中，信号收发装置中的二个波导板可以连接多层电路板的接地平面，且二个波导板用于为前端电路屏蔽干扰信号。

可见，插卡还可以通过两个波导板来屏蔽外界信号对射频信号的干扰，从而提升了射频信号传输的可靠性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第六种实现方式中，信号收发装置中的多层电路板上安装有连接前端电路的焊盘，焊盘是采用焊锡的方式安装在多层电路板上的，此外，多层电路板上还开设有贯穿多层电路板上的导热过孔，焊盘通过导热过孔与二波导板中的其中一个波导板连接，这样的话，热量就可以从焊盘上传导到导热过孔，再传导到波导板上。

可见，前端电路可以通过多层电路板上开设的导热过孔来达到散热的目的，从而实现插卡散热的效果。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第七种实现方式中，信号收发装置中的前端电路通过波导转换节与波导通道连接。其中，波导转换节即为基片集成波导，微带线先转成基片集成波导，然后再由基片集成波导再转为波导。

可见，由于高频波长过小，过于高的容差要求常常使微带线失效，虽然波导常用于高频情况，但是波导体积大，不易于集成，因此可以通过波导转换节兼顾传统波导和微带传输线的优点，实现高性能微波毫米波平面电路。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第八种实现方式中，信号收发装置中的天线阵列具体包含了两个天线子阵列，且这两个天线子阵列安装于二波导板之间，这两个天线子阵列对应于波导通道。

可见，插卡还包括了两列天线子阵列，在根据需求组合天线阵列时，可以较少插卡的数量，从而减少了插卡的成本，提升了信号收发装置的实用性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第九种实现方式中，信号收发装置中的两个天线子阵列中的一个天线子阵列连接一个波导板与多层电路之间所形成的波导通道，而两个天线子阵列中的另一个天线子阵列则连接另一个波导板与多层电路板之间所形成的波导通道。当然，在实际用于中，插卡中的天线阵列除了包括两组天线子阵列，还可以包含一组天线子阵列，或者四组天线子阵列等。

可见，在插卡上还可以进一步集成至少一列子天线阵列，从而实现天线子阵的灵活配置，有利于提升信号收发装置的实用性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第十种实现方式中，信号收发装置中的第一波导接口可以包括两组波导接口，通常情况下，一组波导接口包括两个波导接口。其中，第一波导接口的其中一组波导接口设置在波导板与多层电路板之间，也就是位于一个波导板和多层电路板一侧之间。而第一波导接口中的另一组波导接口设置在另一波导板与多层电路板另一侧之间。

可见，信号收发装置中的第一波导接口可以包含多个波导接口，用于和第二波导接口进行匹配，多个波导接口之间进行射频信号的传输，能够提升信号传输效率。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第十一种实现方式中，信号收发装置中的第一波导接口和第二波导接口可以均为矩形波导，矩形导波是采用金属管传输电磁波的重要导波装置，其管壁通常为铜、铝或者其他金属材料，其特点是结构简单且机械强度大。波导内没有内导体，损耗低，功率容量大，电磁能量在波导管内部空间被引导传播，可以防止对外的电磁波泄露。

可选地，第一波导接口和第二波导接口还可以均为脊波导，脊波导分为单脊波导和双脊波导。脊波导可看作由矩形波导把宽壁弯折而成,其中的电磁场模式与矩形波导的模式相似,于是采用相同的模式名称,只是在脊棱附近由于边缘效应使场分布受到扰动。脊波导的主要参数有主模截止波长、脊波导单模工作带宽、脊波导特性阻抗、脊波导功率容量和脊波导衰减。

可见，第一波导接口和第二波导接口采用矩形波导、单脊波导或者双脊波导都具有较好地能量传播特性，结构简单，机械强度大，还能够防止对外的电磁波泄露，从而提升信号收发装置的传输可靠性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第十二种实现方式中，信号收发装置中的背板具有包括射频电路以及数字中频处理单元，该数字中频处理单元的一端与射频电路的一端相连，数字中频处理单元的另一端与bbu相连。而射频电路的另一端与插卡的一端相连。具体地，射频电路主要用于对射频信号进行下变频域处理并得到模拟中频信号，或者对模拟中频信号进行上变频处理得到射频信号。而数字中频处理单元主要用于将模拟中频信号转换为数字中频信号，或者将数字中频信号转换为模拟中频信号。

可见，将原本插卡中的射频电路设置在背板上，使得插卡的散热更好，且背板相对于插卡而言具有更大的散热面积，有利于散热，因此，将射频电路设置在背板上也具有可行性和实用性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第十三种实现方式中，信号收发装置中的背板还可以包括屏蔽盖、背板多层电路板以及散热器件，其中，在背板多层电路板的第一表面设置有屏蔽盖，在背板多层电路板的第二表面设置有散热器件，第一表面与第二表面为相对的两个面。

通过情况下，可以在背板多层电路板的上方覆盖有屏蔽盖，该屏蔽盖是金属制成的，主要用于屏蔽外界信号对射频信号的干扰，从而提升了射频信号传输的可靠性。此外，在背板多层电路板的下方设置有散热器件，该散热器件主要用来传导和释放前端电路工作时所产生的热量，即对背板多层电路板进行散热处理。

