CN115911815A - 机载隐身相控阵天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机载隐身相控阵天线，涉及天线技术领域，该机载隐身相控阵天线，包括天线电路板、天线辐射单元、波束成型芯片、安装柱、结构件以及连接件，天线辐射单元贴设在天线电路板的正面，波束成型芯片贴设在天线电路板的背面，安装柱嵌设在天线电路板的背面，结构件设置在天线电路板远离天线辐射单元的一侧，连接件安装于结构件并与安装柱可拆卸连接。相较于现有技术，本发明避免了在天线电路板正面开设凹槽或形成凸起，降低了RCS对隐身的影响，避免了常规技术中的正面填胶带来的可靠性问题。同时，利用连接件采用可拆方式进行连接，在维修时可以直接拆除连接件，从而分离结构件和天线电路板，拆装方便，提升了其可维修性。

Description

机载隐身相控阵天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种机载隐身相控阵天线。

背景技术

近年发生的几次局部战争，来无影去无踪的隐身飞机，在战场上来去自如，自身几乎没有受到敌方攻击，取得了骄傲的成绩，其关键在于飞机自身的隐身效果，机载天线既要保证自身工作频段内电磁信号的收发，又要保证对整个隐身工作频段内电磁信号的低RCS(Radar Cross section，雷达散射截面)的影响，而降低RCS对隐身的影响，关联着对机载产品的结构设计、安装、选材等。

现有相控阵天线大多为平板相控阵天线，平板相控阵天线安装较多为在天线阵面上开通孔，通过螺钉将阵面固定在结构件上。而对于有特殊要求的天线，如机载隐身相控阵天线，在设计上要求阵面除辐射单元外不允许有其他凸起或凹槽(降低RCS对隐身的影响)，以达到飞机的隐身效果。对此，现有解决技术大多数采用方法为下图1所示，使用沉孔螺钉安装后，将凹槽处使用导电胶凹槽补充平整，然而，由于平板天线PCB，螺钉及填充物三者材质各不相同，长时间使用三者可能存在脱落或裂缝等现象，使其可靠性降低，同时维修性差，拆装前还需先去除填充物，安装后还需从新填充。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种机载隐身相控阵天线，其能够满足降低RCS的要求，同时提升可维修性和可靠性。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种机载隐身相控阵天线，包括：

天线电路板；

天线辐射单元，贴设在所述天线电路板的正面；

波束成型芯片，贴设在所述天线电路板的背面；

安装柱，嵌设在所述天线电路板的背面；

结构件，设置在所述天线电路板远离所述天线辐射单元的一侧；

以及连接件，所述连接件安装于所述结构件并与所述安装柱可拆卸连接，以使所述结构件和所述天线电路板固定为一体。

在可选的实施方式中，所述天线电路板的背面设置有焊接槽，所述安装柱的一端装配在所述焊接槽内，另一端凸起设置于所述天线电路板的背面，且所述安装柱的端面设置有连接孔，所述连接件装配在所述连接孔中。

