一种超宽带高集成可扩展子阵母板的制作方法

本发明属于雷达天线，尤其涉及一种超宽带高集成可扩展子阵母板。

背景技术：

1、相控阵雷达是采用相控阵天线的雷达，通过电控扫描实现波束的快速扫描。天线阵面是相控阵雷达设备中用以接收和发射电磁波的重要组成部分，实现波束实时变化、小信号放大接收、宽带发射等功能。为实现多功能雷达电子设备所需的探测、干扰、侦收、通信等功能及性能需求，天线阵面中除天线、馈线网络等基本构件外，还需要包含发射、接收链路中所用的放大、控制、移相、延时、衰减等多种有源器件。模块化设计是天线阵面的重要发展趋势，通过将天线阵面的基本功能集成后形成不同功能模块，可大幅度提升天线阵面的可扩展性和维修性。天线阵面最重要的功能模块为模拟有源子阵，其主要功能为：在接收时，放大和接收外界信号，并将射频信号进行分类合成，送至后端处理；在发射时，将网络送来的射频信号，分类放大后分配至天线单元形成辐射至空间的电磁波。有源子阵由tr组件、延时放大组件、波控模块、射频功分器网络及二次电源等组成，各个组成部分为单独模块，互相之间通过连接器和电缆互联。

2、现阶段有源子阵主要存在的问题是：1)体积重量较大，尺寸常常超出电口径限制，降低了天线阵面的可扩展性和使用灵活性；2)内部组件采用线缆互连，带来了较多的损耗，导致子阵性能降低的同时使子阵散热负担过重。下一代雷达电子设备的天线阵面应向高集成化发展，将更多有源器件集成至更小空间内，使得天线阵面口径与子阵射频接口一一对应，可减少互联损耗，有效提高阵面口径效率，更重要的是使得天线阵面具有扩展性，具备可重构能力；另一方面，雷达设备较高的工作频率、较大的扫描范围、更多极化形式、收发双工等功能需求，也使得天线阵面需要在更小的空间内集成更多有源器件。高集成有源子阵母板技术是一种可行且有效的发展方向，其通过将芯片化的tr组件、延时放大组件、二次电源等功能组件集成到一块子阵母板上，可显著地降低有源子阵的体积重量，是亟需持续技术突破的雷达硬件发展方向。

技术实现思路

1、为此，本发明提出了一种超宽带高集成可扩展子阵母板，主要解决了雷达天线阵面有源子阵的高集成、小型化、可扩展、高性能的设计难题。将tr组件、延时放大组件、二次电源、波控驱动、射频功率分配合成网络等功能模块集成设计到一块子阵母板中，通过混压高低频印制板实现各类信号的互联和集成，并且针对高集成设计后出现的印制板架构布局、器件高效散热、射频宽带连接、印制板加工难题，提出了相应的解决措施。可以实现有源子阵布置在阵面口径内的高集成设计，实现宽带高性能、多功能的同时具有可扩展性。

2、本发明的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，包括24个双通道tr组件，2个延时放大组件，7个二次电源模块，波控驱动器件以及双极化功分网络，子阵母板内控制和电源信号的传输通过混压印制板的低频部分实现，双极化功分网络通过混压印制板的高频部分实现。

3、进一步地，混压印制板中挖了深度不同的两个腔体，将高度高的器件焊接在深腔体中，高度低的器件焊接在浅腔体中。

4、进一步地，所述混压印制板高频部分使用三阶威尔金森功分器实现超宽带功分网络功能。

5、进一步地，由于高度限制和信号连接的需要，混压印制板低频部分在下方，高频部分在上方。

6、进一步地，子阵母板射频信号通过侧方连接至射频连接器，并在子阵母板射频连接位置上方挖腔露出带状线，过渡为微带线，在下方同样进行挖腔，露出射频地，射频连接器固定于金属结构外壳，结构外壳和子阵母板下方挖腔进行导电接触，实现射频接地需要。

7、进一步地，所述子阵母板在tr组件和延时放大组件下方进行铜块填充，铜块的上下面和印制板平齐。

8、进一步地，通过延时放大组件和子阵母板耦合，将8λ和16λ延时绕线布置在子阵母板射频带状线层内。

9、本发明的有益效果在于

10、1、针对超宽带子阵母板的设计，集成24个tr组件、2个延时放大组件、7个2次电源、双极化功分网络，显著提高了有源子阵的集成度，空间尺寸显著降低。

11、2、在设计tr组件散热时，通过印制板埋铜导热，将热量通过tr组件下方传到至结构冷板，通过液冷实现高效率散热。

12、3、在设计射频功分网络使用低阻抗传输功分网络设计，在降低了射频印制板厚度的同时，实现了可加工性。

13、4、针对不同高度的器件，设计使用不同种类印制板挖腔，使器件焊接在腔体中，实子阵母板高度仅5.5mm的超低高度，实现在单元间距内可扩展的功能需求。

14、5、针对射频焊接处，进行双面开槽设计，实现良好的射频接地功能，保证超宽带连接阻抗匹配。

15、6、延时放大组件大位延时态延时绕线集成在子阵母板中，降低了延时放大组件设计难度，同时减小延时放大组件尺寸，保证了bga焊接可靠性。

技术特征：

1.一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：子阵母板包括24个双通道tr组件，2个延时放大组件，7个二次电源模块，波控驱动器件以及双极化功分网络，子阵母板内控制和电源信号的传输通过混压印制板的低频部分实现，双极化功分网络通过混压印制板的高频部分实现。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：混压印制板中挖了深度不同的两个腔体，将高度高的器件焊接在深腔体中，高度低的器件焊接在浅腔体中。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：所述混压印制板高频部分使用三阶威尔金森功分器实现超宽带功分网络功能。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：由于高度限制和信号连接的需要，混压印制板低频部分在下方，高频部分在上方。

5.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：子阵母板射频信号通过侧方连接至射频连接器，并在子阵母板射频连接位置上方挖腔露出带状线，过渡为微带线，在下方同样进行挖腔，露出射频地，射频连接器固定于金属结构外壳，结构外壳和子阵母板下方挖腔进行导电接触，实现射频接地需要。

6.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：所述子阵母板在tr组件和延时放大组件下方进行铜块填充，铜块的上下面和印制板平齐。

7.根据权利要求1所述的一种超宽带高集成可扩展子阵母板，其特征在于：通过延时放大组件和子阵母板耦合，将8λ和16λ延时绕线布置在子阵母板射频带状线层内。

技术总结
高集成有源子阵母板技术通过将芯片化的TR组件、延时放大组件、二次电源等功能组件集成到一块子阵母板上，可显著地降低有源子阵的体积重量，是亟需持续技术突破的雷达硬件发展方向。本发明提出了一种超宽带高集成可扩展子阵母板，将TR组件、延时放大组件、二次电源、波控驱动、射频功率分配合成网络等功能模块集成设计到一块子阵母板中，通过混压高低频印制板实现各类信号的互联和集成，并且针对高集成设计后出现的印制板架构布局、器件高效散热、射频宽带连接、印制板加工难题，提出了相应的解决措施。可以实现有源子阵布置在阵面口径内的高集成设计，实现宽带高性能、多功能的同时具有可扩展性。

技术研发人员：刘垄,李树良,李晓鲲,闵应存,吴鸿超
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15