CN108226870A - 基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路及馈线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路及馈线装置，包括：三明治架构采用控制电路印刷板、微波带状线和电源电路印刷板的三层结构，末级波控电路的输入端与通过光纤输入的光电转换模块相连，以接入控制信号和串行控制数据，分配至微波数字电源复合基板电路各个支路输出；双面垂直互连功分网络采用带电阻膜带线功分网络与双面垂直互连变换一体化的设计；末级电源变换电路将输入电压转换为多种直流电压输出，提供瞬时功率输出供给末级有源电路。本发明按照“三明治”式架构混合集成为一张完整的复合基板电路，能够大幅度缩减有源相控阵子阵模块的空间与重量需求，实现阵面轻小型化。
Description
技术领域
本发明涉及有源电扫阵列雷达技术领域，特别涉及一种基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路及馈线装置。
背景技术
有源相控阵雷达是目前最主流的雷达形式，其核心内涵是通过对天线阵列各有源收发通道单独进行幅度相位控制实现天线阵面波束的宽带宽角快速扫描、低副瓣、抗干扰等诸多方面的优势，一般采用行/列有源子阵模块砖块式并列的方式集成阵面。
目前有源相控阵雷达的馈线设计常用设计方式是将列子阵或行子阵功分/合成网络、末级波控电路和末级电源电路独立设计，分模块配置于有源子阵模块内部，分别通过不同方式(电缆组件或表贴焊接等)与多个T/R组件互连馈电。
具体的阵列T/R组件随工作频段不断升高，尺寸不断变小一般采用依附于有源相控阵子阵模块的布局方式。所述有源相控阵子阵模块为包含若干T/R组件、末级波控/电源电路、射频功分/合成网络、冷却腔体等相关部件的易于安装、拆换和阵面扩充的独立模块。而随着雷达工作频段不断升高，平台载荷压缩尺寸重量的要求，有源相控阵子阵模块内部空间越来越紧凑，各种馈电电路难以布局。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路及馈线装置。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，包括：所述三明治架构采用控制电路印刷板、微波带状线和电源电路印刷板的三层结构，其中，所述控制电路印刷板上设置末级波控电路，所述微波带状线上设置双面垂直互联功分/合成网络，所述电源电路印刷板上设置末级电源变换电路，
所述末级波控电路的输入端与通过光纤输入的光电转换模块相连，以接入控制信号和串行控制数据，分配至微波数字电源复合基板电路各个支路输出，所述末级波控电路的输出端与有源相控阵雷达T/R组件，以输出与T/R组件对应的控制信号；
所述双面垂直互连功分网络采用带电阻膜带线功分网络与双面垂直互连变换一体化的设计，总口布置于所述微波数字电源复合基板电路的右侧，实现总口射频信号至各个支路的等幅同相分配以及各路接收信号的合成功能；
所述末级电源变换电路包括多种直流电源转换模块，将输入电压转换为多种直流电压输出，提供瞬时功率输出供给末级有源电路，同时转换出多种电源品种供给综合馈电网络本身的数字电路元器件使用。
进一步，所述微波数字电源复合基板电路采用18层电路板结构，所述控制电路印刷板为8层，位于第1～8层；所述微波带状线为4层，位于第9～12层；所述电源电路印刷板为6层，位于第13～18层，三层电路板采用多层复合板层压技术复合。
进一步，所述微波数字电源复合基板电路压合后的厚度尺寸为2.8±0.1mm。
进一步，所述微波带状线采用1:16功分/合成网络，总口布置于复合板的右侧，通过将上层控制电路印刷板开窗方式变换为微带线电路引出，正反面各8个功分/合成网络分口平行交错布置，通过电路板开窗方式实现垂直过渡引出。
进一步，所述微波数字电源复合基板电路的边缘通过金属包边方式实现中间层的微波带状线的接地。
进一步，所述末级波控电路与末级电源变换电路，各品种电源与波控信号的输出口以正反两面各8组21芯焊盘等间距阵列排列的方式配置于微波数字电源复合基板电路的顶层与底层。
进一步，所述末级电源变换电路输出的各路电压开通和关断顺序依据如下：开通顺序为低电压先加电，关断顺序为高电压先关断。
进一步，所述双面垂直互连功分/合成网络在微带板图形层通过将印制板层开窗在复合基板上下两侧各有8路微波信号垂直互连接口，该接口采用微波弹性连接器完成与T/R组件的垂直互连。
本发明实施例还提供一种有源相控阵雷达的馈线装置，包括上述实施例提供的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路、多通道T/R组件，其中，所述多通道T/R组件布局方式为上下层并列，所述微波数字电源复合基板电路嵌于两层之间，以与T/R组件互连。
根据本发明实施例的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路及馈线装置，将波束形成网络、末级波控电路和末级电源电路按照“三明治”式架构混合集成为一张完整的复合基板电路，能够大幅度缩减有源相控阵子阵模块的空间与重量需求，实现阵面轻小型化。本发明大面积、高集成度的应用多层复合基板层压技术、多通道带电阻膜带状线宽带功分网络技术、层压板多通道双面垂直互连技术、小型化垂直连接器技术，将微波、数字、电源多种电路集成在一块复合基板中，极大地减少了多种电路在模拟相控阵子阵模块中占用的体积和重量，从而保证能够极大地降低雷达整机的体积、重量和制造成本。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的微波数字电源复合基板电路平面(正面)示意图；
