一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置的制作方法

1.本公开实施例涉及无线电通讯设备技术领域，尤其涉及一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置。


背景技术：

2.悬置带线因其体积小、成本低、便于集成、具有较小的传输损耗、较弱的色散特性和较宽的频带范围等特性而成为一种被广泛使用的传输线结构。有关悬置带线的滤波器、波导-悬置带线转接结构、功分器等广受欢迎。有源稀布阵天线有成百上千个阵元，阵面单元随机分布，后端t/r组件规则分布，需要用射频传输线将阵元与t/r组件之间连接起来。目前常见的方法是依靠电缆连接，射频电缆及其固定的结构件，笨重复杂，生产成本高昂。
3.相关技术中，在p波段风廓线雷达结构总体设计中，相控阵天线的一大特点是阵面上布有大量的电缆，为减少电缆损耗，应选择尽量短的电缆。在基于新型空气板线结构的低损耗馈电网络中，采用空气板线的方式，最大限度地减少走线长度，提供了一种低损耗的功分馈电网络。在某mst雷达天线阵面结构设计中，分析了雷达射频电缆的布线路径，采用二维布线法分别对子阵电缆布线和区域电缆布线进行模拟，保证了子阵中每个单元所连接的射频电缆路径以及在区域中布线路径最优，从而保证了射频电缆总长最短，并指出大型阵面的射频电缆布线是阵面结构设计的重要组成部分，关系到射频电缆的长度和天线阵面的整体美观性，更是降低成本的重要手段。上述阵元天线布阵中，虽然已经减少了电缆的使用长度，但是依靠电缆连接，会造成整体结构笨重复杂，且生产成本高昂。
4.因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
5.需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。


技术实现要素：

6.本公开实施例的目的在于提供一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
7.根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置，该装置包括：
8.第一金属结构件，所述第一金属结构件上设置有连接器，用于连接阵元；
9.介质基板层，所述介质基板位于所述第一金属结构件的下方，且所述介质基板层的下表面设置有微带线；其中，所述介质基板层下表面的微带线的一端与所述第一金属结构件上的连接器连接；
10.第二金属结构件，所述第二金属结构件位于介质基板层的下方，且所述第二金属结构件上设置有连接器，用于连接t/r组件，其中，所述介质基板层下表面的微带线的另一端与所述第二金属结构件上的连接器连接。
11.本公开的一实施例中，所述介质基板层的上表面设置有焊盘，所述介质基板层下
表面的微带线的一端通过金属柱与所述介质基板层上表面的焊盘连接，且所述焊盘与所述第一金属结构件上的连接器连接
12.本公开的一实施例中，与所述介质基板层相对的所述第一金属结构件的表面上设置有第一槽，所述第一槽与所述介质基板层上表面的微带线的排布形状匹配；
13.与所述介质基板层相对的所述第二金属结构件的表面上设置有第二槽，所述第二槽与所述介质基板层下表面的微带线的排布形状匹配。
14.本公开的一实施例中，贯穿所述介质基板层开设有容纳孔，所述容纳孔的形状与所述微带线的排布形状匹配，且所述容纳孔用于容纳所述微带线。
15.本公开的一实施例中，所述容纳孔的两个侧壁上分别设置有金属壁，所述容纳孔与所述第一槽构成上空腔；所述容纳孔与所述第二槽构成下空腔，所述上空腔与所述下空腔连通。本公开的一实施例中，所述微带线的宽度为1mm。
16.本公开的一实施例中，所述微带线的电阻为50ω。
17.本公开的一实施例中，两个所述金属壁之间的宽度为2mm。
18.本公开的一实施例中，所述介质基板层的材质为rogers4350，厚度为0.508mm。
19.本公开的一实施例中，所述第一槽的槽深或所述第二槽的槽深与所述介质基板层的总厚度为1.2mm。
20.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
