可切换发送和接收相控阵列天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及相控阵列天线，更具体地讲，设及随高频通信系统使用的低成本有源 阵列天线。
【背景技术】
[0002] 相控阵列天线（"PAA")被安装在各种移动平台（例如，飞行器W及陆地和海上载 具）上，并且向运些平台提供经由视线或超视线通信发送和接收信息的能力。
[0003] PAA(也称作相控天线阵列）是一种包括多个子天线（通常称作组合天线的阵列元 件）的天线，其中馈送给阵列元件的各个信号的相对振幅和相位可按照对PAA的总福射图 的影响在期望的方向上被加强并且在不期望的方向上被抑制的方式来变化。换言之，可生 成波束，该波束可被指向或者引导向不同的方向。通过控制从PAA中的各个天线元件发送 或接收的信号的振幅和相位来实现发送或接收PAA中的波束指向性。
[0004] 所福射的各个信号被合成W形成PAA的相长和相消干设图。PAA可用于快速地在 方位和高度上对波束进行指向。
[0005] 不幸的是，根据PAA系统的预期用途，PAA系统通常大且复杂。另外，由于已知的 发送和接收（"T/R")模块的复杂性和功率处理，许多时候PAA设计有具有对应单独的PAA 孔径（aperture)的单独的发送模块和接收模块。运进一步增加了与PAA的成本和尺寸有 关的问题。因此，对于一些应用，用于PAA的不同部件的空间量可能有限，并且运些设计可 能过大，从而无法被装配在可分配用于PAA的空间内。
[000引因此，需要一种克服上述问题的设备。
【发明内容】
[0007] 公开了一种可切换发送和接收相控阵列天线（"STRPAA")。作为示例，该STRPAA 可包括：壳体；多层印刷布线板（"MLPWB")，在所述壳体内，具有上表面和下表面；多个福 射元件，位于MLPWB的上表面上；W及多个发送和接收（"T/R")模块，附接到MLPWB的下 表面。该STRPAA还可包括多个通孔，其中，所述多个通孔中的各个通孔穿过MLPWB并且被 配置成所述多个T/R模块中的在MLPWB的下表面上的T/R模块与所述多个福射元件中的与 该T/R模块相对设置在MLPWB的上表面上的福射元件之间的信号路径。
[0008] 在此示例中，所述多个T/R模块可与MLPWB的下表面信号通信，并且所述多个T/R 模块中的各个T/R模块可位于与位于MLPWB的上表面上的所述多个福射元件中的对应福射 元件相对的MLPWB的下表面上。另外，壳体可包括压板W及具有多个通道的蜂窝孔板。
[0009] 压板可被配置为推压所述多个T/R模块抵靠MLPWB的下表面。类似地，所述多个 福射元件被配置为大致抵靠蜂窝孔板设置。当对着蜂窝孔板设置时，所述多个元件中的各 个福射元件位于蜂窝孔板的所述多个通道中的对应通道处。
[0010] 对于本领域技术人员而言在调查W下附图和详细描述时本公开的其它装置、设 备、系统、方法、特征和优点将或者将变得显而易见。所有运些附加系统、方法、特征和优点 旨在被包括在本说明书内、本公开的范围内，并且受所附权利要求书的保护。
【附图说明】
[0011] 可通过参照附图来更好地理解本公开。图中的部件未必按比例，相反着重于示出 本公开的原理。在附图中，贯穿不同的图，相似的标号指代对应部件。
[0012] 图1是依据本发明的天线系统的实现方式的示例的系统框图。
[0013] 图2是依据本发明的图1所示的可切换发送和接收相控阵列天线（"STRPAA")的 实现方式的示例的框图。
[0014] 图3是依据本发明的图2所示的多层印刷布线板（"MLPWB")的实现方式的示例 的局部剖视图。
[0015] 图4是依据本发明的MLPWB的实现方式的示例的局部侧视图。
[0016] 图5是依据本发明的MLPWB的另一实现方式的示例的局部侧视图。
[0017] 图6是依据本发明的图2、图3、图4和图5所示的福射元件的实现方式的示例的 俯视图。
[0018] 图7A是依据本发明的图2、图4和图5所示的蜂窝孔板布局的实现方式的示例的 俯视图。
[0019] 图7B是图7A所示的蜂窝孔板的放大部分的俯视图。
[0020] 图8是依据本发明的图4和图5所示的RF分布网络的实现方式的示例的俯视图。