在可选的实施方式中，所述焊接槽中填充有锡焊材料，并形成有锡焊层，所述锡焊层包覆在所述安装柱的一端，以使所述安装柱焊接固定在所述焊接槽内。

在可选的实施方式中，所述天线电路板的背面还凸起设置有阻焊环墙，所述阻焊环墙环设在所述焊接槽的四周，用于阻挡所述锡焊材料。

在可选的实施方式中，所述安装柱伸入所述焊接槽的一端还设置有止挡凸盘，所述止挡凸盘的宽度大于所述安装柱的宽度。

在可选的实施方式中，所述止挡凸盘呈矩形，所述安装柱呈圆柱形，所述止挡凸盘的形状与所述焊接槽的形状相适配。

在可选的实施方式中，所述天线电路板包括介质层和嵌设在所述介质层中的布线层，所述布线层与所述波束成型芯片电接触。

在可选的实施方式中，所述焊接槽的周缘和底壁处均设置有防护金属层，以使所述介质层与所述焊接槽相间隔。

在可选的实施方式中，所述波束成型芯片的表面还贴附有界面导热层，所述界面导热层与所述结构件的表面相接触，以将所述波束成型芯片产生的芯片传导至所述结构件。

在可选的实施方式中，所述结构件包括一体设置的结构板体和散热翅片，所述结构板体的一侧与所述界面导热层接触，所述散热翅片设置在所述结构板体的另一侧，所述连接件安装在所述结构板体上。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的机载隐身相控阵天线，通过将天线辐射单元贴设在天线电路板的正面，将波束成型芯片贴设置在天线电路板的背面，构成相控阵天线，然后将安装柱嵌设在天线电路板的背面，利用连接件将结构件和安装柱可拆卸连接，从而使得结构件和天线电路板固定为一体，完成天线的装配。相较于现有技术，本发明通过在天线电路板的背面设置安装柱，并通过连接件来实现结构件和天线电路板之间的固定，避免了在天线电路板正面开设凹槽或形成凸起，降低了RCS对隐身的影响，解决了机载相控阵天线安装对飞机隐身RCS的要求，避免了常规技术中的正面填胶带来的可靠性问题。同时，利用连接件采用可拆方式进行连接，在维修时可以直接拆除连接件，从而分离结构件和天线电路板，拆装方便，提升了其可维修性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中的相控阵天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机载隐身相控阵天线的整体结构示意图；

图3为本发明其他实施例中天线电路板的结构示意图；

图4为图2中天线电路板的背面结构示意图；

图5为图2中天线电路板的局部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的机载隐身相控阵天线的分解结构示意图；

图7为图2中安装柱的结构示意图。

图标：100-机载隐身相控阵天线；110-天线电路板；111-焊接槽；113-锡焊层；115-阻焊环墙；117-介质层；119-布线层；130-天线辐射单元；150-波束成型芯片；151-界面导热层；170-安装柱；171-连接孔；173-止挡凸盘；175-防护金属层；180-结构件；181-结构板体；183-散热翅片；190-连接件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，现有相控阵天线大多为平板相控阵天线，平板相控阵天线安装较多为在天线阵面上开通孔，通过螺钉将阵面固定在结构件上，如下图1所示。而对于有特殊要求的天线，如机载隐身相控阵天线，在设计上要求阵面除辐射单元外不允许有其他凸起或凹槽(降低RCS对隐身的影响)，以达到飞机的隐身效果。现有解决该技术问题的技术方案大多数采用方法为下图1所示，使用螺钉安装后，将凹槽处使用导电胶凹槽补充平整，然而由于平板天线PCB，螺钉及填充物三者材质各不相同，长时间使用三者可能存在脱落或裂缝等现象，使其可靠性降低；同时维修性差，拆装前还需先去除填充物，安装后还需从新填充。

进一步地，现有技术中还存在减少螺钉数量并在辐射单元区域不添加螺钉的做法，而这种方式对小阵面可行，但对于大阵面，如辐射单元区域不使用螺钉，阵面可靠性难以保证能满足使用要求。或者，还可以将突出部位打磨平整光滑或采用沉头螺钉，然而，打磨的方式费时费力，且无法做到完全平整，且这种方式操作结构复杂，而沉头螺钉通常为标准件，具有相当的厚度，当天线板厚度较薄时则无法将螺钉头部预埋在PCB板内部，故此方法使用受限，不能满足通用安装。

也就是说，现有技术中的相控阵天线，均是需要从电路板的天线辐射面来进行安装，虽然设计上能满足机载设计要求，但都是通过间接的方法去满足要求，并未直接解决问题，对于RCS降低的效果并不理想。

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的机载隐身相控阵天线100需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

具体实施例

参见图2和图3，本实施例提供了一种机载隐身相控阵天线100，其避免了在天线电路板110正面开设凹槽或形成凸起，降低了RCS对隐身的影响，解决了机载相控阵天线安装对飞机隐身RCS的要求，可靠性好。同时，在维修时可以直接拆除，拆装方便，提升了其可维修性。并且，能够满足机载隐身相控阵天线100安装结构通用使用。