21.本公开的实施例中，通过上述装置，一方面介质基板层的下表面的微带线的一端与第一金属结构件上的连接器连接，第一金属结构件上的连接器与阵元连接，介质基板层的下表面的微带线的另一端与第二金属结构件上的连接器连接，第二金属结构件上的连接器与t/r组件连接，实现了将阵元与t/r组件的连接。另一方面，通过该装置代替笨重的电缆转接装置，能够有效压缩空间从而降低天线剖面。合理地规划t/r组件位置，在有限的空间内进行悬置带线等长度布线，可以近似地实现t/r端对阵元端的等相位效果，最终可在不损失电性能参数的基础上达到降低天线剖面，降低生产成本的效果。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。
23.图1示出本公开示例性实施例中稀布阵子阵划分图；
24.图2示出本公开示例性实施例中一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置的结构示意图；
25.图3示出本公开示例性实施例中一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置的一种局部结构示意图；
26.图4示出本公开示例性实施例中一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置的另一种局部结构示意图；
27.图5示出本公开示例性实施例中子阵布线示意图；
28.图6示出本公开示例性实施例中部分子阵阵元到各t/r端插入损耗图；
29.图7示出本公开示例性实施例中部分子阵阵元到各t/r端相位差图。
30.图中，100、第一金属结构件；110、连接器；120、第一槽；200、介质基板层；210、微带线；220、焊盘；230、容纳孔；300、第二金属结构件；310、第二槽。
具体实施方式
31.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
32.此外，附图仅为本公开实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
33.本示例实施方式中首先提供了一种基于悬置带线的有源稀布阵天线转接装置。参考图2中所示，该装置可以包括：第一金属结构件100、介质基板层200及第二金属结构件300。
34.其中，第一金属结构件100，所述第一金属结构件100上设置有连接器110，用于连接阵元。
35.介质基板层200，所述介质基板位于所述第一金属结构件100的下方，且所述介质基板层200的下表面设置有微带线210；其中，所述介质基板层200下表面的微带线210的一端与所述第一金属结构件上的连接器110连接。
36.第二金属结构件300，所述第二金属结构件300位于介质基板层的下方，且所述第二金属结构件300上设置有连接器110，用于连接t/r组件，其中，所述介质基板层200下表面的微带线210的另一端与所述第二金属结构件300上的连接器110连接。
37.通过上述装置，一方面介质基板层200的下表面的微带线210的一端与第一金属结构件上的连接器110连接，第一金属结构件上的连接器与阵元连接，介质基板层200的下表面的微带线210的另一端与第二金属结构件300上的连接器连接，第二金属结构件300上的连接器110与t/r组件连接，实现了将阵元与t/r组件的连接。另一方面，通过该装置代替笨重的电缆转接装置，能够有效压缩空间从而降低天线剖面。合理地规划t/r组件位置，在有限的空间内进行悬置带线等长度布线，可以近似地实现t/r端对阵元端的等相位效果，最终可在不损失电性能参数的基础上达到降低天线剖面，降低生产成本的效果。
38.下面，将参考图1至图4对本示例实施方式中的上述装置的各个部分进行更详细的说明。
39.在一个实施例中，如图2、图3和图4所示，该装置包括从上至下的第一金属结构件100、介质基板层200和第二金属结构件300。第一金属结构件100上设置有连接器110，且第一金属结构件100上的连接器110用于连接阵元。介质基板层200位于第一金属结构件100的下方，且介质基板层200的下表面设置有微带线210，介质基板层200的下表面的微带线210的一端与第一金属结构件100上的连接器110连接；第二金属结构件300位于介质基板层200的下方，第二金属结构件300亦设置有连接器110，且第二金属结构件300上的连接器110用于连接t/r组件，介质基板层200的下表面的微带线210的另一端与第二金属结构件300上的
