一种异型腔毛纽扣组件、瓦片式收发组件垂直互联设计方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体是一种异型腔毛纽扣组件、瓦片式收发组件垂直互联设计方法，可应用于两维有源相控阵雷达收发组件或收发子阵的设计领域。

背景技术

随着相控阵雷达系统小型化的发展，在三维高密度集成技术基础上发展起来的瓦片式收发组件具有体积小、重量轻、集成度高等优点，与砖块式收发组件相比具有不可比拟的优势，其3D模式大幅度降低了系统的体积和重量，可实现模块化、可拼接、可共形、易维修、低成本，更易于系统阵列集成。瓦片式收发组件采用立体叠层的方式实现三维集成，形成三维结构的关键在于如何实现各平面电路间的垂直互联，既要保证信号传输完整性，又要具有结构简单，信号传输稳定可靠的特点，因此高密度层间垂直互联设计至关重要，是实现系统小型化的重要途径之一，已经成为了学术界和工业界的一个热点研究课题。

在传统的电子设备中，各功能电路或单元之间的信号传输主要采用线缆和连接器等方式。系统通道数越来越多，信号种类、数量繁多，互联关系复杂，导致系统线缆盘绕，占用较多空间尺寸，而且大量线缆需要焊接，费时费力，对系统的小型化、可靠性和维修性等问题难以有效解决。因此，这种连接方式无法实现瓦片式收发组件的三维高密度集成，必须采用新的设计思路和集成工艺方法。

发明内容

要解决的技术问题

针对瓦片式收发组件中多路信号垂直互联难的问题，本发明提出一种基于异型腔毛纽扣组件实现层间信号垂直互联的设计方法。

技术方案

发明构思：本发明涉及的瓦片式收发组件，其第一层电路基板和第二层电路基板需要进行34路射频微波信号及22路电源信号垂直传输，路数很多，如果采用常规的毛纽扣连接器的话，那么会存在几个问题：1、多个毛纽扣单独和基板连接都需加固定装置，比如在其两边加固定螺钉孔及销钉等方式，固定繁琐，拆装比较费时，而且占据腔体内过多空间，无法满足小型化及维修性需求；2、多个毛纽扣单独连接离散性大，多路同时定位精度差，批量一致性差，导致可靠性大幅降低；3、多个毛纽扣单独连接接地效果差，信号传输完整性无法保证；4、多个毛纽扣单独连接与金属网状隔板相比，没有独立分隔腔体，通道间隔离度差，信号串绕问题难以解决；5、多个毛纽扣单独连接与金属网状隔板相比，没有热传导路径，散热效果差。针对上述问题，本发明提出了将这56个毛纽扣连接器集成在一个金属网状隔板里一体化设计，针对第一个问题，本发明通过一个金属网状隔板一体化集成多路毛纽扣即可实现与基板信号的连接，可快速拆装，满足小型化及维修性；针对第二个问题，本发明仅在金属网状隔板设置了2个定位销钉即实现了多个毛纽扣的同时精确定位；针对第三个问题，本发明通过金属网状隔板与上下层基板壳体用螺钉紧固的方式实现了信号就近接地，确保信号传输完整性；针对第四个问题，本发明通过一个金属网状隔板将腔体分隔为独立通道，解决通道间隔离及串扰问题；针对第五个问题，本发明通过一个金属网状隔板与上下层基板和壳体侧壁连接，形成良好的热传导路径。金属网状隔板可同时实现良好接地，板间支撑、腔体隔离及热传导功能，以及通过每个毛纽扣旁配合一个匹配接地孔来实现信号的稳定传输，通过这样的设计来提高瓦片式收发组件工作稳定性、可靠性及散热效率。

一种异型腔毛纽扣组件，所述的异型腔毛纽扣组件为金属网状隔板，位于两个待连接电路板之间，在需要进行信号传输位置处设有通孔，通孔内安装套有绝缘体的毛纽扣；所述的毛纽扣针对不同的信号设置不同的直径。

优选地：所述的信号包括微波信号和电源信号。

优选地：在每个连接微波信号的毛纽扣处配合一个匹配接地孔。

优选地：金属网状隔板上还设有走线槽，用于避让平面内传输印制线。

优选地：金属网状隔板还设有定位销钉。

一种瓦片式收发组件垂直互联设计方法，采用多层电路基板叠层结构实现瓦片式多通道收发组件集成，采用异型腔毛纽扣组件实现层间N路射频微波信号及M路电源信号垂直互联，采用X芯毛纽扣连接器实现层间控制信号垂直互联，采用Y芯混合毛纽扣连接器实现层间传输功率放大器大电流电源及低噪声放大器电源信号垂直互联。

优选地：所述的X芯毛纽扣连接器为X个毛纽扣安装于绝缘体内，毛纽扣的一端为短针，与上层电路板弹性压接，另一端为长针，焊接于下层电路板上。

优选地：所述的Y芯混合毛纽扣连接器为Y个毛纽扣安装于绝缘体内，毛纽扣的一端为短针，与上层电路板弹性压接，另一端为长针，焊接于下层电路板上。

优选地：所述的绝缘体为聚四氟乙烯。

优选地：所述的Y芯混合毛纽扣连接器内置金属固定柱确保毛纽扣稳定性。

有益效果

本发明提出的一种瓦片式收发组件垂直互联设计方法，采用异型腔毛纽扣组件实现层间信号垂直互联，金属网状隔板实现板间支撑、腔体隔离及热传导功能，正反面局部开腔避让平面内传输走线满足布线要求。有益效果如下：