[0021] 图9是依据本发明的STRPAA的另一实现方式的示例的系统框图。
[0022] 图10是图9所示的T/R模块的系统框图。
[0023] 图11是依据本发明的图2所示的壳体的实现方式的打开示例的透视图。
[0024] 图12是图11所示的打开壳体的另一透视图。
[00巧]图13是依据本发明的在WAIM片未安装在蜂窝孔板的顶部的情况下图11和图12 所示的封闭壳体的透视俯视图。
[002引图14是依据本发明的在WAIM片被安装在蜂窝孔板的顶部的情况下图11、图12和 图13所示的封闭壳体的透视俯视图。
[0027] 图15是依据本发明的图11、图12、图13和图14所示的壳体的实现方式的示例的 分解透视仰视图。
[002引图16是依据本发明的沿着压板的内表面的图11所示的袋的实现方式的示例的俯 视图。
[0029] 图17是依据本发明的与多个PCB (板对板）电互连组合的图2、图4、图5、图9、图 10和图16所示的T/R模块的实现方式的示例的分解透视侧视图。
[0030] 图18是图17所示的T/R模块的分解透视俯视图。
[0031] 图19是依据本发明的图18所示的在模块载体中安装有第一功率切换MMIC、第二 功率切换MMIC和波束处理MMIC的T/R模块的透视俯视图。
[0032] 图20是依据本发明的图17、图18和图19所示的T/R模块的透视仰视图。
[0033] 图21是依据本发明的发送和接收模块陶瓷封装（"T/R模块陶瓷封装"）的实现 方式的示例的局部剖视图。
[0034] 图22是依据本发明的T/R模块陶瓷封装2204的下表面上的印刷布线组件的实现 方式的示例的示图。
[0035] 图23是示出依据本发明的在图22所示的印刷布线组件上安装波束处理匪IC和 功率切换MMIC的实现方式的示例的示图。
【具体实施方式】
[0036] 公开了一种可切换发送和接收相控阵列天线（"STRPAA")。作为示例，该STRPAA 可包括：壳体；多层印刷布线板（"MLPWB")，在所述壳体内，MLPWB具有上表面和下表面；多 个福射元件，位于MLPWB的上表面上；W及多个发送和接收（"T/R")模块，附接到MLPWB的 下表面。该STRPAA还可包括多个通孔，其中，所述多个通孔中的各个通孔穿过MLPWB并且 被配置为所述多个T/R模块中的在MLPWB的下表面上的T/R模块与所述多个福射元件中的 位于与T/R模块相对的MLPWB的上表面上的福射元件之间的信号路径。
[0037] 在此示例中，所述多个T/R模块可与MLPWB的下表面信号通信，并且所述多个T/R 模块中的各个T/R模块可位于与位于MLPWB的上表面上的所述多个福射元件中的对应福射 元件相对的MLPWB的下表面上。另外，壳体可包括压板W及具有多个通道的蜂窝孔板。
[0038] 压板可被配置为推压所述多个T/R模块抵靠MLPWB的下表面。类似地，所述多个 福射元件被配置为大致抵靠蜂窝孔板设置。当对着蜂窝孔板设置时，所述多个元件中的各 个福射元件位于蜂窝孔板的所述多个通道中的对应通道处。
[0039] 在此示例中，STRPAA是包括瓦片配置的常见孔径相控阵列天线。T/R模块可利用 平面电路配置。
[0040] 转向图1，依据本发明示出天线系统100的实现方式的示例的系统框图。在此示例 中，天线系统100可包括STRPAA 102、控制器104、溫度控制系统106和电源108。STRPAA 102可分别经由信号路径110、112和114来与控制器104、溫度控制系统106和电源108信 号通信。控制器104可分别经由信号路径116和118来与电源108和溫度控制系统106信 号通信。电源108还经由信号路径120与溫度控制系统106信号通信。
[0041] 在此示例中，STRPAA 102是相控阵列天线（"PAA")，其包括具有对应福射元件的 多个T/R模块，运些T/R模块组合起来能够通过STRPAA 102发送122和接收124信号。在 此示例中，STRPAA 102可被配置为在K波段频率范围（即，对于NATO K波段，约20細Z至 40細Z，对于IE邸K波段，18細Z至26. 5細Z)内操作。