本实施例提供的机载隐身相控阵天线100，包括天线电路板110、天线辐射单元130、波束成型芯片150(Beamformer芯片)、安装柱170、结构件180以及连接件190，天线辐射单元130贴设在天线电路板110的正面，波束成型芯片150贴设在天线电路板110的背面，安装柱170嵌设在天线电路板110的背面，结构件180设置在天线电路板110远离天线辐射单元130的一侧，连接件190安装于结构件180并与安装柱170可拆卸连接，以使结构件180和天线电路板110固定为一体。

在本实施例中，通过将天线辐射单元130贴设在天线电路板110的正面，将波束成型芯片150贴设置在天线电路板110的背面，构成相控阵天线，然后将安装柱170嵌设在天线电路板110的背面，利用连接件190将结构件180和安装柱170可拆卸连接，从而使得结构件180和天线电路板110固定为一体，完成天线的装配。本实施例通过在天线电路板110的背面设置安装柱170，并通过连接件190来实现结构件180和天线电路板110之间的固定，避免了在天线电路板110正面开设凹槽或形成凸起，降低了RCS对隐身的影响，解决了机载相控阵天线安装对飞机隐身RCS的要求，避免了常规技术中的正面填胶带来的可靠性问题。同时，利用连接件190采用可拆方式进行连接，在维修时可以直接拆除连接件190，从而分离结构件180和天线电路板110，拆装方便，提升了其可维修性。

在本实施例中，天线辐射单元130贴装在天线电路板110的正面，整个天线电路板110的正面未开设有凹槽结构，从而使得天线电路板110的正面无凹槽或凸起结构，有助于降低天线的RCS，其中天线辐射单元130和波束成型芯片150的构造和工作原理与常规相控阵天线上的相关结构一致，在此不再详细介绍。

在本实施例中，天线电路板110的背面设置有焊接槽111，安装柱170的一端装配在焊接槽111内，另一端凸起设置于天线电路板110的背面，且安装柱170的端面设置有连接孔171，连接件190装配在连接孔171(图6中示出)中。具体地，焊接槽111并未贯穿天线电路板110，从而能够避免在天线电路板110的正面留下凹槽，优选地，焊接槽111的深度设定应当以能够稳固地实现安装柱170的固定为准，而安装柱170的端部固定在焊接槽111中。通过在天线电路板110的背面设计焊接槽111，用于焊接安装，能够直接避免天线辐射单元130区域面的凸起或凹槽对飞机隐身的影响，解决了安装和隐身的需求。

值得注意的是，本实施例中连接件190包括螺钉，连接孔171为螺孔结构，螺钉装配在螺孔中，实现结构件180与安装柱170之间的连接固定。具体地，结构件180上开设有通孔，安装柱170穿设于该通孔，并且与结构件180的背面相平齐，螺钉压合在结构件180的背面，实现对结构件180的安装限位。本实施例中结构件180与天线电路板110之间的固定均是通过螺钉实现，螺钉紧固或拆卸后，无需在螺钉头部或阵面做其他处理，优化了产品的维修特性。

在本实施例中，焊接槽111中填充有锡焊材料，并形成有锡焊层113，锡焊层113包覆在安装柱170的一端，以使安装柱170焊接固定在焊接槽111内。具体地，安装柱170通过锡焊残料焊接固定在焊接槽111内，同时安装柱170可以采用不锈钢镀铜或黄铜等材料，使得其焊接时与天线电路板110具有更好的结合效果。通过在焊接槽111内填充锡焊材料，并形成锡焊层113，能够更好地实现安装柱170的焊接固定，提升安装柱170与天线电路板110之间的固定效果。

