CN114050423B - 一种Ka频段水平端射天线架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种Ka频段水平端射天线架构，包括安装基板，安装基板的两侧表面均连接设置TR模块，安装基板的上侧边缘贴合设置有若干天线板，天线板上设置有压板，天线板与TR模块之间通过若干射频连接器连接通信；所述的天线板和TR模块均通过可拆卸的紧固件与安装基板连接。本发明的结构简单，实现方便，能够减少天线架构的厚度和连接处的高度，提高了天线架构的整体集成度；通过射频连接器连接天线板与TR模块并将二者的地连接，保证了天线结构的接地性，进而保障了天线架构的整体性能。

Description

一种Ka频段水平端射天线架构

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种Ka频段水平端射天线架构。

背景技术

在相控阵天线领域，天线与TR模块之间连接一般使用SMP-KK-SMP形式。SMP烧结在TR腔体上，实现TR模块部分气密，天线使用贴片天线，二次焊接在天线载板上，天线载板上烧结SMP，具体结构如图1所示。其中一种贴片天线（4个）形式如图2所示，每个SMP与其中一个贴片对应设置。但这种贴片天线的设置形式存在一些缺陷，具体如下：

1、天线设计时需要馈电层+辐射层形式，天线焊接在天线载板上需要三次焊接（馈电层焊接在天线载板上，辐射层焊接在馈电层上，SMP焊接在天线载板上），同时，天线需要增加天线载板作为天线的基体。

2、天线与TR模块之间对连，需要使用SMP-KK-SMP形式，需要增加高度空间，大概10mm左右，根据KK长度可能更长。

3、贴片天线，单个天线的增益相对端射天线较低，在高频段满足整机指标要求，需增加天线及整机尺寸，增大天线设计难度，不方便集成化设计。

上述缺陷导致天线与TR之间的高度空间增大，集成度低，工艺难度较大；由于整个结构为焊接形式，也导致返修性差；同时天线与SMP内芯通过点焊连接，在振动时，存在拉裂风险而导致失效。

可知，现有的天线与TR模块的连接架构存在亟待改进的空间，要满足架构高度小、加工工艺简单、架构稳定可靠且便于拆卸维护的需求，需要对现有的连接架构进行调整优化，使TR模块与天线的连接架构在满足通信连接需求的前提下，还能够减小连接尺寸高度并优化生产工艺，方便长期使用过程中进行维护，增加使用的寿命，故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中的不足。

发明内容

为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了一种Ka频段水平端射天线架构，将天线与TR模块之间的连接架构进行改进，通过射频连接器进行连接，不仅能够保证通信效果，也能够简化生产工艺，在长期使用中接地性良好，也便于维护。

为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：

一种Ka频段水平端射天线架构，包括安装基板，安装基板的两侧表面均连接设置TR模块，安装基板的上侧边缘贴合设置有若干天线板，天线板通过压板连接至安装基板，天线板与TR模块之间通过若干射频连接器连接通信；所述的天线板和TR模块均通过可拆卸的紧固件与安装基板连接。

上述公开的天线结构，将天线板与安装基板平行设置，减小了整体架构的厚度，通过射频连接器连接天线板与TR模块，减小了连接处的连接高度，在安装基板的两侧都安装设置TR模块，提高了整个天线结构的集成度，同时，减少了天线的设计难度，天线可以设计为一层，包括后期工艺难度低；在具体应用时，以射频连接器进行天线板和TR模块的通信，保障了接地的稳定可靠性，从而保障了天线结构的性能稳定。

进一步的，在本发明中，TR模块设置为扁平的结构，即将其贴合于安装基板设置，这样便于天线结构提高集成度，具体的，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的TR模块包括TR腔体，TR腔体上设置有用于密封的TR盖板，TR模块的上侧边缘处排列设置有若干用于连接射频连接器的连接位，射频连接器与连接位插接连通。采用如此方案时，TR腔体为扁平结构，通过TR盖板进行封盖后实现密封，TR盖板可采用激光封焊等方式设置于TR腔体上，同时，射频连接器烧结在模块腔体上，实现了整个模块的气密。

再进一步，为了实现将TR腔体与安装基板的连接固定，可采用多种可行的方式，例如在一些方案中可采用插槽、卡槽等结构，在一些方案中可采用螺纹连接、插销连接等结构，具体并不唯一限定，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的TR腔体的两侧设置有用于配合紧固件的压孔或压槽。采用如此方案时，通过紧固件穿过压孔或压槽，将TR腔体连接固定在安装基板上，这样也便于随时进行检修维护，降低检修的成本，提高检修的效率；同时为了提高集成度，紧固件连接后其头尾两端均不超出压孔的孔口和压槽的槽口。