连接器110连接。通过该装置，实现了实将阵元与t/r组件的连接。其中，第一金属结构件100和第二金属结构件300上的连接器110均为同轴连接器110，且连接器110采用压接方式分别与第一金属结构件100、第二金属结构件300相接。介质基板层200下表面的微带线210设置有若干条，具体微带线210的条数，可根据实际情况设置，本实施例对此不做限制。
40.需要说明的是，天线阵面分为四个象限，每个象限划分为不同的子阵，每个象限的每个子阵单元数量相同。如图1所示，为一个有源稀布阵天线的子阵划分示意图，阵共1792个单元，每个象限被分为14个子阵，单个子阵中有32个阵元，组成4个8通道t/r组件，t/r组件和阵元的对应位置已知。介质基板层200下表面的微带线210分别设置有32条，介质基板层200下表面的32条微带线210与32个阵元一一对应。32个阵元通过第一金属结构件100上的连接器110与介质基板层200下表面的32条微带线210的一端连接。对应的，t/r组件通过第二金属结构件300上的连接器110与介质基板层200下表面的32条微带线210的另一端连接。还需要说明的是，通过该装置代替笨重的电缆转接装置，将阵面的非周期分布转换为规则的周期分布，并与t/r组件相连，使t/r组件规则地分成多列。
41.在一个实施例中，所述介质基板层200的上表面设置有焊盘220，所述介质基板层200下表面的微带线210的一端通过金属柱(图中未示出)与所述介质基板层200上表面的焊盘220连接，且所述焊盘220与所述第一金属结构件100上的连接器110连接。具体的，如图2和图3所示，介质基板层200的下表面布设有焊盘220，且位于介质基板层200下表面的微带线210的一端通过金属柱(图中未示出)与介质基板层200上表面的焊盘220连接，其中，金属柱(图中未示出)穿过介质基板层200，第一金属结构件100上的连接器110采用压接的方式分别与介质基板层200上表面的焊盘220、微带线210连接，焊盘220，是表面贴装装配的基本构成单元，用来构成电路板的焊盘图案(land pattern)，即各种为特殊元件类型设计的焊盘220组合。
42.在一个实施例中，与所述介质基板层200相对的所述第一金属结构件100的表面上设置有第一槽120，所述第一槽120与所述介质基板层200下表面的微带线210的排布形状匹配；
43.与所述介质基板层200相对的所述第二金属结构件300的表面上设置有第二槽310，所述第二槽310与所述介质基板层200下表面的微带线210的排布形状匹配。具体的，如图2和图3所示，与介质基板层200相对的第一金属结构件100的上表面设置有第一槽120，第一槽120的数量与介质基板层200上表面的微带线210的数量一致，且第一槽120的形状与介质基板层200下表面的微带线210的排布形状匹配。与介质基板层200相对的第二金属结构件300的上表面设置有第二槽310，第二槽310的数量与介质基板层200下表面的微带线210的数量一致，且第二槽310的形状与介质基板层200下表面的微带线210的排布形状匹配。其中，第一金属结构件100上未开第一槽120的部分可作为中间介质基板层200的支撑结构，第二金属结构件300上未开第二槽310的部分可作为中间介质基板层200的支撑结构，无须额外的支撑结构，即可以对介质基板层200起支撑作用。
44.在一个实施例中，贯穿所述介质基板层200开设有容纳孔230，所述容纳孔230的形状与所述微带线210的排布形状匹配，且所述容纳孔230用于容纳所述微带线210。具体的，介质基板层200内开设有容纳孔230，容纳孔230贯穿该介质基板层200的上下表面，且容纳孔230的形状与微带线210的排布形状匹配，可使得容纳孔230更好的容纳微带线210。容纳
孔230容纳微带线210，使得整个装置设计紧凑。
45.在一个实施例中，所述容纳孔230的两个侧壁上分别设置有金属壁，所述容纳孔230与所述第一槽120构成上空腔；所述容纳孔230与所述第二槽310构成下空腔，所述上空腔与所述下空腔连通。具体的，沿着微带线210的长度方向上的容纳孔230的两个侧壁上设置有金属壁，金属壁可以更好地将微带线210隔离起来。容纳孔230与第一金属结构件100上的第一槽120构成上空腔，容纳孔230与第二金属结构件300上的第二槽310构成下空腔，且上空腔与下空腔连通。
46.在一个实施例中，所述微带线210的宽度为1mm。具体的，根据实际情况，将微带线210的宽度设置为1mm。基于该微带线210的宽度，进行设计两个金属壁之间的宽度。
