一種射頻發(fā)射模塊、組件、相控陣天線及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高頻發(fā)射裝置，尤其涉及一種基于超寬帶功率放大器芯片的射頻發(fā)射模塊、組件、相控陣天線及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的微波發(fā)射組件體積大、功耗大、質(zhì)量大、功能簡單、電路集成度較低，且工作頻率較低，基本工作于，如C波段、X波段和Ku波段等，已經(jīng)無法滿足雷達(dá)和電子對抗設(shè)備工作頻率不斷提高的要求。
[0003]如授權(quán)公告號為CN203299374U的中國實(shí)用新型專利“Ku波段4路發(fā)射組件”公開了一種工作于Ku波段的4通道發(fā)射組件，其沒有模塊化，各發(fā)射通道不能獨(dú)立控制，質(zhì)量較重，達(dá)到450克，尺寸也較大，不利于多模塊集成形成相控陣?yán)走_(dá)。
[0004]現(xiàn)有微波發(fā)射組件以單功能芯片集成為主，亦有采用分立器件實(shí)現(xiàn)的，其集成度、體積、重量、功耗、散熱能力方面存在劣勢。微波通信和雷達(dá)探測所用電磁波頻率越來越高，波長越來越短，就必須縮小發(fā)射機(jī)的尺寸?，F(xiàn)有的平面微電子組裝密度已接近理論上的極限，已不能滿足新一代通信系統(tǒng)、微波或毫米波雷達(dá)的應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決目前微波發(fā)射組件工作頻率低、體積和重量大、散熱性能差和各發(fā)射通道不能獨(dú)立控制，無法滿足微波通信系統(tǒng)要求的技術(shù)問題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供一種基于超寬帶功率放大器芯片的射頻發(fā)射模塊，包括第一推動(dòng)級放大器、功分網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)發(fā)射通道、電源模塊和波控微波子板；
[0007]射頻信號依次經(jīng)所述第一推動(dòng)級放大器和所述功分網(wǎng)絡(luò)后分成四路，四路射頻信號分別送至四個(gè)所述發(fā)射通道；
[0008]各所述發(fā)射通道包括數(shù)字移相器和發(fā)射天線，所述波控微波子板分別連接各發(fā)射通道的所述數(shù)字移相器，各數(shù)字移相器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的相位調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值或期望值后送至所述發(fā)射天線。
[0009]進(jìn)一步地，還在所述數(shù)字移相器上集成有數(shù)字衰減器，所述波控微波子板還分別連接各所述數(shù)字衰減器，各數(shù)字衰減器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的增益調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值或期望值后送至所述發(fā)射天線。
[0010]進(jìn)一步地，還在各所述發(fā)射通道中設(shè)有第二推動(dòng)級放大器，所述第二推動(dòng)級放大器的輸入端連接所述數(shù)字移相器的輸出端，第二推動(dòng)級放大器的輸出端連接所述發(fā)射天線。
[0011 ]進(jìn)一步地，還在各所述發(fā)射通道中設(shè)有末級放大器，所述末級放大器的輸入端連接所述第二推動(dòng)級放大器的輸出端，末級放大器的輸出端連接所述發(fā)射天線。
[0012]進(jìn)一步地，所述末級放大器由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0013]進(jìn)一步地，所述第二推動(dòng)級放大器由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0014]進(jìn)一步地，所述第一推動(dòng)級放大器由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0015]進(jìn)一步地，所述數(shù)字移相器為六位數(shù)字移相器。
[0016]進(jìn)一步地，所述射頻發(fā)射模塊的工作波段為K波段或Ka波段。