进一步的，在本发明中，对天线板的结构进行优化以提高天线板的性能，具体的，此处举出如下一种可行的选择：所述的天线板上边缘设置若干个相互间隔的天线单元。采用如此方案时，可将天线单元相互隔开，使每个天线单元成为独立的结构，以提高天线板性能发挥。在具体设置时，可设置为锯齿状排列结构，能够增加天线单元间的隔离度，改善天线阵列的方向图，提高天线性能。

进一步的，在本发明中，为了方便天线板的连接固定，对天线板的结构进行优化改进，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的天线板的下边缘设置有配合射频连接器的焊盘结构，焊盘结构包括射频信号焊盘和位于射频信号焊盘两侧的接地焊盘。采用如此方案时，射频信号焊盘用于传递天线信号，接地焊盘用于连接天线板的地和TR的地，将二者的地连接能够确保整个天线结构的接地性稳定可靠，提高便于提高天线的性能发挥。

再进一步，在本发明中，为了使天线板连接稳定，此处进行优化：所述的天线板上设置有若干通孔，压板上对应通孔设置有穿接孔，所述的紧固件穿过穿接孔和通孔将压板与天线板连接固定；压板的侧边缘处设置有与安装基板配合的压槽，紧固件通过压槽将压板连接固定至安装基板。采用如此方案时，天线板中部的通孔与压板中部的穿接孔连接固定；压板的穿接孔和压槽均与安装基板对应并通过紧固件连接固定。同时可将压板上的穿接孔和压槽设置为台阶孔，并在安装基板上设置螺纹孔，紧固件穿过压槽并与螺纹孔连接固定，且紧固件的两端不超出安装基板和压板的表面。

进一步的，在本发明中，所述的紧固件包括螺钉或销钉。除此之外，还可采用其他便于拆卸连接的紧固件。

进一步的，本发明所采用的射频连接器不仅用于传递信号，还能实现接地，具体的，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的射频连接器包括探针，探针外部设置有壳体，壳体上设置有若干接地引脚；壳体与探针之间设置有填充介质，探针向壳体的两端口延伸并从端口探出。采用如此方案时，芯体可采用SMP芯体，则探针为SMP针。

进一步的，在本发明中，为加强接地性，对接地引脚进行优化设置，具体举出如下一种可行的选择：所述的接地引脚在探针的两侧对称设置，且接地引脚与外壳一体成型。采用如此方案时，接地引脚与天线板和TR模块的地连接接通。

再进一步，为了提高安装的稳定可靠性，对射频连接器的形状进行优化改进，具体可采用如下一种可行的选择：所述的TR腔体上设置有用于设置射频连接器的连接器孔，射频连接器与外壳一起插入连接器孔中，外壳与连接器孔的孔壁贴合并抵紧贴合以防止发生周向旋转。采用如此方案时，可将外壳设置为椭圆、多边形等多种非圆形的结构。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明的结构简单，实现方便，能够减少天线架构的厚度和连接处的高度，提高了天线架构的整体集成度；通过射频连接器连接天线板与TR模块并将二者的地连接，保证了天线结构的接地性，进而保障了天线架构的整体性能。

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，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应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它相关的附图。

图1为现有技术中连接架构的示意图。

图2为现有技术中设置贴片天线的阵列示意图。

图3为本发明中天线架构的结构示意图。

图4为本发明中天线板的结构示意图。

图5为本发明中压板的结构示意图。

图6为TR模块设置射频连接器后的正视结构示意图。

图7为TR模块设置射频连接器后的俯视结构示意图。

图8为TR腔体的上视结构示意图。

图9为TR模块的侧视结构示意图。

图10为TR安装基板的结构示意图。

图11为射频连接器的结构示意图。

图12为仿真结果曲线图。

上述附图中，各标记的含义为：1、天线板；2、压板；3、TR模块；4、安装基板；5、紧固件；6、通孔；7、接地焊盘；8、射频信号焊盘；9、穿接孔；10、压槽；11、射频连接器；12、TR腔体；13、TR盖板；14、压孔；15、探针；16、接地引脚。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。

实施例

针对现有技术中存在的缺陷，本实施例进行优化改进以解决现有的技术问题。

具体的，如图1-图12所示，本实施例公开了一种Ka频段水平端射天线架构，参照图3，包括安装基板4，安装基板4的两侧表面均连接设置TR模块3，安装基板4的上侧边缘贴合设置有若干天线板1，天线板1通过压板2连接至安装基板4，天线板1与TR模块3之间通过若干射频连接器11连接通信；所述的天线板1和TR模块3均通过可拆卸的紧固件5与安装基板4连接。