可见，通过设置屏蔽盖能够屏蔽干扰信号，通过散热器件能够对背板多层电路板进行散热处理，从而并不会因为集成了更多的电路对背板的散热和信号干扰造成影响，以此提升了方案的实用性。

在一种可能的设计中，在本申请实施例的第一方面的第十四种实现方式中，信号收发装置中的背板上还设计有波导扼流槽，且该波导扼流槽设置在第二波导接口的外围。

可见，在背板上设置波导扼流槽可以进一步防止波导盲插可能造成的射频信号泄露，由此提升了方案的传输可靠性。

本申请实施例的第二方面提供一种基站，该基站同样可以应用于无线高频的微波接入和微波回传的场景，且该基站包括了如上述第一方面中任意一种信号收发装置、bbu和传输系统，其中，bbu的主要功能是数据的调制和解调，恢复成用户的信息，bbu通过传输系统与信号收发装置建立通信连接，使得bbu和信号收发装置之间能够实现通信。

基站采用本申请所提供的信号收发装置，同样具有第一方面任一种设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请实施例中，提供了一种信号收发装置，包括至少一个插卡以及背板，插卡包括二波导板、夹设于二波导板之间的多层电路板、安装在二波导板上的天线阵列以及第一波导接口，二波导板分别与多层电路板之间都形成连接天线阵列以及第一波导接口的波导通道，背板上设置有第二波导接口，插卡以及背板通过第一波导接口以及第二波导接口之间的对接来实现波导连接。采用上述结构，使用二个波导板和多层电路板可以形成两个波导通道，每个波导通道连接一个天线阵列，由此可以提升了波导结构的集成度，在需要同样多数量的天线场景下，减少了插卡的数量，从而提升了信号收发装置的空间利用率，同时，有利于信号收发装置的散热。

附图说明

图1为现有技术中背板与收发信机插卡的一个架构逻辑框图；

图2为本申请第五代移动通信系统中的基站一个逻辑框图；

图3为本申请中基站的一个架构示意图；

图4为本申请中基站的一个应用场景示意图；

图5为本申请实施例中信号收发装置的一个结构示意图；

图6为本申请实施例中信号收发装置的另一个结构示意图；

图7为本申请实施例中插卡与背板配合的一个剖面示意图；

图8为本申请实施例中信号收发装置的一个架构逻辑框图；

图9为本申请实施例中波导转换节的一个立体结构示意图；

图10为本申请实施例中波导转换节的一个俯视图；

图11为本申请实施例中插卡的一个剖视图；

图12为本申请实施例中插卡的一个爆炸图；

图13为本申请实施例中插卡的一个波导板俯视图；

图14为本申请实施例中插卡的另一个波导板俯视图；

图15为本申请实施例中插卡的一个波导板立体结构示意图；

图16为本申请实施例中多层电路板的一个俯视图；

图17为本申请实施例中插卡侧第一波导接口的一个结构示意图；

图18为本申请实施例中插卡侧天线阵列的一个结构示意图；

图19为本申请实施例中插卡侧天线阵列的一个部分结构示意图；

图20为本申请实施例中插卡侧天线阵列的一个部分剖面示意图；

图21为本申请实施例中双波导结构的一个示意图；

图22为本申请实施例中双波导结构的另一个示意图；

图23为本申请实施例中多个双波导组合成垂直方向阵列的一个示意图；

图24为本申请实施例中多个双波导组合成垂直方向阵列的另一个示意图；

图25为本申请实施例中双波导结构的一个正视图；

图26为本申请实施例中由双波导结构构成天线面阵的一个正视图；

图27为本申请实施例中由双波导结构构成天线面阵的另一个正视图；

图28为本申请实施例中多层电路板上设置穿孔的一个立体结构示意图；

图29为本申请实施例中多层电路板上设置穿孔的一个爆炸图；

图30为本申请实施例中多层电路板上设置十字槽的一个立体构示意图；

图31为本申请实施例中多层电路板上设置十字槽的一个爆炸图；

图32为本申请实施例中波导接口形式的一个示意图；

图33为本申请实施例中背板的一个立体结构图；

图34为本申请实施例中背板与插卡盲插装配的一个示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种信号收发装置以及基站，可以提升了波导结构的集成度，在同样多数量的天线场景下，还可以减少插卡的数量，从而提升了信号收发装置的空间利用率，同时，有利于信号收发装置的散热。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应理解，本申请实施例的技术方案主要应用于无线高频的微波接入和微波回传场景，多种通信系统，例如：全球移动通讯(globalsystemofmobilecommunication，gsm)系统、码分多址(codedivisionmultipleaccess，cdma)系统、宽带码分多址(widebandcodedivisionmultipleaccess，wcdma)系统、通用分组无线业务(generalpacketradioservice，gprs)、长期演进(longtermevolution，lte)系统、lte频分双工(frequencydivisionduplex，fdd)系统、lte时分双工(timedivisionduplex，tdd)、通用移动通信系统(universalmobiletelecommunicationsystem，umts)、全球互联微波接入(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess，wimax)通信系统或第五代移动通信技术(5th-generation，5g)等，需要说明的是，本申请实施例并不限定具体的通信系统。