[0017]進(jìn)一步地，所述波控微波子板包括檢測單元、計(jì)算單元、驅(qū)動(dòng)電路和接口電路，所述接口電路分別連接到上位機(jī)、所述檢測單元和所述計(jì)算單元;所述檢測單元分別連接至所述數(shù)字移相器和數(shù)字衰減器，用于實(shí)時(shí)檢測射頻信號相移量和衰減量，并將檢測結(jié)果通過所述接口電路送至所述計(jì)算單元;所述計(jì)算單元連接所述驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)來自所述上位機(jī)的預(yù)設(shè)的射頻信號相位值及增益值和來自所述檢測單元的檢測結(jié)果，通過所述驅(qū)動(dòng)電路將流經(jīng)所述數(shù)字移相器的各路所述射頻信號的相位和流經(jīng)所述數(shù)字衰減器的各路所述射頻信號的增益調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值或期望值。
[0018]另一方面，本發(fā)明提供一種基于超寬帶功率放大器芯片的射頻發(fā)射組件，包括兩個(gè)上述的射頻發(fā)射模塊，兩個(gè)所述的射頻發(fā)射模塊面對面互為鏡像地貼合在一起。
[0019]進(jìn)一步地，兩個(gè)所述射頻發(fā)射模塊之間設(shè)有導(dǎo)熱孔。
[0020]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)熱孔中設(shè)有導(dǎo)熱棒。
[0021]又一方面，本發(fā)明提供一種相控陣天線，所述相控陣天線包括η組上述的射頻發(fā)射組件，η為8或8的整數(shù)倍；
[0022]各所述射頻發(fā)射組件并排固定在一外殼中，以形成所述相控陣天線。
[0023]再一方面，本發(fā)明提供一種制造相控陣天線的方法，包括如下步驟:
[0024](I)形成射頻發(fā)射模塊:所述射頻發(fā)射模塊包括設(shè)于微波電路基片上的第一推動(dòng)級放大器、功分網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)發(fā)射通道、電源模塊和波控微波子板；
[0025]射頻信號依次經(jīng)所述第一推動(dòng)級放大器和所述功分網(wǎng)絡(luò)后分成四路，四路射頻信號分別送至四個(gè)所述發(fā)射通道；
[0026]各所述發(fā)射通道包括數(shù)字移相器和發(fā)射天線，所述波控微波子板分別連接各發(fā)射通道的所述數(shù)字移相器，各數(shù)字移相器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的相位調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值或期望值后送至所述發(fā)射天線；
[0027]所述微波電路基片安裝在基板上；
[0028](2)形成射頻發(fā)射組件:所述射頻發(fā)射組件由步驟(I)中兩個(gè)所述射頻發(fā)射模塊面對面互為鏡像地貼合而成；
[0029](3)形成相控陣天線:所述相控陣天線由步驟(2)中η組所述射頻發(fā)射組件并排固定在一外殼中組合而成，η為8或8的整數(shù)倍。
[0030]進(jìn)一步地，步驟(I)中所述微波電路基片由低溫共燒硅鋁陶瓷材料制成，所述微波電路基片對稱且等相位。
[0031 ]進(jìn)一步地，步驟(I)中所述基板由招碳化娃或可伐合金材料制成。
[0032]進(jìn)一步地，還在步驟(I)中所述數(shù)字移相器上一體提供數(shù)字衰減器，所述波控微波子板還分別連接各所述數(shù)字衰減器，各數(shù)字衰減器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的增益調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)值或期望值后送至所述發(fā)射天線。
[0033]進(jìn)一步地，還在步驟(I)中各所述發(fā)射通道中提供第二推動(dòng)級放大器和末級放大器，所述第二推動(dòng)級放大器的輸入端連接所述數(shù)字移相器的輸出端，第二推動(dòng)級放大器的輸出端連接所述末級放大器的輸入端，所述末級放大器的輸出端連接所述發(fā)射天線。
[0034]進(jìn)一步地，步驟(I)中所述第一推動(dòng)級放大器、第二推動(dòng)級放大器和末級放大器均由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0035]進(jìn)一步地，步驟(2)中兩個(gè)所述射頻發(fā)射模塊之間形成導(dǎo)熱孔，在所述導(dǎo)熱孔中插入導(dǎo)熱棒。
[0036]本發(fā)明以四通道的射頻發(fā)射模塊為基礎(chǔ)，將兩個(gè)四通道的射頻發(fā)射模塊鏡像貼合在一起形成八通道射頻發(fā)射組件，，并在兩個(gè)四通道的射頻發(fā)射模塊之間設(shè)有導(dǎo)熱孔，通過8個(gè)或8的整數(shù)倍的八通道射頻發(fā)射組件并排組裝形成64通道或64的整數(shù)倍通道的波速電掃描相控陣天線，具有體積小，集成度高，功耗小，散熱能力好等優(yōu)點(diǎn);可在功分網(wǎng)絡(luò)前設(shè)置第一推動(dòng)級放大器，在數(shù)字移相器后設(shè)置第二推動(dòng)級放大器和末級放大器，各級功放均由超寬帶功率放大器芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