上述公开的天线结构，将天线板1与安装基板4平行设置，减小了整体架构的厚度，通过射频连接器11连接天线板1与TR模块3，减小了连接处的连接高度，在安装基板4的两侧都安装设置TR模块3，提高了整个天线结构的集成度；在具体应用时，以射频连接器11进行天线板1和TR模块3的通信，保障了接地的稳定可靠性，从而保障了天线结构的性能稳定。

优选的，在实施例中，安装基板4的两侧表面各设置有一个TR模块3，且安装基板4的两侧均可设置天线板1，每个天线板1均包括有8个相互间隔的天线单元。

在本实施例中，TR模块3设置为扁平的结构，即将其贴合于安装基板4设置，这样便于天线结构提高集成度，具体的，此处进行优化并采用如下一种可行的选择：如图6、图7所示，所述的TR模块3包括TR腔体12，TR腔体12上设置有用于密封的TR盖板13，TR模块3的上侧边缘处排列设置有若干用于连接射频连接器11的连接位，射频连接器11与连接位插接连通。采用如此方案时，TR腔体12为扁平结构，通过TR盖板13进行封盖后实现密封，TR盖板13可采用激光封焊等方式设置于TR腔体12上，同时，射频连接器烧结在模块腔体上，实现了整个模块的气密。

优选的，射频连接器11烧结在TR模块3的TR腔体12上。即：将连接位设置为台阶孔，通过将椭圆焊环放置在台阶孔上再将射频连接器11安装进台阶孔，再通过夹具固定，加热融化焊环烧结射频连接器11在TR模块3上，以此保证整个TR模块3气密。

为了实现将TR腔体12与安装基板4的连接固定，可采用多种可行的方式，例如在一些方案中可采用插槽、卡槽等结构，在一些方案中可采用螺纹连接、插销连接等结构，具体并不唯一限定，此处进行优化并采用如下一种可行的选择：如图6、图7所示，所述的TR腔体12的两侧设置有用于配合紧固件5的压孔14或压槽10。采用如此方案时，通过紧固件5穿过压孔14或压槽10，将TR腔体12连接固定在安装基板4上，这样也便于随时进行检修维护，相对于现有技术中采用焊接的方式连接而言，降低了检修的成本，提高了检修的效率。

在本实施例中，对天线板1的结构进行优化以提高天线板1的性能，具体的，此处采用如下一种可行的选择：如图4所示，所述的天线板1上边缘设置若干个相互间隔的天线单元。采用如此方案时，可将天线单元相互隔开，使每个天线单元为独立的结构，以提高每个信号端的性能发挥。

优选的，每个信号端之间均有间隙，具体将天线单元设置为锯齿状排列结构，能够增加天线单元间的隔离度，改善天线阵列的方向图，提高天线性能。

在本实施例中，为了方便天线板1的连接固定，对天线板1的结构进行优化改进，此处进行优化并采用如下一种可行的选择：如图4所示，所述的天线板1的下边缘设置有配合射频连接器11的焊盘结构，焊盘结构包括射频信号焊盘8和位于射频信号焊盘8两侧的接地焊盘7。采用如此方案时，射频信号焊盘8用于传递天线信号，接地焊盘7用于连接天线板1的地和TR的地，将二者的地连接能够确保整个天线结构的接地性稳定可靠，提高便于提高天线的性能发挥。

在本实施例中，为了使天线板1连接稳定，此处进行优化：如图4、图5所示，所述的天线板1上设置有若干通孔6，压板2上对应通孔6设置有穿接孔9，所述的紧固件5穿过穿接孔9和通孔6将压板2与天线板1连接固定；压板2的侧边缘处设置有与安装基板4配合的压槽10，紧固件5通过压槽10将压板2连接固定至安装基板4。采用如此方案时，天线板1中部的通孔6与压板2中部的穿接孔9连接固定；压板2的穿接孔9和压槽10均与安装基板4对应并通过紧固件5连接固定。

优选的，本实施例中的压槽10结构为半孔结构，而安装基板4上设置有对应的半孔结构并与压槽10形成完整的沉孔，设置紧固件5时将压板2与TR腔体12连接紧固。安装基板4上设置有对应的螺纹孔，用于紧固件的螺纹间接规定，紧固件在进行紧固安装后，两端均不超出压槽10的槽口、穿接孔9的孔口和螺纹孔的孔口。