以5g通信系统为例，请参阅图2，图2为本申请第五代移动通信系统中的基站一个逻辑框图，如图所示，该基站包括基带单元(basebandunit，bbu)、收发信机单元和天馈单元。为了支持更大通信容量，天馈单元可以是多天线阵列，比如m行×n列的阵列天线(图1所示的即为8行×8列的天线阵列)，相应的收发信机单元包含n个通道，分别为ch0、ch1……chn(图1所示的8个通道)，每个通道分别对应一列天线。bbu与收发信机单元之间是通用公共无线接口(commonpublicradiointerface，cpri)，cpri采用数字的方式来传输基带信号，cpri定义了基站数据处理控制单元(radioequipmentcontrol，rec)与基站收发单元(radioequipment，re)之间的接口关系。收发信机单元与天馈单元之间是射频(radiofrequency，rf)接口，rf接口属于模拟信号接口。

基站通常将收发信机单元与天馈单元做成另一个射频拉远单元(remoteradiounit，rru)模块，为了实现更低成本、更小体积和更高转换效率，并支持更灵活的阵列配置，选择一种合适的rru物理实现架构非常重要，行业内已有的物理实现架构包括相控阵雷达系统中常见的“砖头架构”、“瓦片架构”和无线通信基站中常见的“一板平面架构”。

其中，“砖头架构”又称插卡架构，将收发信机单元中的一个通道和天馈单元的一列做成一个物理上的插卡，因每个插卡类似砖块而得名。插卡架构具有配置灵活以及易于扩展的特点，并通过增加模块高度降低了模块的幅面，空间利用率高，体积优势明显。另外插卡架构功放到天馈系统的传输路径短、损耗低，模块转换效率高，由于电路集成度高，散热是个大问题。

“瓦片架构”是将几个收发信机单元的前端电路与天馈单元子阵做成一个物理的模块，多个模块再拼接成完整的天馈单元，因物理实现架构类似瓦片而得名，瓦片架构需要高集成度的前端电路芯片才能实现，这类芯片通常采用互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)工艺和硅锗双极-互补金属氧化物半导体(silicon-germaniumbipolarandcomplementarymetal-oxide-semiconductor，sigebicmos)工艺，功率输出能力和功放效率都受到限制，因此大功率宏基站中一般不会使用。

“一板平面架构”则是将收发信机单元集成在一块或多块印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)上，在28g和39g频段高频基站中，16个通道收发信机单元的pcb总面积通常要大于30×50平方厘米，就是说面积远大于天馈单元5×10平方厘米。16通道收发信机单元包含16个功率放大器(poweramplifier，pa)每个pa功耗约10瓦，pa输出信号送入16个波导馈电端口，基本要求是功放到天馈单元的连接损耗尽可能小，连接成本尽可能低。因此，16个pa的物理位置都要尽量靠近16路波导馈电端口，但pa位置太靠近不利于散热，因为器件密度和热密度都超出了工程处理能力。

本申请针对插卡架构和背板架构均进行了改进，可适用于上述三种类型的架构，但并不仅限于上述三种类型的架构。此外，本申请还可应用于传送网，如无线回传产品，也可以应用到电子防务产品，如相控阵雷达前端。

请参阅图3，图3为本申请中基站的一个架构示意图，如图所示，对于基站而言，其结构可以包括rru和bbu，rru和天馈系统(天线)连接，其中，bbu和rru可以根据需要拆开使用。rru可以具体分为超外差中频rru、零中频rru和软件定义的无线电(softwaredefinedradio，sdr)理想中频rru。超外差中频rru是信号的调制和解调采用二级频谱搬移结构，也即复中频结构(所谓的超外差中频结构)，分别在数字中频通道及射频通道上各完成一次频谱搬移。零中频rru中，直接射频通道上做一次频谱搬移。sdr理想中频rru中，直接在数字中频通道上完成频谱搬移，完全处理射频频点的信号数模转换。

应理解，本申请所涉及的基站具体应用于如图4所示的场景，请参阅图4，图4为本申请中基站的一个应用场景示意图，本申请的应用场景为无线5g大功率基站rru模块，如图所示，在5g基站网络中，rru模块可以安装在室外铁塔顶部固定的抱杆上。rru模块集成了基站天馈单元和收发信机单元，上行接收移动用户的微弱信号，经过收发信机单元处理后转化为符合cpri接口标准的数字中频信号，再通过传输线缆传送给机房内的bbu模块；下行从bbu模块接收cpri接口标准的数字中频信号，经过收发信机单元处理后转化为大功率微波信号，再通过天馈单元辐射出去。而bbu的主要功能是数据的调制和解调，恢复成用户的信息。

