一种瓦片式可重构功能子阵结构的制作方法

本发明涉及属于相控阵设备结构，具体涉及一种瓦片式可重构功能子阵结构。

背景技术：

1、所谓瓦片式架构，也称为片式架构，是将有源电路平面与阵面孔径平面相平行，采用分层叠加结构，将多个通道相同功能的芯片或电路集成在数个平行放置的瓦片上，然后垂直互连。瓦片式子阵利用高密度组装技术，大幅度减小了纵向高度、重量与成本，但是需要新颖的互连技术，完成各层之间、子阵模块与信号分配背板之间的信号交换。此外还需要处理好中间层热设计、测试性与维修性设计。

2、对于x频段以上的高频段阵面，阵列单元间距小，常规采用刀片式子阵结构。随着阵面高集成度、轻薄化、多功能的需求增加，阵面深度方向上的层叠瓦片式子阵应用需求越来越大，而目前常见的高频段瓦片式子阵结构，在天线扩展、内部互连等方面存在问题，具体体现在：

3、(1)瓦片式阵面在后端进行瓦片式功能布置，前端的天线采用阵列天线加扩展层的结构形式，将后端的可利用空间向外扩展，减小瓦片式子阵的在空间布局上的设计难度。但这种方式会增加天线到tr组件的连接转换插损，同时扩展层需要在每个阵面中都要重新设计，瓦片式子阵的模块化、可扩展性受到影响，阵面尺寸也会变大，不符合小型化、轻量化的设计理念；

4、(2)瓦片式子阵在内部层间互联时使用ssmp，矩形连接器等常规的射频、供电、信号连接器，压缩了功能器件的布局空间，层与层之间的厚度尺寸增加，不符合高集成度、轻薄化的设计理念；

5、(3)瓦片式子阵在对外互联时，无法进行光信号的盲插连接，一般在瓦片式子阵连接完成后，手动连接光纤连接器；

6、(4)瓦片式子阵一般采用强制风冷散热或者相变散热，散热能力有限，没有能达到单个瓦片式子阵热耗2.5kw的子阵结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种瓦片式可重构功能子阵结构。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种瓦片式可重构功能子阵结构，包含天线层、组件层、冷板层、变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层、后盖转接层，按照顺序依次布置，其中天线层、组件层安装在冷板层一侧，变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层和后盖转接层安装在冷板层另一侧，嵌套在冷板层内部；天线层、组件层、冷板层、变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层之间的信号传输均采用毛纽扣连接器。

3、进一步的，天线层包括结构金属天线阵元和天线安装板，金属天线阵元之间紧密贴合，每个天线阵元配有双路通道，整个天线层有呈8×8阵列排布的64个天线阵元，128路通道，天线阵元通过销螺钉安装在天线安装板上，天线安装板上布置有天线阵元安装孔和与天线阵元双路通道对应的毛纽扣连接器。

4、进一步的，组件层包括结构组件印制板和组件芯片，共有16块组件芯片排布在印制上，其中芯片排布在印制板中心对称的四个区域，中间留有一条十字通道，在十字通道上布置有毛纽扣连接器焊盘和组件层安装孔。

5、进一步的，冷板层包括冷板框架、流体连接器、定位销钉和锁定机构，冷板框架一端为组件层和变频层的散热面，在散热面上四周布置有毛纽扣电连接器开孔，天线层固定用安装开孔，中间布置有十字型射频毛纽扣连接器开孔；

6、冷板框架内部布置有4处安装凸台，安装凸台上留有定位销钉孔和安装螺钉孔；冷板框架内部布置有散热流道，冷板框架钎焊成型，冷板散热能力为2.5kw；

7、流体连接器、定位销钉布置在冷板框架的一侧，流体连接器对角布置，定位销钉对角布置，定位销钉旁留有可重构功能子阵安装螺钉孔，定位销钉的侧边布置有导向槽，在导向槽路径上布置有锁定机构；

8、锁定机构包括结构簧片和盖板，簧片材料为几字型铍青铜，具有伸缩量，在可重构功能子阵滑动过程中滑过固定凸台后弹出，阻止可重构子阵由于流体连接器的回弹力被动弹出。

9、进一步的，变频层包括变频板和变频板结构框架，其中变频板芯片朝向冷板层，由冷板层为其散热，变频板结构框架布置在变频板另一侧，变频板框架安装支脚穿过变频板与冷板框架固定连接。

10、进一步的，巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层，各层均由印制板和印制板框架组成，每个印制板框架均集成毛纽扣连接器、固定安装凸台、定位销钉，各层之间依次堆叠安装，安装螺钉位置交错布置在四周。

11、进一步的，后盖转接层包括结构后盖印制板和后盖框架，后盖框架上集成毛纽扣连接器，光纤滑插连接器，滑插连接器导向楔块，实现射频信号、供电信号、控制信号、光信号整体对外传输。