需要说明的是，在组装安装柱170时，可以首先将安装柱170装入焊接槽111，然后注入锡焊材料进行焊接，从而实现固定。而在本发明其他较佳的实施例中，如图4所示，还可以在制备天线电路板110时，在PCB板加工压合的过程中，将先设计好的安装柱170直接压合在PCB板的内层，从而省去焊接环节。具体地，例如可以首先形成第一层PCB材料，然后放置安装柱170，再压合第二层PCB材料，第二层PCB材料可以直接让位安装柱170，从而实现了安装柱170直接压合在天线电路板110中的结构。

在本实施例中，安装柱170伸入焊接槽111的一端还设置有止挡凸盘173，止挡凸盘173的宽度大于安装柱170的宽度。具体地，止挡凸盘173与安装柱170之间为一体结构，止挡凸盘173作为安装柱170的焊接底座，其与安装柱170之间形成台阶结构，并且止挡图盘完全包覆在锡焊层113中，从而能够大幅增加焊接面积，进一步提升安装柱170的焊接固定效果。此外，止挡凸盘173还能够增加承载面积，使得安装柱170的底部承载区域的锡焊材料分布更加均匀，保证了安装柱170的安装垂直性，方便连接件190对位连接。

在本实施例中，止挡凸盘173呈矩形，安装柱170呈圆柱形，止挡凸盘173的形状与焊接槽111的形状相适配。具体地，焊接槽111也可以呈矩形，止挡凸盘173的形状与焊接槽111的形状相适配，优选止挡凸盘173的对角线宽度大于焊接槽111的侧边宽度，从而能够避免止挡凸盘173在焊接槽111内转动，使得安装柱170在放置在焊接槽111中时具有一定的方向性。当然，此处止挡凸盘173与焊接槽111的形状仅仅是举例说明，在本发明其他较佳的实施例中，止挡凸盘173与焊接槽111的形状也可以是五边形或者六边形等，在此不作具体限定。

需要说明的是，此处止挡凸盘173采用异形设计，保证了安装柱170的位置精度以及平面度。

在一些实施例中，如图5所示，天线电路板110的背面还凸起设置有阻焊环墙115，阻焊环墙115环设在焊接槽111的四周，用于阻挡锡焊材料。具体地，阻焊环墙115可以采用金属材料，并一体设置在天线电路板110的背面，通过设置阻焊环墙115，能够避免焊接过程中焊料由焊接槽111朝向四周扩散而造成天线电路板110或波束成型芯片150的破坏。

参见图6和图7，在本实施例中，天线电路板110包括介质层117和嵌设在介质层117中的布线层119，布线层119与波束成型芯片150电接触。具体地，布线层119可以是PCB铜层，其布线原理与常规的PCB板相同，在此不作具体介绍。其中，PCB铜层可以是多层，且每个波束成型芯片150对应位置还设置有铜柱，铜柱能够将多层PCB铜层连接在一起，从而实现电性串接。

在本实施例中，焊接槽111的周缘和底壁处均设置有防护金属层175，以使介质层117与焊接槽111相间隔。具体地，防护金属层175也可以是铜层，在制备天线电路板110时，焊接槽111四周以及底面均为铜层结构，即焊接槽111的内部空间与介质层117之间通过铜层分隔，使得焊接槽111的内表面均为铜层面，铜层面具有良好的浸润性，从而使得焊接材料能够更好地固定在焊接槽111内，提升安装柱170的焊接效果。通过设置防护金属层175，一方面能够增强锡焊层113与焊接槽111表面之间的结合力，使得安装柱170的安装固定，另一方面能够避免焊接时产生的高温直接影响到介质层117，保证了焊接槽111的结构稳定性。

需要说明的是，本实施例中，焊接槽111侧壁处的铜层与PCB铜层横向压合铜层结合，即PCB铜层和PCB介质层117交叉混压，通过锡焊材料焊接后，使得安装柱170的可靠性更高。