下面将以五个部分分别详细介绍本申请中的信号收发装置。

实施例一，信号收发装置整体介绍；

请参阅图5，图5为本申请实施例中信号收发装置的一个结构示意图，如图所示，信号收发装置包括至少一个插卡10以及背板20，插卡10包括二波导板101、夹设于二波导板101之间的多层电路板102、安装在二波导板101上的天线阵列1011以及第一波导接口1013，二波导板101面向多层电路板102的一侧都开设有波导槽，多层电路板102两侧均开设置有与波导槽匹配是的金属层，其中，匹配是指金属层与波导槽相互配合形成分别位于多层电路板102两侧并连接天线阵列1011以及第一波导接口1013的双层波导通道1012。背板20上设置有第二波导接口201。插卡10以及背板20通过第一波导接口1013以及第二波导接口201之间的对接来实现波导连接。

可选地，请参阅图6，图6为本申请实施例中信号收发装置的另一个结构示意图，如图所示，插卡10还包括设置在多层电路板102上的前端电路1021，前端电路1021通过波导通道1012直接与天线阵列1011连接并用于对天线阵列1011接收或发送的射频信号进行放大处理。

本实施例中，介绍了一种信号收发装置的结构，其中，该结构主要包括插卡10和背板20，插卡10和背板20之间采用空气波导盲插形式进行连接。具体实现时，插卡10仅集成1或2个波导通道1012以及前端电路1021，这样可以降低插卡10和背板20连接的性能要求，并实现波导盲插连接创造了条件，同时尽可能地降低了插卡10的热耗，使得插卡可以通过背板10上的散热器实现自然散热。

为了便于理解，请参阅图7，图7为本申请实施例中插卡与背板配合的一个剖面示意图，如图所示，插卡10通过上下两个装配螺钉30固定到背板20上后，信号就可以从背板20上传输到插卡10上，电磁波信号通过第二波导接口201与第一波导接口1013进行传输。波导盲插连接具有一定的容差能力，即使插卡10与背板20上的波导接口安装存在错位或者有缝隙，也不影响信号的完整性。

请参阅图8，图8为本申请实施例中信号收发装置的一个架构逻辑框图，如图所示，将信号收发装置电路中绝大部分电路单元如数字中频处理、功率合成和本地振荡器(localoscillator，lo)、数模转换器(digitaltoanalogconverter，dac)、模数转换器(analogtodigitalconverter，adc)、混频器、滤波器和放大器放到背板中(即图8中间的模块)，因此背板电路的特点是数字模拟混合电路，模拟电路必须包含微波上混频器和下混频器，这样发射和接收外部接口信号才能是射频小信号。而将两个波导通道所对应的功率放大器(poweramplifier，pa)、低噪声放大器(lownoiseamplifier，lna)、环行器以及两列天线子阵列单元做成一个插卡(即图8中右侧的模块)，因此这种插卡有别于无源插卡或其它集成更多数模混合电路的有源插卡。

需要说明的是，本申请中所提供的插卡是一种只集成末级pa和第一级lna的有源插卡，也可以是集成驱动级和末级pa以及第一级和第二级lna的有源插卡，或者还可以是集成更多的前端电路但没有微波上混频器和下混频器的插卡，保证外部接口信号是射频小信号。插卡与背板之间接口信号可以是射频小信号，采用波导盲插接口进行连接。

本申请实施例中，提供了一种信号收发装置，可以使用二个波导板和多层电路板形成两个波导通道，每个波导通道连接一个天线阵列，由此可以提升了波导结构的集成度，在需要同样多数量的天线场景下，减少了插卡的数量，从而提升了信号收发装置的空间利用率，同时，有利于信号收发装置的散热。

实施例二，插卡介绍；

可选地，在上述图5所对应的实施例基础上，请再次参阅图6和图7，由图可见，前端电路1021通过波导转换节202与波导通道1012连接。波导转换节202即为基片集成波导(substrateintegratedwaveguide，siw)，具体实现方式为微带转siw再转为波导。为了便于介绍，请参阅图9以及图10，图9为本申请实施例中波导转换节的一个立体结构示意图，图10为本申请实施例中波导转换节的一个俯视图，如图所示，采用印制电路板(printedcircuitboard，pcb)、低温共烧陶瓷(lowtemperatureco-firedceramic，ltcc)或者薄膜工艺实现两排金属过孔，电磁波被限制在两排金属孔和上下金属边界形成的矩形腔内。高频应用中，由于波长过小，过于高的容差要求常常使微带线失效，波导就常用于高频情况，但是波导体积大，不易于集成。所以产生了siw，siw是介于微带与介质填充波导之间的一种传输线，兼顾了传统波导和微带传输线的优点，可实现高性能微波毫米波平面电路。

可选地，在插卡10的前端电路1021中还具体设置有lna和pa，其中，lna主要用于对天线阵列1011接收的射频信号进行低噪声放大处理，而pa主要用于对射频信号进行功率放大处理，并将功率放大后的射频信号发送至天线阵列1011。

在接收电路设计中。因为接收电路中的信噪比通常是很低的，往往信号小于噪声，通过放大器的时候，放大器自身产生的噪声太大的话非常不利于后续处理，这就要求采用低噪声放大器lna。而pa的主要功能是功率放大，以满足系统要求，最重要的指标就是输出功率大小。pa主要侧重输出功率，所以一般用在发射机的末级，而lna主要侧重噪声系数，所以一般用在发射机的前级。