[004引 电源108是向天线系统100中的其它单元（即，STRPAA 102、控制器104和溫度控 制系统106)供电的装置、部件和/或模块。另外，控制器104是控制天线系统100的操作 的装置、部件和/或模块。控制器104可W是处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器 ("DSP")或者可在硬件和/或软件中编程的其它类型的装置。控制器104可控制STRPAA 102的阵列指向角度、偏振、抽头W及STRPAA 102的一般操作。
[0043] 溫度控制系统106是能够控制STRPAA 102上的溫度的装置、部件和/或模块。在 操作的示例中，当STRPAA 102变热到需要某种类型的冷却的点时，它可向控制器104、溫 度控制系统106或运二者指示运种需要。该指示可W是STRPAA 102内的溫度传感器测量 STRPAA 102的操作溫度的结果。一旦溫度控制系统106或者控制器104接收到需要冷却的 指示，溫度控制系统106就可经由例如空气或液体冷却向STRPAA 102提供所需的冷却。按 照类似方式，溫度控制系统106还可控制电源108的溫度。
[0044] 本领域技术人员将理解，天线系统100的或者与天线系统100关联的电路、部件、 模块和/或装置被描述为彼此信号通信，其中信号通信是指电路、部件、模块和/或装置之 间的允许电路、部件、模块和/或装置从另一电路、部件、模块和/或装置传递和/或接收信 号和/或信息的任何类型的通信和/或连接。所述通信和/或连接可W沿着电路、部件、模 块和/或装置之间允许从一个电路、部件、模块和/或装置到另一电路、部件、模块和/或装 置传递信号和/或信息的任何信号路径，并且包括无线或有线信号路径。所述信号路径可 W是物理的，例如，导线、电磁波导、线缆、附接的和/或电磁或机械联接的端子、半导电或 介电材料或装置或者其它类似的物理连接或联接。另外，信号路径可W是非物理的，例如自 由空间（在电磁传播的情况下）或者通过数字部件的信息路径，其中在不经过直接电磁连 接的情况下按照变化的数字格式从一个电路、部件、模块和/或装置到另一电路、部件、模 块和/或装置传递通信信息。
[0045] 在图2中，依据本发明示出了 STRPAA 102的实现方式的示例的框图。STRPAA102 可包括壳体200、压板202、蜂窝孔板204、MLPWB 206、多个福射元件208、210和212、多个T/ 1?模块214、216和218、^及宽角阻抗匹配（"￥4加"）片220。在此示例中，壳体200可通 过压板202和蜂窝孔板204的组合来形成。
[0046] 蜂窝孔板204可W是金属或介电结构板，其包括穿过蜂窝孔板204的多个通道 220、222和224,其中所述多个通道沿着蜂窝孔板204限定蜂窝结构。然后，WAIM片220附 接到蜂窝孔板204的上表面或外表面。通常，WAIM片220是包括多个层的非导电材料片， 所述多个层被选择和布置W使回波损失最小化并且优化STRPAA 102与自由空间之间的阻 抗匹配，W允许改进STRPAA 102的扫描性能。
[0047] MLPWB 206 (也称作多层印刷电路板）是印刷布线板（"PWB")(也称作印刷电路 板-叩CB")，其在PWB内部包括多个轨迹层。通常，它是多个PWB的堆叠，在各个单独的 PWB的两侧上可包括蚀刻电路，其中可利用层压来将所述多个PWB设置在一起。所得MLPWB 允许比信号PWB上高许多的部件密度。
[0048] 在此示例中，MLPWB 206具有两个表面，上表面226和下表面228,在各个表面226 和228上具有蚀刻的电轨迹。所述多个T/R模块214、216和218可附接到MLPWB 206的下 表面228,所述多个福射元件208、210和212可附接到MLPWB 206的上表面226。在此示 例中，所述多个T/R模块214、216和218可分别经由多个导电材料互连230、232、234、236、 238、240、242、244和246来与MLPWB 206的下表面228信号通信。
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