12、进一步的，安装时先将天线层与组件层安装为一个整体，然后在冷板层内部安装螺钉将天线层与组件层形成的整体锁紧，组件层与冷板层之间安装垫块，防止在锁紧时压力过大将组件层芯片损坏，垫块高度大于组件芯片高度，保证锁紧后组件层芯片与冷板层的间隙值在组件层芯片粘贴的导热衬垫弹性压缩范围内；变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光层一电层依次安装在冷板侧，变频层与冷板层底部接口安装，螺纹固定；巴伦层与冷板内壁凸台安装，螺钉固定；rfsoc层安装在巴伦层上，电源层安装在rfsoc层上，光电层安装在电源层上，后盖转接层安装在光电层上，保证各层之间的毛纽扣的连接紧密。

13、本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)瓦片式可重构子阵包含前端天线、tr组件层、各个功能层、后盖转接层，是一个独立的功能子阵，天线层集成在功能子阵内部，可同步进行子阵的扩展，方便天线层的设计，天线层与组件层之间无用于转接的扩展层结构，减少天线到tr组件的连接转换插损。(2)瓦片式子阵在内部层间互联时使用毛纽扣连接器，毛纽扣连接器的厚度尺寸根据各功能层之间的框架厚度定制，不会额外增加层与层之间的厚度尺寸，使得瓦片式功能子阵更加轻薄；(3)瓦片式子阵在对外互联时，光信号输出专门设计了滑动盲插式光纤连接器，使得瓦片式可重构功能子阵与其对接的母板之间完全实现盲插互连；(4)瓦片式子阵采用两相液冷却散热，散热能力可以达到2.5kw，组件散热区域的热流密度约为200w/cm2。

技术特征：

1.一种瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，包含天线层、组件层、冷板层、变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层、后盖转接层，按照顺序依次布置，其中天线层、组件层安装在冷板层一侧，变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层和后盖转接层安装在冷板层另一侧，嵌套在冷板层内部；天线层、组件层、冷板层、变频层、巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层之间的信号传输均采用毛纽扣连接器。

2.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，天线层包括结构金属天线阵元和天线安装板，金属天线阵元之间紧密贴合，每个天线阵元配有双路通道，整个天线层有呈8×8阵列排布的64个天线阵元，128路通道，天线阵元通过销螺钉安装在天线安装板上，天线安装板上布置有天线阵元安装孔和与天线阵元双路通道对应的毛纽扣连接器。

3.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，组件层包括结构组件印制板和组件芯片，共有16块组件芯片排布在印制上，其中芯片排布在印制板中心对称的四个区域，中间留有一条十字通道，在十字通道上布置有毛纽扣连接器焊盘和组件层安装孔。

4.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，冷板层包括冷板框架、流体连接器、定位销钉和锁定机构，冷板框架一端为组件层和变频层的散热面，在散热面上四周布置有毛纽扣电连接器开孔，天线层固定用安装开孔，中间布置有十字型射频毛纽扣连接器开孔；

5.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，变频层包括变频板和变频板结构框架，其中变频板芯片朝向冷板层，由冷板层为其散热，变频板结构框架布置在变频板另一侧，变频板框架安装支脚穿过变频板与冷板框架固定连接。

6.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，巴伦层、rfsoc层、电源层、光电层，各层均由印制板和印制板框架组成，每个印制板框架均集成毛纽扣连接器、固定安装凸台、定位销钉，各层之间依次堆叠安装，安装螺钉位置交错布置在四周。

7.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，后盖转接层包括结构后盖印制板和后盖框架，后盖框架上集成毛纽扣连接器，光纤滑插连接器，滑插连接器导向楔块，实现射频信号、供电信号、控制信号、光信号整体对外传输。

8.根据权利要求1所述的瓦片式可重构功能子阵结构，其特征在于，安装时先将天线层与组件层安装为一个整体，然后在冷板层内部安装螺钉将天线层与组件层形成的整体锁紧，组件层与冷板层之间安装垫块，防止在锁紧时压力过大将组件层芯片损坏，垫块高度大于组件芯片高度，保证锁紧后组件层芯片与冷板层的间隙值在组件层芯片粘贴的导热衬垫弹性压缩范围内；

技术总结
本发明提供一种瓦片式可重构功能子阵结构，包含天线层、组件层、冷板层、变频层、巴伦层、RFSOC层、电源层、光电层、后盖转接层，按照顺序依次布置，其中天线层、组件层安装在冷板层一侧，变频层、巴伦层、RFSOC层、电源层、光电层和后盖转接层安装在冷板层另一侧，嵌套在冷板层内部；天线层、组件层、冷板层、变频层、巴伦层、RFSOC层、电源层、光电层之间的信号传输均采用毛纽扣连接器。本发明功能集成度高，实现了光信号、控制信号、射频信号一体化传输。

技术研发人员：田野,刘东,王坚,王成非,顾鹏
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七二三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24