可选地，插卡10所包括的二波导板101连接多层电路板102的接地平面，且二波导板101是前端电路1021的衬底，既能够为前端电路1021屏蔽干扰信号，又能够对该前端电路1021进行散热。衬底可以是金属材料，因为金属材料是热的良导体，所以前端电路1021的导热性能可以明显改善，从而延长了前端电路1021的寿命。

为了便于介绍，请参阅图11，图11为本申请实施例中插卡的一个剖视图，前端电路1021中的器件是采用表面贴装技术(surfacemounttechnology，smt)连接多层电路板102的表面，前端电路1021中的器件底部有散热焊盘，多层电路板102上开设有导热过孔1024，热量可以从焊盘上传导到导热过孔1024，再传导到波导板101上，从而实现散热。

请参阅图12，图12为本申请实施例中插卡的一个爆炸图，如图所示，以28g千兆赫兹(ghz)频段为例，插卡厚度可以是11毫米(millimeter，mm)，以39g千兆赫兹(ghz)频段为例，插卡厚度可以是8mm。本申请采用正面波导板101、多层电路板102和背面电路板101的三明治形式，将pa和lna等前端电路1021集成到正面波导板101，正面波导板101采用整块金属板机加出屏蔽腔1014和波导槽1015，作为pa和lna前端电路1021的屏蔽件和波导传输线。背面波导板101采用整块金属板机加出波导槽1015，作为pa和lna前端电路1021的散热波导板和波导传输线。二波导板101均采用焊锡工艺与多层电路板102连接起来。

以图12所示的8×2波导缝隙天线阵列为例进行说明，左侧一列的波导天馈单元包含一段波导馈线、一个1分4波导功分网络以及四个波导谐振腔，每个波导谐振腔上开两个缝隙，共形成八个开在插卡10侧面的缝隙。图12中左右两侧共两列的波导天馈单元共同组成了包含了8×2波导缝隙天线阵列的插卡10。

具体地，请参阅图13、图14以及图15，图13为本申请实施例中插卡的一个波导板俯视图，图14为本申请实施例中插卡的另一个波导板俯视图，图15为本申请实施例中插卡的一个波导板立体结构示意图，在正面波导板101和背面电路板101上分别包括一个天线阵列1011、波导通道1012、第一波导接口1013、屏蔽腔1014以及波导槽1015。屏蔽腔1014主要用于屏蔽干扰信号对前端电路1021的影响，波导槽1015主要用于与多层电路板102上的金属层相互配合，形成分别位于多层电路板102两侧并连接天线阵列1011以及第一波导接口1013的双层波导通道1012。

请参阅图16，图16为本申请实施例中多层电路板的一个俯视图，如图所示，在多层电路板102上部署有前端电路1021，即图16中两组pa和lna，此外，多层电路板102上还开设有穿孔1022，图16中的穿孔1022仅为一个示意，在实际用于中，穿孔1022数量可以是一个或一个以上，其形状可以是矩形、圆形、十字形或者其他形状，此处仅为一个示意，并不应理解为对本申请的限定。图16中多层电路板102的白色区域是介质，灰色区域是金属层1023，黑色线条则是多层电路板102的走线。

多层电路板102的正反两侧均开设置有与波导槽1015所对应的金属层1023，金属层1023具体可以是铜镀层。其中，铜镀层呈玫瑰色，性质柔软，富有延展性，易于抛光，并具有良好的导热性和导电性，铜镀层还能够提高基体金属与表面或(或中间)镀层的结合力，同时也有利于表面镀层的沉积。当铜镀层无孔时，可提高表面镀层的抗蚀性。本申请中的金属层1023-实际上就是多层电路板102上覆盖的铜箔。

需要说明的是，在实际应用中，金属层1023还可以采用其他金属作为图层，铜镀层和镍镀层仅为一个示意，并不应构成对本申请的限定。

下面将分别介绍多层电路板102中的各层电路板：

(1)顶层布线层(toplayer)设计为顶层铜箔走线，如为单面板则没有该层。

(2)底层布线层(bottomlayer)设计为底层铜箔走线。

(3)顶层/底层阻焊绿油层(top/bottomsolder)可以防止铜箔上锡，保持绝缘。在焊盘、过孔及本层非电气走线处阻焊绿油开窗。

(4)顶层/底层锡膏层(top/bottompaste)一般用于贴片元件的表面贴装技术(surfacemounttechnology，smt)回流焊过程时上锡膏，其中，前端电路1021就是通过smt组装到pcb(即多层电路板102)上的。

(5)顶层/底层丝印层(top/bottomoverlay)设计为各种丝印标识，如元件位号、字符以及商标等。

(6)机械层(mechanicallayer)设计为pcb机械外形，默认layer1为外形层。其它layer2/3/4等可作为机械尺寸标注或者特殊用途，如某些板子需要制作导电碳油时可以使用layer2/3/4等，但是须在同层标识清楚该层的用途。