1、本发明采用叠层式三维结构实现瓦片式收发组件，大幅度降低了系统的体积和重量，具有模块化、可拼接、可共形、易维修、低成本等特点，更易于系统阵列集成。

2、本发明采用异型腔毛纽扣组件实现层间34路射频微波信号及22路电源信号垂直互联，集成化程度高，具有良好的射频和直流传输性能，同时金属网状隔板可实现板间支撑、腔体隔离及热传导功能，提高了系统工作稳定性、可靠性及散热效率。

3、本发明采用10芯毛纽扣连接器和6芯混合毛纽扣连接器实现层间多种电源及控制信号垂直互联，结构简单，易于实现，根据实际需求可任意增减，可扩展性强。

4、本发明采用毛纽扣实现层间垂直互联，信号传输稳定可靠，连接方式灵活方便，具有无需焊接、可重复拆装、易返修等优点，经验证在高低温冲击及振动环境下也能够保证良好的信号传输性能，具有较高的可靠性。

5、本发明仅通过2个定位销即可实现精准定位，相比于现有技术中采用单个毛纽扣连接方式需要在每个连接点设计一个定位销来说，其加工简单且提高了定位精度。

6、本发明在每个毛纽扣旁边3.8mm处需安装固定1个M2的螺钉，提高了射频微波信号传输的完整性和稳定性。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1瓦片式收发组件示意图

图2异型腔毛纽扣组件示意图

图3 10芯毛纽扣连接器示意图

图4 6芯混合毛纽扣连接器示意图

1-0.4mm毛纽扣孔；2-匹配接地孔；3-0.8mm毛纽扣；4-走线槽；5-与第一层连接的螺纹孔；6-与第二层连接的通孔；7-金属固定柱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提出瓦片式收发组件采用L×L结构排布形式、三层电路基板叠层实现，把电源电路、数字电路及射频电路排放在不同层次上，每层电路基板装配在各自金属腔体内，三层金属腔体紧密固定连接，有利于提高各层次电路之间的隔离度，有效解决组件的电磁兼容问题。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述的瓦片式收发组件示意图如图1所示，采用4×4结构排布形式、三层电路基板叠层实现，第一层电路板产生组件需要的34路射频信号以及22路电源信号，第二层电路板产生组件需要的各种控制信号，第三层电路板装配功率放大器及低噪声放大器等微波器件，需要提供大电流电源信号。

本发明所述的异型腔毛纽扣组件示意图如图2所示，采用金属网状隔板安装毛纽扣实现第一层及第二层电路板之间34路射频微波信号及22路电源信号的垂直互联，金属网状隔板的厚度为4mm，毛纽扣组件上下两面均为弹性接口，层间高度11.9mm，毛纽扣压缩量为0.5mm，为了保证层间良好接地，异型腔毛纽扣组件高度设计为11.8mm。根据印制板布线要求及仿真结果，选用直径为0.4mm的毛纽扣传输层间34路射频微波信号，为了确保微波信号传输完整性，在每个毛纽扣旁边3.8mm处需安装固定1个M2的螺钉，起匹配接地作用；根据电源载流要求，选用直径为0.8mm的毛纽扣传输层间22路电源信号。异型腔毛纽扣组件通过2个销钉准确定位，紧固螺钉与上下两层腔体紧密连接，确保毛纽扣可靠连接，同时金属网状隔板可实现板间支撑、腔体隔离及热传导功能。为了满足瓦片组件4×4排布方式，根据布线需求在异型腔毛纽扣组件正反面局部开腔以避让平面内传输印制线。

本发明所述的10芯毛纽扣连接器示意图如图3所示，采用聚四氟乙烯安装毛纽扣实现第二层及第三层电路板之间单通道内控制信号垂直互联，根据结构固定要求，10芯毛纽扣连接器为单面弹性接口，一端为短针，其与第二层电路板弹性压接；另一端为长针，其为固定管脚焊接印制板连接方式，焊接于第三层电路板上，尺寸设计为9.0mm×4.5mm×7.9mm，毛纽扣压缩量为0.5mm，选用直径为0.8mm的毛纽扣传输层间信号，1个4×4瓦片式收发组件需要16个10芯毛纽扣连接器，紧固两层金属腔体可确保层间16个10芯毛纽扣连接器可靠连接。

本发明所述的6芯混合毛纽扣连接器示意图如图4所示，采用聚四氟乙烯安装毛纽扣配合金属固定柱实现第二层及第三层电路板之间传输单通道内功率放大器大电流电源及低噪声放大器电源信号。根据结构固定要求，6芯混合毛纽扣连接器为单面弹性接口，一端为短针，其与第二层电路板弹性压接；另一端为长针，其为固定管脚焊接印制板连接方式，焊接于第三层电路板上，尺寸设计为12.5mm×6.0mm×24mm，毛纽扣压缩量为0.5mm，选用2个直径为2.0mm的毛纽扣传输功率放大器漏极大电流电源信号，选用4个直径为0.8mm的毛纽扣传输功率放大器栅极电源和低噪声放大器电源信号，1个4×4瓦片式收发组件需要16个6芯混合毛纽扣连接器，紧固两层金属腔体可确保层间16个6芯混合毛纽扣连接器可靠连接。由于6芯混合毛纽扣连接器高度较高，为24mm，需内置金属固定柱确保毛纽扣稳定性。

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公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。