图2为根据本发明实施例的微波数字电源复合基板电路剖面示意图；
图3为根据本发明实施例的微波数字电源复合基板电路与T/R组件负载连接示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供一种基于三明治架构的微波数字电源符合基板电路及馈线装置，模拟有源相控阵雷达中射频收发前端中的集成多功能复合电路的构造及实现，具体涉及模拟有源相控阵模块中的末级波控/电源/微波的馈电电路的综合集成设计。本发明以一种集成混合电路整体替代给有源子阵模块中的T/R组件分别提供微波功率分配/合成通道、电源供给和波控输入的几种独立功能的电路板，基于该混合基板电路搭建的有源子阵模块可以大幅降低现有技术中有源相控阵子阵模块的体积、重量需求。
如图1和图2所示，本发明实施例的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，包括：三明治架构采用控制电路印刷板、微波带状线和电源电路印刷板的三层结构，即“印制板+带状线+印制板”的两种介质材料“三明治”式层叠架构设计。其中，控制电路印刷板上设置末级波控电路，微波带状线上设置双面垂直互联功分/合成网络，电源电路印刷板上设置末级电源变换电路。
在本发明的一个实施例中，微波数字电源复合基板电路采用18层电路板结构，控制电路印刷板为8层，位于第1～8层；微波带状线(微波电路复合基板)为4层，位于第9～12层；电源电路印刷板为6层，位于第13～18层，三层电路板采用多层复合板层压技术复合。
优选的，微波数字电源复合基板电路压合后的厚度尺寸为2.8±0.1mm。
即，本发明实施例的该基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，是将各个功能电路的基本电路原理图单独设计仿真之后，将末级波控电路布于上层8层PCB电路图形中，将微波带状线的功分/合成网络微波电路布局于中间层的4层微带板图中，末级电源电路布局于最下面6层的PCB电路层中。
具体地，基于FPGA芯片实现模拟有源相控阵雷达T/R组件波控信号的接收与分配。末级波控电路的输入端与通过光纤输入的光电转换模块相连，以接入控制信号和串行控制数据，分配至微波数字电源复合基板电路各个支路输出，末级波控电路的输出端与有源相控阵雷达T/R组件，以输出与T/R组件对应的控制信号，即输出信号与对接的T/R组件控制信号需求对应。在本发明的一个实施例中，末级波控电路可以根据接收到的控制信号和串行控制数据分配至16个支路输出。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，末级波控电路与末级电源变换电路，各品种电源与波控信号的输出口以正反两面各8组21芯焊盘等间距阵列排列的方式配置于微波数字电源复合基板电路的顶层与底层，正面相邻两接口间距30mm，正反面两相邻接口投影间距15mm。
双面垂直互连功分网络为X波段双面垂直互连功分/合成网络，采用带电阻膜带线功分网络与双面垂直互连变换一体化的设计，总口布置于微波数字电源复合基板电路的右侧，实现总口射频信号至各个支路的等幅同相分配以及各路接收信号的合成功能。例如，双面垂直互连功分网络可以完成总口射频信号至16个支路的等幅同相分配以及16路接收信号的合成功能。
具体地，微波带状线采用1:16功分/合成网络，总口布置于复合板的右侧，通过将上层控制电路印刷板PCB板开窗方式变换为微带线电路引出，正反面各8个功分/合成网络分口平行交错布置，通过PCB电路板开窗方式实现垂直过渡引出。这种布局设计可以巧妙实现了小尺寸下面各路低频接口与射频接口的垂直互连。
综合设计中以微带电路布局为核心，微带电路设计中通过调节50欧姆线长留出数字电路的FPGA垂直过孔区域。带状线的上下层大面积地可以很好的实现屏蔽隔离，同时复合板的边缘通过金属包边方式实现中间层微带电路的接地。
双面垂直互连功分/合成网络在微带板图形层通过将印制板层开窗在复合基板上下两侧各有8路微波信号垂直互连接口，该接口采用一种微波弹性连接器“Fuzz Button”完成与T/R组件的垂直互连。
末级电源变换电路包括多种直流电源转换模块，将输入电压转换为多种直流电压输出，提供瞬时功率输出供给末级有源电路，同时转换出多种电源品种供给综合馈电网络本身的数字电路元器件使用。
在本发明的一个实施例中，末级电源变换电路可以基于多种DC/DC模块将48V电压输入转换为8V、±5V等多种电源输出提供瞬时1440W功率输出供给末级有源电路，同时转换出3.3V、1.8V、1.2V等各种电源品种供给综合馈电网络本身的数字电路元器件使用。同时末级电源变换电路具有过压过流保护和告警功能。
具体地，末级电源变换电路输出的各路电压开通和关断顺序依据如下：开通顺序为低电压先加电，关断顺序为高电压先关断。末级电源变换电路，为了保证负载端T/R组件的正常工作，对各电压开通关断顺序可进行判断，加电顺序为低电压先加，关断顺序为高电压先关断，对于非正常断电具备时序控制延时保护功能。