(7)禁止布线层(keepoutlayer)设计为禁止布线层。

(8)中间信号层(midlayer)多用于多层板。

(9)内电层(internalplane)用于多层板。

(10)通孔层(multilayer)设计为通孔焊盘层。

(11)钻孔定位层(drillguide)设计为焊盘及过孔的钻孔中心定位坐标层。

(12)钻孔描述层(drilldrawing)为焊盘及过孔的钻孔孔径尺寸描述层。

可以理解的是，本申请中的多层电路板102可以包含上述各层电路板中的任意几层电路板，还可以根据需求设计其他的电路板层，此处不做限定。

为了便于介绍，请结合图17、图18、图19和图20，图17为本申请实施例中插卡侧第一波导接口的一个结构示意图，图18为本申请实施例中插卡侧天线阵列的一个结构示意图，图19为本申请实施例中插卡侧天线阵列的一个部分结构示意图，图20为本申请实施例中插卡侧天线阵列的一个部分剖面示意图，如图所示，以8×2的波导缝隙天线阵列为例进行介绍，插卡10中包含两个波导板101，且两个波导板101之间夹设了一块多层电路板102，且在插卡10的一个侧面形成多个第一波导接口1013，在插卡10的另一个侧面设置有两个天线阵列1011，且共包含了16个天线阵子。

本申请实施例中，提供了一种插卡，将前端电路和天线阵列都设置在插卡中，可以采用不同的天线阵列组装方案来为插卡拼装，且天线阵列大小调整可以通过配置插卡数量来实现，由此为整个信号收发装置带来较大灵活性。此外，只将前端电路和天线阵列子阵做成插卡，可以使得插卡高度低于1mm，且厚度较薄，整个卫星通信的ka频段(即26.5ghz至40ghz)都具有可实现性。进一步地，只将前端电路和天线阵列子阵做成插卡，还可以使得插卡垂直背板方向尺寸小于10mm，整个信号收发装置厚度方向尺寸低于20厘米，安装方式可延续传统的低频信号收发装置，市场接受度高。

实施例三，波导接口介绍；

可选地，在上述图5所对应的实施例基础上，天线阵列1011具体包含了两个天线子阵列，两个天线子阵列安装于二波导板101之间，且两个天线子阵列对应于波导通道1012，两个天线子阵列中的一个天线子阵列连接二波导板101中的一波导板101与多层电路板102之间形成的波导通道1012，两个天线子阵列中的另一个天线子阵列连接二波导板101中的另一个波导板101与多层电路板102之间形成的波导通道1012连接。

可选地，请参阅图21，图21为本申请实施例中双波导结构的一个示意图，如图所示，第一波导接口1013包括两组波导接口，其中，第一波导接口1013中的一组波导接口设置在插卡10的一波导板101与多层电路板102之间，第一波导接口1013中的另一组波导接口设置在插卡10的另一波导板101与多层电路板102之间。

具体地，背板20和插卡10之间通过第一波导接口1013和第二波导接口201进行连接，且插卡10中设置有双波导结构的连接部件，如图22所示，左右两个波导板101和多层电路板102表面铜皮构成两个独立的波导，即一个双波导结构集成两列天馈和天线。而在非波导区域中，多层电路板102表层焊接移相器以及延时器(truetimedelay，ttd)等前端电路1021，或pa以及lna等前端电路1021，微带通过波导转换节202与波导连接。

图21介绍了一种双波导结构，即为“三角阵”结构，这类结构可以使得相邻两列天线之间的隔离度更高。如果对天线阵列的隔离度要求不高，那么可以采用如图22所示的结构，图23为本申请实施例中双波导结构的另一个示意图，如图所示，以0.53波长的天线阵列计算，在40ghz的频段下，双波导结构的厚度b为7.6mm左右，多层电路板102的厚度为0.5mm至1mm，单边波导板101含腔深厚度a为3.4mm左右，在空腔内集成前端电路1021，物理尺寸无干涉问题。

在实际应用中，多个图21所示的双波导结构还可以构成如图23所示的结构，图23为本申请实施例中多个双波导组合成垂直方向阵列的一个示意图，而多个图22所示的双波导结构还可以构成如图24所示的结构，图24为本申请实施例中多个双波导组合成垂直方向阵列的另一个示意图，当然，还可以根据实际需求增加或者减少双波导结构的数量，从而满足天线阵列的辐射条件。

请参阅图25，图25为本申请实施例中双波导结构的一个正视图，其中，黑色部分即为天线阵列1011，空白部分即为空心的波导通道1012，且图25是一块插卡10的示意图，若需要有多个插卡10，则构成如图26和图27所示的结构，其中，图26对应的是多个图21所构成的天线面阵，也可以是图23所对应的双波导结构正视图。图27对应的多个图22所构成的天线面阵，也可以是图24所对应的双波导结构正视图。

可选地，请参阅图28和图29，图30为本申请实施例中多层电路板上设置穿孔的一个立体结构示意图，图31为本申请实施例中多层电路板上设置穿孔的一个爆炸图，如图所示，多层电路板102上设置有穿孔1022，该穿孔1022连接二波导板101分别与多层电路板102之间形成的位于多层电路板102两侧的双层波导通道1012。