在本实施例中，所述的紧固件5包括螺钉。除此之外，还可采用其他便于拆卸连接的紧固件5。

本实施例所采用的射频连接器11不仅用于传递信号，还能实现接地，具体的，此处进行优化并采用如下一种可行的选择：如图11所示，所述的射频连接器11包括探针15，探针15外部设置有壳体，壳体上设置有若干接地引脚16；壳体与探针15之间设置有填充介质，探针向壳体的两端口延伸并从端口探出。

优选的，芯体可采用SMP芯体，则探针15为SMP针，与天线板1和TR模块3金丝键合；接地引脚16的数量为二且与壳体一体成型，壳体采用可伐金属4J29制成；填充金属采用烧结玻璃，用于壳体接地及内芯射频信号的隔离。

在本实施例中，为加强接地性，对接地引脚16进行优化设置，具体采用如下一种可行的选择：所述的接地引脚16在探针15的两侧对称设置，且接地引脚16与外壳一体成型。采用如此方案时，接地引脚16与天线板1和TR模块3的地连接接通。

优选的，为了提高安装的稳定可靠性，对射频连接器11的形状进行优化改进，具体可采用如下一种可行的选择：所述的TR腔体12上设置有用于设置射频连接器11的连接器孔，射频连接器11与外壳一起插入连接器孔中，外壳与连接器孔的孔壁贴合并抵紧贴合以防止发生周向旋转。采用如此方案时，可将外壳设置为椭圆、多边形等多种非圆形的结构。防止在把射频连接器烧结在模块腔体上，射频连接器在焊锡作用下，在腔体内发生转动，保证射频连接器焊盘始终朝向TR模块外侧。

如图12所示，具体在Ka频段（26.5-40GHZ）应用本实施例所公开的天线架构时，通过仿真结果可确定其性能，从仿真结果来看本实施例公开的天线架构既保证了天线性能又保证了工艺返修性，工艺操作性极强。

S11反应的是二端口网络的传输特性参数，端口2接匹配负载时端口1的入射电压和反射电压的比值，反射电压越小，传输效率越高。通常S11＜-10dB表示信号的带宽，此种结构在Ka频段的带宽≥22%，属于宽带特性。

当然，该形式不仅适用于Ka等高频波段，频率范围可适用于0-40GHz。

以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：包括安装基板(4)，安装基板(4)的两侧表面均连接设置TR模块(3)，安装基板(4)的上侧边缘贴合设置有若干天线板(1)，天线板(1)通过压板(2)连接至安装基板(4)，天线板(1)与TR模块(3)之间通过若干射频连接器(11)连接通信；所述的天线板(1)和TR模块(3)均通过可拆卸的紧固件(5)与安装基板(4)连接；

TR模块设置为扁平的结构，即将其贴合于安装基板设置；安装基板(4)的两侧都安装设置TR模块(3)；

所述的TR模块(3)包括TR腔体(12)，TR腔体(12)上设置有用于密封的TR盖板(13)，TR模块(3)的上侧边缘处排列设置有若干用于连接射频连接器(11)的连接位，射频连接器(11)与连接位插接连通。

2.根据权利要求1所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的TR腔体(12)的两侧设置有用于配合紧固件(5)的压孔(14)或压槽(10)。

3.根据权利要求1所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的天线板(1)上边缘设置若干个相互间隔的天线单元。

4.根据权利要求3所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的天线板(1)的下边缘设置有配合射频连接器(11)的焊盘结构，焊盘结构包括射频信号焊盘(8)和位于射频信号焊盘(8)两侧的接地焊盘(7)。

5.根据权利要求4所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的天线板(1)上设置有若干通孔(6)，压板(2)上对应通孔(6)设置有穿接孔(9)，所述的紧固件(5)穿过穿接孔(9)和通孔(6)将压板(2)与天线板(1)连接固定；压板(2)的侧边缘处设置有与安装基板(4)配合的压槽(10)，紧固件(5)通过压槽(10)将压板(2)连接固定至安装基板(4)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的紧固件(5)包括螺钉或销钉。

7.根据权利要求1所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的射频连接器(11)包括探针(15)，探针(15)外部设置有壳体，壳体上设置有若干接地引脚(16)；壳体与探针(15)之间设置有填充介质，探针向壳体的两端口延伸并从端口探出。

8.根据权利要求7所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的接地引脚(16)在探针(15)的两侧对称设置，且接地引脚(16)与外壳一体成型。

9.根据权利要求7或8所述的Ka频段水平端射天线架构，其特征在于：所述的TR腔体(12)上设置有用于设置射频连接器(11)的连接器孔，射频连接器(11)与外壳一起插入连接器孔中，外壳与连接器孔的孔壁贴合并抵紧贴合以防止发生周向旋转。

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