如图3所示，本发明实施例还提出一种有源相控阵雷达的馈线装置，包括上述实施例提供的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路、多通道T/R组件。其中，基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路可以用于模拟相控阵的有源子阵模块中，多通道T/R组件布局方式为上下层并列，微波数字电源复合基板电路嵌于两层之间，以与T/R组件互连。
综上，基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路为基于18层复合基板电路的“印制板+带状线+印制板”架构的集16路X波段带状线垂直互连射频功分网络、完成光电转换及并行控制功能的数字电路、大功率电源变换一体化的可为多通道TR组件进行综合馈电的复合多功能电路。
根据本发明实施例的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路及馈线装置，将波束形成网络、末级波控电路和末级电源电路按照“三明治”式架构混合集成为一张完整的复合基板电路，能够大幅度缩减有源相控阵子阵模块的空间与重量需求，实现阵面轻小型化。本发明大面积、高集成度的应用多层复合基板层压技术、多通道带电阻膜带状线宽带功分网络技术、层压板多通道双面垂直互连技术、小型化垂直连接器技术，将微波、数字、电源多种电路集成在一块复合基板中，极大地减少了多种电路在模拟相控阵子阵模块中占用的体积和重量，从而保证能够极大地降低雷达整机的体积、重量和制造成本。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (9)
1.一种基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述三明治架构采用控制电路印刷板、微波带状线和电源电路印刷板的三层结构，其中，所述控制电路印刷板上设置末级波控电路，所述微波带状线上设置双面垂直互联功分/合成网络，所述电源电路印刷板上设置末级电源变换电路，
所述末级波控电路的输入端与通过光纤输入的光电转换模块相连，以接入控制信号和串行控制数据，分配至微波数字电源复合基板电路各个支路输出，所述末级波控电路的输出端与有源相控阵雷达T/R组件，以输出与T/R组件对应的控制信号；
所述双面垂直互连功分网络采用带电阻膜带线功分网络与双面垂直互连变换一体化的设计，总口布置于所述微波数字电源复合基板电路的右侧，实现总口射频信号至各个支路的等幅同相分配以及各路接收信号的合成功能；
所述末级电源变换电路包括多种直流电源转换模块，将输入电压转换为多种直流电压输出，提供瞬时功率输出供给末级有源电路，同时转换出多种电源品种供给综合馈电网络本身的数字电路元器件使用。
2.如权利要求1所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述微波数字电源复合基板电路采用18层电路板结构，所述控制电路印刷板为8层，位于第1～8层；所述微波带状线为4层，位于第9～12层；所述电源电路印刷板为6层，位于第13～18层，三层电路板采用多层复合板层压技术复合。
3.如权利要求1或2所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述微波数字电源复合基板电路压合后的厚度尺寸为2.8±0.1mm。
4.如权利要求1所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述微波带状线采用1:16功分/合成网络，总口布置于复合板的右侧，通过将上层控制电路印刷板开窗方式变换为微带线电路引出，正反面各8个功分/合成网络分口平行交错布置，通过电路板开窗方式实现垂直过渡引出。
5.如权利要求1所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述微波数字电源复合基板电路的边缘通过金属包边方式实现中间层的微波带状线的接地。
6.如权利要求1所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，
所述末级波控电路与末级电源变换电路，各品种电源与波控信号的输出口以正反两面各8组21芯焊盘等间距阵列排列的方式配置于微波数字电源复合基板电路的顶层与底层。
7.如权利要求6所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述末级电源变换电路输出的各路电压开通和关断顺序依据如下：开通顺序为低电压先加电，关断顺序为高电压先关断。
8.如权利要求1所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路，其特征在于，所述双面垂直互连功分/合成网络在微带板图形层通过将印制板层开窗在复合基板上下两侧各有8路微波信号垂直互连接口，该接口采用微波弹性连接器完成与T/R组件的垂直互连。
9.一种有源相控阵雷达的馈线装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的基于三明治架构的微波数字电源复合基板电路、多通道T/R组件，其中，所述多通道T/R组件布局方式为上下层并列，所述微波数字电源复合基板电路嵌于两层之间，以与T/R组件互连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180629 |