[发明专利]基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵

说明书

本发明提出一种基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵。该有源相控阵子阵包括天线子阵、收发电路板、金属散热壳体；所述天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元组成；所述收发电路板与全部双层宽带微带贴片辐射单元层叠设置，采用多层混压板结构将相应的M×N路收发通道、控制电源分配、功分合成网络集成一体，其中，位于同一分区位置的多路收发通道集成在收发电路板上的一片塑封硅基TR芯片中，形成瓦片式结构；所述塑封硅基TR芯片与金属散热壳体之间设置有热传导金属路径。本发明系统可靠性高，形成可自由拼接的标准化有源相控阵子阵，为构架任意规模相控阵提供了便利。

技术领域

本发明属于相控阵雷达技术领域，涉及一种瓦片式有源相控阵子阵。

背景技术

现有常见两维相控阵分别是砖块式和瓦片式，两者之间的区别在于TR组件排列方向与阵面关系。砖块式TR组件与阵面垂直，虽TR组件间距受到限制，但垂直维可以增加尺寸进行器件排布。瓦片式TR组件排布与阵面平行，也就是说器件排布的最大面积受到天线辐射单元间距限制，这点对TR组件尺寸提出苛刻的要求。两者相比，砖块式实现难度较小，但尺寸(特别是垂直方向)较大，体积大，质量重，目前大多数两维阵采用这种方式。

传统砖块式和瓦片式TR组件采用多个射频芯片(例如功率放大器、低噪声放大器、移相器、衰减器、微波开关等)及数字芯片组成，尺寸大，成本高，很难适应两维相控阵天线的需求。芯片式射频前端成为目前相控阵天线发展的趋势，这种前端的关键在于芯片式TR的研制，即一个芯片内包含完整单通道或多通道TR组件所需的全部功能。

随着硅基半导体技术在微波领域的大范围使用，集成度高的硅基微波TR 芯片出现，这类芯片单片可以实现多通道TR，具有低噪放、功率放大器、开关、移相衰减、驱动等多个功能，集成度很高，理论上相较于传统方案在成本和技术指标上均有优势，芯片式相控阵也成为了目前相控阵天线发展的主流趋势。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具有低成本、高集成度、模块化、散热能力强、可靠性高的基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵。

为了实现以上目的，本发明提出以下方案：

基于塑封硅基TR芯片的瓦片式有源相控阵子阵，包括：天线子阵、收发电路板、金属散热壳体；

所述天线子阵由M×N个双层宽带微带贴片辐射单元组成；

所述收发电路板与全部双层宽带微带贴片辐射单元层叠设置，采用多层混压板结构将相应的M×N路收发通道、控制电源分配、功分合成网络集成一体，其中，位于同一分区位置的多路收发通道集成在收发电路板上的一片塑封硅基TR芯片中，形成瓦片式结构；

所述塑封硅基TR芯片与金属散热壳体之间设置有热传导金属路径。

进一步地，所述M×N个双层宽带微带贴片辐射单元相应通过M×N 个绝缘子与收发电路板垂直互联形成整体。

进一步地，所述塑封硅基TR芯片下方的收发电路板印制板上设置有多个铜浆填塞的过孔，用于将塑封硅基TR芯片工作产生的热量传导至金属散热壳体。

进一步地，所述塑封硅基TR芯片集成的功能模块包括射频开关、平衡式功率放大器、限幅低噪声放大器、6位数控移相器、6位数控衰减器和驱动放大器；并集成了SPI调试接口、波控接口、电源调制接口。

进一步地，所述收发电路板上除了多片塑封硅基TR芯片之外，还包括功分合成网络以及数字控制电路。

进一步地，所述双层宽带微带贴片辐射单元共有16个，并组成4×4 的天线子阵；相应的，所述收发电路板上的塑封硅基TR芯片共有4片，每片硅基TR芯片有四路收发通道，能够完成接收信号放大和相位幅度调整，并将发射信号移相放大输出。

进一步地，所述塑封硅基TR芯片为工作在X波段的单片集成四通道 TR芯片。