在本实施例中，波束成型芯片150的表面还贴附有界面导热层151，界面导热层151与结构件180的表面相接触，以将波束成型芯片150产生的芯片传导至结构件180。具体地，结构件180在螺钉的压合作用下，能够抵持在界面导热层151的表面，而波束成型芯片150产生的热量能够通过界面导热层151传递至结构件180，实现散热。

在本实施例中，结构件180包括一体设置的结构板体181和散热翅片183，结构板体181的一侧与界面导热层151接触，散热翅片183设置在结构板体181的另一侧，连接件190安装在结构板体181上。具体地，结构件180可以采用导热性能良好的金属材料或非金属材料，例如铝或铜等，通过设置散热翅片183，能够进一步增大散热面积，从而提升结构件180的散热效果。

综上所述，本实施例提供了一种机载隐身相控阵天线100，通过将天线辐射单元130贴设在天线电路板110的正面，将波束成型芯片150贴设置在天线电路板110的背面，构成相控阵天线，然后将安装柱170嵌设在天线电路板110的背面，利用连接件190将结构件180和安装柱170可拆卸连接，从而使得结构件180和天线电路板110固定为一体，完成天线的装配。相较于现有技术，本实施例通过在天线电路板110的背面设置安装柱170，并通过连接件190来实现结构件180和天线电路板110之间的固定，避免了在天线电路板110正面开设凹槽或形成凸起，降低了RCS对隐身的影响，解决了机载相控阵天线安装对飞机隐身RCS的要求，避免了常规技术中的正面填胶带来的可靠性问题。同时，利用连接件190采用可拆方式进行连接，在维修是可以直接拆除连接件190，从而分离结构件180和天线电路板110，拆装方便，提升了其可维修性。并且背面装配的方式，可以适用于任何形式的天线电路板110，通用性更好。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机载隐身相控阵天线，其特征在于，包括：

天线电路板；

天线辐射单元，贴设在所述天线电路板的正面；

波束成型芯片，贴设在所述天线电路板的背面；

安装柱，嵌设在所述天线电路板的背面；

结构件，设置在所述天线电路板远离所述天线辐射单元的一侧；

以及连接件，所述连接件安装于所述结构件并与所述安装柱可拆卸连接，以使所述结构件和所述天线电路板固定为一体。

2.根据权利要求1所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述天线电路板的背面设置有焊接槽，所述安装柱的一端装配在所述焊接槽内，另一端凸起设置于所述天线电路板的背面，且所述安装柱的端面设置有连接孔，所述连接件装配在所述连接孔中。

3.根据权利要求2所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述焊接槽中填充有锡焊材料，并形成有锡焊层，所述锡焊层包覆在所述安装柱的一端，以使所述安装柱焊接固定在所述焊接槽内。

4.根据权利要求3所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述天线电路板的背面还凸起设置有阻焊环墙，所述阻焊环墙环设在所述焊接槽的四周，用于阻挡所述锡焊材料。

5.根据权利要求2或3所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述安装柱伸入所述焊接槽的一端还设置有止挡凸盘，所述止挡凸盘的宽度大于所述安装柱的宽度。

6.根据权利要求5所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述止挡凸盘呈矩形，所述安装柱呈圆柱形，所述止挡凸盘的形状与所述焊接槽的形状相适配。

7.根据权利要求2或3所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述天线电路板包括介质层和嵌设在所述介质层中的布线层，所述布线层与所述波束成型芯片电接触。

8.根据权利要求7所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述焊接槽的周缘和底壁处均设置有防护金属层，以使所述介质层与所述焊接槽相间隔。

9.根据权利要求1所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述波束成型芯片的表面还贴附有界面导热层，所述界面导热层与所述结构件的表面相接触，以将所述波束成型芯片产生的芯片传导至所述结构件。

10.根据权利要求9所述的机载隐身相控阵天线，其特征在于，所述结构件包括一体设置的结构板体和散热翅片，所述结构板体的一侧与所述界面导热层接触，所述散热翅片设置在所述结构板体的另一侧，所述连接件安装在所述结构板体上。

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