片使用低壓電源，成本低，非線性特性好，便于實(shí)現(xiàn)功率合成，且芯片體積小，集成度高;通過分腔、分模塊方式解決自激問題，可靠性高;使用數(shù)字移相器，由波控微波子板控制數(shù)字移相器的相移，從而實(shí)現(xiàn)微波發(fā)射波束的電掃描，具有控制簡單，無需D/A轉(zhuǎn)換單元、重復(fù)性好、功耗低、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；發(fā)射機(jī)組件采用低溫共燒陶瓷基板和單片微波集成電路板復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給低頻供電和控制線以及RF信號分層提供了便利，基板加工精度和通孔尺寸也保證了布局的可實(shí)現(xiàn)性，使用硅鋁陶瓷材料進(jìn)行射頻基板制作，具有重量輕、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱能力強(qiáng)、易于加工等優(yōu)勢，涉及的復(fù)合基板結(jié)構(gòu)對供電、控制都進(jìn)行了層間隔離，所有電氣連接通孔都使用雙孔實(shí)現(xiàn)，保證整個(gè)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的四通道射頻發(fā)射模塊一個(gè)實(shí)施例的原理框圖；
[0038]圖2為圖1中波控微波子板一個(gè)實(shí)施例的原理框圖；
[0039]圖3為本發(fā)明的四通道射頻發(fā)射模塊在微波電路基片上的平面布置示意圖。
[0040]圖中:第一推動(dòng)級放大器i;功分網(wǎng)絡(luò)2;數(shù)字移相衰減器3;第二推動(dòng)級放大器4;末級放大器5;發(fā)射天線6;波控微波子板7;電源模塊8;低頻接插口 9;射頻接口 10;導(dǎo)熱孔11;發(fā)射通道12;微波電路基片13;基板14。
[0041]
【具體實(shí)施方式】
[0042]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0043]如圖1所示，為本發(fā)明四通道射頻發(fā)射模塊的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖。射頻信號經(jīng)輸入端進(jìn)入第一推動(dòng)級放大器1，經(jīng)第一推動(dòng)級放大器I放大后送至一分四的功分網(wǎng)絡(luò)2，將一路射頻信號分為四路，每路由數(shù)字移相衰減器3、第二推動(dòng)級放大器4、末級放大器5和發(fā)射天線6構(gòu)成一個(gè)發(fā)射通道，分別形成發(fā)射通道一至發(fā)射通道四，波控微波子板7分別連接到四路數(shù)字移相衰減器3，電源模塊8為四通道射頻發(fā)射模塊提供電源。其中數(shù)字移相衰減器3采用集成式器件，將6位數(shù)字移相器與數(shù)字衰減器集成在一起，以減小體積;第一推動(dòng)級放大器1、第二推動(dòng)級放大器4和末級放大器5均由超寬帶功率放大器芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片使用低壓電源，成本低，非線性特性好，便于實(shí)現(xiàn)功率合成，且芯片體積小，集成度高。在一個(gè)實(shí)施例中，第一推動(dòng)級放大器I的增益為20dB;功分網(wǎng)絡(luò)2采用功分芯片實(shí)現(xiàn)，功分損耗<2dB，隔離度2 18dB;數(shù)字移相衰減器3的移相位數(shù)為6bit，移相精度<4°，衰減為5dB;推動(dòng)級放大器4增益為20dB，末級放大器5增益為24dB。
[0044]如圖2所示，為圖1中波控微波子板7的一個(gè)實(shí)施例的原理框圖，包括檢測單元、計(jì)算單元、驅(qū)動(dòng)電路和接口電路，接口電路分別連接到上位機(jī)、檢測單元和計(jì)算單元;檢測單元連接至數(shù)字移相衰減器3，用于實(shí)時(shí)檢測射頻信號相移量和衰減量，并將檢測結(jié)果通過接口電路送至計(jì)算單元;計(jì)算單元連接驅(qū)動(dòng)電路，用于根據(jù)來自上位機(jī)的預(yù)設(shè)的射頻信號相位值及增益值和來自檢測單元的檢測結(jié)果，通過驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)字移相衰減器3的相位和衰減量調(diào)節(jié)至期望值。對應(yīng)每個(gè)數(shù)字移相衰減器3具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，即包括驅(qū)動(dòng)電路一至驅(qū)動(dòng)電路四。
[0045]如圖3所示，四通道射頻發(fā)射模塊的四個(gè)發(fā)射通道12均勻布置在微波電路基