47.在一个实施例中，所述微带线的电阻为50ω。
48.在一个实施例中，两个所述金属壁之间的为2mm。具体的，基于设置的微带线210的宽度为1mm，两个金属壁之间的宽度设计为2mm。基于该两个金属壁之间的宽度，可以保证容纳微带线210的前提下，使得装置的整体设计更加紧凑。
49.在一个实施例中，所述介质基板层200的材质为rogers4350，厚度为0.508mm。具体的，rogers4350的介质基板层200，介电常数为3.66。介质基板层200的厚度为0.508mm，可以使得该介质基板层200具有较薄的结构。
50.在一个实施例中，所述第一槽120的槽深、所述第二槽310的槽深与所述介质基板层200的总厚度为1.2mm。具体的，第一金属结构件100上的第一槽120槽深、第二金属结构件300上的第二槽310槽深与介质基板层200的厚度之和为1.2mm。如此设置，可以使得该装置的整体结构较薄。
51.下面通过仿真实验对本实施例做进一步说明。
52.稀布阵天线阵元数量多，介质基板层200上需印刷大量的不规则带线，直接在hfss软件中进行大量的无规则布线过程复杂，根据该装置设计的布线过程如下为：首先根据理论值，通过计算确定天线对应工作频率下悬置带线的宽度尺寸值；根据带线的尺寸，在altium designer软件中对该子阵单元与其所对应的t/r单元进行布线，同时使带线之间满足路径最短且近似等长的条件，以使t/r端到阵元端的相位差满足目标要求；然后在hfss软件中对等长布线效果进行仿真验证，并建立最终的三维模型。采用该布线方法有效加快了布线的设计过程。其中，hfss(high frequency structure simulator)为高频结构仿真。
53.在设计布线的过程中，将子阵中的每个单元同t/r组件的接口相连，且基本满足等幅同相要求。考虑到单元数量多，以及布线不交叉、线与线之间的最小间距等要求，采用altium designer软件，通过设置固定线宽为1mm，以预估的最长线长为基准进行初始的布线操作，图5给出了一个altium designer软件中子阵的布线示意图，子阵布线结束后，将带线模型导入hfss软件中，搭建空气带线模型进行仿真，以三个子阵为例，随机抽取悬置带线转接板的部分仿真结果分别在图6和图7中列出，仿真结果表明各子阵阵元到t/r端的插入损耗s均可小于1db，绝大多数端口间的插入损耗位于0.2db～0.6db之间，相位差可控制在正负10度范围内。
54.通过上述装置，一方面介质基板层200的下表面的微带线210的一端与第一金属结构上的连接器110连接，第一金属结构件100上的连接器110与阵元连接，介质基板层200的下表面的微带线210的另一端第二金属结构件300上的连接器110与t/r组件连接，实现了将
阵元与t/r组件的连接。另一方面，通过该装置代替笨重的电缆转接装置，能够有效压缩空间从而降低天线剖面。合理地规划t/r组件位置，在有限的空间内进行悬置带线等长度布线，可以近似地实现t/r端对阵元端的等相位效果，最终可在不损失电性能参数的基础上达到降低天线剖面，降低生产成本的效果。
55.需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本公开实施例和简化描述，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公开实施例的限制。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
57.在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
58.在本公开实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.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公开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必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
60.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。