可以理解的是，多层电路板102两侧波导可以是独立的，也可以是相互关联的，而在多层电路板102上开设穿孔1022之后就能够实现波导之间的关联，一种实现方式为，多层电路板102一侧波导贯穿多层电路板102后传到另一侧，其中，波导可以认为是传输高频信号的线，开设穿孔1022可以使得波导传输更具有灵活性，能够避让多层电路板102上的一些电路和布线。

可选地，请参阅图30和图31，图30为本申请实施例中多层电路板上设置十字槽的一个爆炸图，图31为本申请实施例中多层电路板上设置十字槽的一个立体构示意图，多层电路板102上设置有至少一个十字槽，至少一个十字槽都位于多层电路板102的对角线上，该对角线是指双层波导通道1012重叠区域的两两对角连接后所形成的线段，也就是一个多层电路板102具有两条对角线，至少一个十字槽只要开在同一条对角线上即可，且两个十字槽不会重叠。十字槽必须开成对角形式，位置在上下两个正交波导重叠区域的对角线上，形成双十字孔定向耦合器，开槽尺寸和位置可根据耦合器规格调整，需要注意的是，上下两对十字开槽是不一样的，这与信号走向有关。通常情况下，十字槽的个数为两个。

可以理解的是，多层电路板102两侧波导可以是独立的，也可以是相互关联的，而在多层电路板102上开设穿孔1022之后就能够实现波导之间的关联，另一种实现方式为，多层电路板102一侧波导中的信号通过多层电路板102上开槽耦合到另一侧波导，耦合的好处是可以做天线校正和测试等，耦合1％能量就能够做校正以及测试。

可选地，背板20和插卡10之间通过第一波导接口1013和第二波导接口201连接时，可以采用路径短且损耗低的波导接口，第一波导接口1013和第二波导接口201的形式为矩形波导，或，第一波导接口1013和第二波导接口201的形式为双脊波导，或，第一波导接口1013和第二波导接口201的形式为单脊波导。为了便于介绍，请参阅图32，图32为本申请实施例中波导接口形式的一个示意图，其中，图32中的(a)图为矩形波导，(b)图为双脊波导，(c)图为单脊波导。

本申请实施例中，提供了一种双波导结构，采用该双波导结构可以实现插卡和背板的波导盲插，波导盲插接口直接在插卡的波导板和背板的屏蔽盖上加工，而且无高速数据连接要求，单个插卡的连接成本较低。此外，双波导结构可以利用插卡本身的多层电路板和波导版实现路径短且损耗低的波导接口，有效地降低了波导结构的占地幅面，空间利用率较高，同时实现较高的波导转换效率。

实施例四，背板介绍；

可选地，在上述图5所对应的实施例基础上，背板20包括射频电路以及数字中频处理单元，数字中频处理单元与射频电路的一端相连，且射频电路的另一端与插卡10的一端相连，射频电路用于对射频信号进行下变频域处理并得到模拟中频信号，或对模拟中频信号进行上变频处理得到射频信号，数字中频处理单元用于将模拟中频信号转换为数字中频信号，或将数字中频信号转换为模拟中频信号。

可选地，请参阅图33，图33为本申请实施例中背板的一个立体结构图，如图所示，背板20还可以包括屏蔽盖203、背板多层电路板204以及散热器件205，背板多层电路板204的第一表面设置有屏蔽盖203，背板多层电路板204的第二表面设置有散热器件205，第一表面与第二表面为相对的两个面，屏蔽盖203用于屏蔽干扰信号，背板多层电路板204用于设置数字中频处理单元以及射频电路，散热器件205用于对背板多层电路板204进行散热处理。

收发信机电路206中的大部分电路设置在背板多层电路板204上，背板多层电路板204再安装到散热器件205上形成散热通道。收发信机电路206为了防止电磁泄露，通常都需要金属的屏蔽盖203，图33的左图是未加屏蔽盖203的图示，图33的右图为加上屏蔽盖203的图示。本申请中所指的背板由背板多层电路板204、散热器件205和屏蔽盖203共同构成。屏蔽盖203上设置有第二波导接口201。收发信机电路206通过背板多层电路板204上的微带线207连接，微带线207转成波导转换节202后与第二波导接口201连接形成信号通路，微带线207、波导转换节202波导转换节202和第二波导接口201之间的连接关系见图33，图中也标识了发射射频信号208的走向。

可选地，背板20还可以包括波导扼流槽，波导扼流槽设置于第二波导接口201的外围，插卡10与背板20之间通过带波导扼流槽的波导接口进行相互连接。波导扼流槽的主要功能是在第一波导接口1013和第二波导接口201错位时防止射频信号流失。

在微波技术中，通常把将相同传输线连接在一起的装置统称为接头，接头一般分为两大类，即同轴线接头和波导接头。对接头的基本要求是连接点的电接触可靠，不引起电磁波的反射且输入驻波比尽可能小，工作频带要宽，电磁能量不会泄漏到接头外面，而且结构要牢靠，装拆方便，容易加工等。由于本申请采用的是波导接口，因此，下面将以波导结构为例对波导扼流槽的应用进行说明。

