[发明专利]毫米波64阵元瓦片式相控阵天线

说明书

技术领域

本发明涉及雷达系统领域，具体涉及一种基于瓦片式结构，毫米波64阵元相控阵雷达系统前端模块。

背景技术

相控阵雷达系统是雷达领域的一次革命，相比较于传统的机械式扫描，其彻底改变了雷达的空间扫描方式。相控阵雷达可通过控制各个通道幅相来控制波束的指向，也可以转动天线使雷达完成对目标的凝视。

相控阵雷达前端模块是整个系统的关键部分，一般具有成百上千个天线单元组成的天线阵列，以及每个单元天线所对应的TR组件组成，因此，整个系统对TR组件的体积要求比较严苛。传统的“砖块”结构TR组件结构较大，使得其应用推广受到了很大的局限。

发明内容

针对现有技术上的上述不足，现在特别提出一种毫米波64阵元瓦片式相控阵天线。

本发明的技术方案如下：

一种毫米波64阵元瓦片式相控阵天线，其特征在于：包括2*2 的TR组件阵列，每个TR组件子阵通道数为4*4，共64子阵通道；相控阵天线的通道间距由工作频率和天线扫描范围决定，本发明的发射天线通道间距为9.5mm。每个TR组件包括收发通道模块、电源模块、控制模块和结构腔体，电源模块与外部接口相连，电源模块与控制模块通过插针垂直互联，控制模块与收发通道模块通过金丝键合相连，3个模块依次平行放置。

收发通道模块包括16个收发通道；每个收发通道模块包括收发放大多功能电路、衰减移相放大多功能电路、电源控制电路、波控控制电路和功分器。收发放大多功能电路实现发射信号的功率放大，接收信号的低噪声放大和收发切换的功能；衰减移相放大多功能电路实现对组件的衰减、移相控制和信号放大；波控控制电路实现将波控机发出的高速串行数据转换成并行控制码，控制衰减移相电路；电源控制电路实现16个通道接收、发射电源单独可控；功分器实现16通道信号的功分或合成。

收发通道模块为一块射频集成板，包括多通道多功能集成SOC芯片、射频通道馈电网络、控制和电源馈线网络，射频集成板由多层微波板设计，多层微波板为射频集成板与FR4混压结构，集成射频通道馈电网络、控制和电源馈线网络，多功能集成SOC芯片与多层微波板由金丝键合方式互联。

电源模块中器件包括LDO和DC-DC，实现输入电源转换，转换成TR组件内部所需电源。

控制模块中器件包括FPGA，实现与波控母板的SPI通信，根据波控母板指令，控制每个通道的工作状态。

收发通道模块包括4个多功能集成SOC芯片，分别驱动16个TR收发芯片，由波控子板实现幅度相位控制、收发电源控制和工作模式切换，每个通道包含末级功率放大、接收低噪声放大、收发驱动放大、收发移相、接收衰减、收发开关和模式切换开关功能，其中TR收发芯片集成末级功放、接收低噪放、收发开关和模式选择开关，多功能集成SOC芯片集成收发移相、接收衰减、收发开关和收发驱动放大。

结构腔体包括电源板腔体和天线腔体两部分；电源模块包括电源板及低频连接器；控制模块包括控制板和低频插针；收发通道模块包括射频集成板、射频连接器、屏蔽盖；电源板装在电源板腔体中，通过低频连接器与外部连接，控制板与射频集成板装在天线腔体中，电源板与控制板通过低频插针实现互联，射频集成板与射频连接器垂直互联，通过天线实现信号的收发，这样设计瓦片式结构可以大大减小TR组件的体积。电源板上设置有电源板上器件，控制板上设置有控制板上器件。

发射时，信号由公共端口输入到16通道子阵，经1分4功分器等分成4路，分别输入到4个多功能集成SOC芯片，再由多功能集成SOC芯片等分成4路，输送到TR收发芯片进行功率放大，最后输出到天线端口。

接收时，信号由天线端口输入，经TR收发芯片的低噪声放大后输入到多功能集成SOC芯片，经驱动放大、移相和衰减后，4路合成1路，由SMP总端口输出，在子阵上再进行4路合成，由子阵的总端口输出。

收发通道模块包括16路收发通道，按照每四通道进行分区设计，发射信号经过输入功率分配网络后进入到多功能集成SOC芯片，分配成4通道进行移相、衰减和驱动放大，最后通过TR收发芯片实现最终的功率输出。接收通道信号进入模块后，通过TR收发芯片进行放大，然后进入多功能集成SOC芯片实现4通道合一输出，最后通过功率分配网络输出。

TR组件内部的三部分间存在大量的电源和控制互联接口，为减少互联接口，将TR组件的射频部分分为四个区域，并将每个区域的四个通道分为四个位号（1、2、3、4），校准模式时，每个区域同号位的TR收发芯片工作，其它位号的TR收发芯片断电。