[发明专利]表贴式平板有源相控阵天线系统架构

说明书

本发明公开的一种表贴式平板有源相控阵天线系统架构，旨在提供一种同时在纵向维度和横向维度进行集成的天线系统架构，以实现有源相控阵天线的低剖面、轻量化、低成本。本发明通过下述技术方案予以实现：在横向维度上，多功能母板中的天线阵面层、低频供电、控制功能层、波束形成网络层和器件表贴转换层，被多层数模混压印制板技术数模混合集成分布在不同的区域，射频有源芯片、电子元器件、微系统封装T/R组件和可能的无源元件集成在同一封装内，并以系统级封装SIP技术集成于SIP封装管壳中；在纵向维度上，形成从上往下依次为：天线阵面层，低频供电、控制层，波束形成网络层，器件表贴转换层，微系统封装T/R组件和散热结构件的天线系统架构。

技术领域

本发明涉及一种可应用于雷达、通信有源相控阵天线技术领域的表贴式平板有源相控阵天线系统架构。

背景技术

近年来，相控阵天线作为民用和军用天线技术的一个重要发展方向备受关注。相控阵天线的辐射单元是由许多辐射单元排列而成的阵列天线。相控阵天线有多种形式，如线阵、平面阵、圆阵、圆柱阵、球形阵和共形阵等。有源相控阵天线因其具有波束形成自由灵活、电扫描速度迅速、能同时对多目标跟踪监测等特点而获得广泛应用，充分发挥有源相控阵天线这些特点及其应用潜力是提高有源相控阵天线性能的关键所在。高密度集成有源相控阵天线的发展将会由微波频段向毫米波频段、THz频段延伸；工作带宽将会向多频带、宽带、超宽带方向发展；功能将会向多功能、低RCS、数字化、智能化方向发展；体积将会向小型化、集成化、共形化、规模化方向前进；相控阵技术正在逐步融合其他学科，不仅具备电气功能，还具备结构承载的作用，已由单一分机逐步向分系统、大系统方向发展。此外，目前微波电路组装互联技术经历了分立电路到混合集成电路(HMIC)、到单片微波集成电路(MMIC)、到微波多芯片模块(MMCM)、再到三维微波多芯片组件(3D-MMCM)的发展，促进了有源相控阵天线朝着更高频段、更小体积、更优性能的方向发展。有源相控阵天线阵列结构涉及对辐射单元、阵列综合、T/R组件、功率分配网络、波束控制、电源等电性能和结构进行布局。有源相控阵天线中的关键器件是发射/接收组件(T/R组件)，天线阵中T/R组件的数量、排列紧凑，密度很大，它们的排列间隔仅为波长的一半左右，使得天线阵面的热流密度很大，同时，T/R组件的发热量却非常巨大，而散热空间却很小，单位面积热流密度急剧上升，若这些热量不能及时从天线阵面带走，将使得天线阵面温度迅速升高，导致T/R组件内部的高功率放大芯片的放大性能急剧恶化甚至烧毁；另一方面高功率放大芯片的放大信号相位会随着温度变化而漂移，其输出信号的相位差将影响天线的波束空间合成性能，导致天线整体性能下降甚至失效，从而影响整个电路系统的性能。