波导之间的连接方法主要有接触连接和扼流连接两种，它们是借助于焊接在待连接波导端口上的法兰盘来实现的。法兰盘的结构形式有平法兰盘和扼流式法兰盘两种，平法兰盘要求法兰孔及波导口的位置要十分准确，表面要十分平整，如有歪斜或者凹凸不平，两段波导就会偏心，造成接触不良，在连接处产生反射波，电磁能量也会泄露出去，大功率时可能出现击穿打火的现象。平法兰盘的优点是体积小，工作频带宽，主要用于宽带波导元件和测量装置中，其驻波系数可以做到小于1.002。

扼流接头使用时，由一个具有波导扼流槽的法兰与平法兰对接而成。在具有波导扼流槽的法兰上，具有环形小槽，槽底构成一短路面，其阻抗为0，波导扼流槽实际上是一个与主波导串联连接的终端短路的1/2波长传输线。由终端短路的1/2波长传输线的性质可知，即使两段波导的接口之间的机械接触不是很平整或具有一小缝隙，它们之间仍具有十分良好的电接触。

本申请实施例中，提供了一种背板，该背板中包括了信号收发装置中的大部分电路，并将这些电路集成在背板多层电路板上，背板多层电路板一侧具有屏蔽盖，可以屏蔽干扰信号，而背板多层电路板另一侧具有散热器件，可以对背板多层电路板进行散热处理，从而并不会因为集成了更多的电路对背板的散热和信号干扰造成影响，以此提升了方案的实用性。与此同时，在第二波导接口外围设置有波导扼流槽，还能进一步防止波导盲插可能造成的射频信号泄露，由此提升了方案的传输可靠性。

实施例五，信号收发装置的实际应用和实验数据；

为了测试本申请所采用的波导盲插设计能否满足插卡与背板电性能连接的要求，对此进行了如下的测试。测试条件是频率为26.5ghz至29.5ghz的范围，模拟插拔的位置偏差情况，包括插卡与背板之间的间隙(0mm至0.6mm)，插卡安装的位置偏差(0mm至0.4mm)的几种组合情况，测试插卡的主要性能指标，其中，性能指标可以包括通道隔离度>46分贝(decibel，db)，插卡间通道隔离度>46db，插损<0.32db，回损>15db。测试时选择了插卡与背板间隙最大间隙为0.4mm，插卡安装的位置偏差x和插卡安装的位置偏差y取最大偏差值，即0.4mm，模拟测试最大偏差下的性能，可以覆盖所有可能的插拔位置偏差情况。测试数据如下表1所示。

表1

表1中的间隙即为插卡和背板的间隙值，dx1为插卡1在x方向上的偏位，dx2为插卡2在x方向上的偏位，dy1为插卡1在y方向上的偏位，dy2为插卡2在y方向上的偏位，插卡内隔离度表示同一个插卡内两个波导盲插接口间的隔离度，插卡间隔离度表示相邻两个插卡间两个波导盲插接口之间的隔离度，因此，结论是本申请所采用的波导盲插设计满足插卡与背板电性能连接的要求。

此外，本实施例中的信号收发装置热仿真结果也能满足要求，在信号收发装置热耗约700瓦的条件下，每个插卡热耗约15瓦的条件下，插卡板温度约为90.7度，关键器件pa的温度约为96.5度，因此，也满足信号收发装置的可靠性设计要求。

下面再对本申请中信号收发装置的装配方式进行介绍，请参阅图34，图34为本申请实施例中背板与插卡盲插装配的一个示意图，如图所示，插卡由波导板和多层电路板装配而成，与背板之间通过第一波导接口1013和第二波导接口201连接(如图34所示)，第一波导接口1013采用机械加工方式直接做在插卡的波导板上(如图34所示右侧单元的插卡矩形波导接口)。背板也是由波导板和背板多层电路板装配而成，波导板同时也是背板多层电路板的屏蔽部件，波导接口就是在这个屏蔽波导板上机械加工形成。插卡与背板的装配关系如图34的左侧所示，插卡通过自带的销孔40与背板上的销钉50对位配合，并通过插卡两侧的插卡固定螺钉60固定在背板上，矩形波导接口本身并设置没有法兰盘和固定螺钉，只是在背板的矩形波导接口外围设置有一圈波导扼流槽209，波导扼流槽209的结构见图34，是矩形波导接口外围的一圈扼流槽，槽离开波导接口的距离和槽的深度约为0.25波长(如果是28g频段约为2.7mm)，波导扼流槽209也是采用机械加工方式直接做在背板金属屏蔽波导板上，波导扼流槽209提供的容差功能能兼容波导接口对位时的装配误差，保证驻波、插入损耗和隔离度等电气性能达到要求，确保射频信号连接的可靠性。波导盲插接口是在已有波导板上机械加工得到，不增加额外部件，更加经济，互连成本更低。