一种KA频段的相控阵天线

技术领域

本申请涉及相控阵天线技术领域，具体涉及一种KA频段的相控阵天线。

背景技术

在相控阵天线中，通常子阵作为一种标准化模块，天线的阵面一般用不同数量的子阵按照一定的形状进行拼装组合成大规模的天线阵面。理想的子阵结构，无论拼成“十字阵”，“矩形阵”等其他多种形式的阵面均可保证灵活组阵不浪费，单元间距相等。这样的子阵对于整阵的组成而言才具备真正意义上的可扩展的属性，无需根据不同的阵面规模设计不同的子阵。以KA频段相控阵天线为例，这种可拼子阵较为理想的规模为256单元(图1)与64单元，且子阵作为正方形结构为宜。

KA频段的子阵单元间距很小，子阵上芯片之间间隙5毫米以下，由于受限于空间，以及连接器对接位置结构加工精度的影响，使得KA频段的相控阵天线中，子阵与波控、功分网络之间的互联在整机尺寸小、安装精度高等要求下较难实施。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种KA频段的相控阵天线，能够灵活连接子阵、波控板组件和功分网络板组件，且精度高，连接后整机尺寸小。

本申请实施例的一方面，提供了一种KA频段的相控阵天线，包括依次层叠设置的阵面、结构支架和波控功分模块，阵面包括多个子阵，子阵和波控功分模块之间通过分别穿过结构支架的低频连接器和射频连接器盲插互连。

可选地，波控功分模块包括层叠设置的波控板和功分网格板，波控板靠近子阵设置；子阵上阵列有多个芯片，低频连接器包括设在多个芯片的阵列间隙中的插座和对应设在波控板上的插头，通过插头和插座对插，使子阵和波控板电连接。

可选地，射频连接器包括设在多个芯片的阵列间隙中的连接座和设在功分网格板上的连接头，连接座和连接头通过射频转接器对插，使子阵和功分网格板电连接。

可选地，射频转接器的一端设在连接头内、另一端设在连接座内，通过射频转接器，以导通连接座和连接头。

可选地，波控板上设有与连接头匹配的穿孔，连接头穿过穿孔与连接座插接。

可选地，波控功分模块还包括连接波控板和功分网格板的双面腔体结构件，波控板和功分网格板分别位于双面腔体结构件的相对侧的腔室内。

可选地，双面腔体结构件包括底面和沿底面的边缘分别向远离底面的两个方向延伸的侧面，以在底面两侧分别形成腔室，底面上设有与连接头匹配的定位柱，定位柱上设有通孔，连接头依次穿过通孔、穿孔和连接座插接。

可选地，通孔为台阶孔，台阶孔内靠近功分网格板的一端为大端，大端用于容置连接头。

可选地，连接头与功分网格板之间、连接座和子阵之间、插座和子阵之间、插头和波控板之间均通过孔定位后锡焊连接。

可选地，结构支架上设有支架定位柱，支架定位柱内设有孔，以使低频连接器和射频连接器穿过。

本申请实施例提供的KA频段的相控阵天线，阵面、结构支架和波控功分模块依次层叠设置，不占用水平空间，在水平方向的外形尺寸显著降低；阵面包括多个可拼的子阵，子阵和波控功分模块之间通过低频连接器和射频连接器盲插互连，相比现有线缆组件数量庞大的连接结构，通过低频连接器和射频连接器，使子阵和波控功分模块之间连接结构简单、灵活，适用于单元间距很小的KA频段的子阵的连接，使得整机性能好。同时，低频连接器和射频连接器采用的模块化、标准化的设计，方便后期批量工艺的实施及成本控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的某些实施例，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是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的子阵结构示意图之一；

图2是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的子阵结构示意图之二；

图3是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的子阵结构示意图之三；

图4是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的波控功分模块结构示意图之一；

图5是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的波控功分模块爆炸结构示意图；

图6是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的波控功分模块结构示意图之二；

图7是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的子阵、结构支架和波控功分模块连接前结构示意图；

图8是本实施例提供的KA频段的相控阵天线的子阵、结构支架和波控功分模块连接后结构示意图；

图9是图8中B处的放大图。

图标：1-子阵；11-螺钉孔；12-芯片；13-锡焊层；21-插座；211-供电插孔；212-信号插孔；22-插头；221-供电插针；222-信号插针；31-连接座；311-定位柱体；32-连接头；321-连接定位柱体；33-射频转接器；213-铜定位柱；4-波控功分模块；41-波控板；411-穿孔；42-双面腔体结构件；421-定位柱；43-功分网格板；44-结构盖板；5-结构支架；51-支架定位柱。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请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申请和简化描述，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申请的限制。此外，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。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本实施例提供一种KA频段的相控阵天线，包括依次层叠设置的阵面、结构支架5和波控功分模块4，阵面包括多个子阵1，子阵1和波控功分模块4之间通过分别穿过结构支架5的低频连接器和射频连接器盲插互连。

不同数量的子阵1按照一定的形状进行拼装形成阵面，如图1所示，多个子阵1之间通过穿过螺钉孔11的螺钉可拼装连接，每个子阵1上又阵列有多个芯片12，对于KA频段的子阵1来说，芯片12之间的间隙很小，一般在5毫米以下，将低频连接器和射频连接器设在子阵1和波控功分模块4之间，并通过低频连接器和射频连接器实现子阵1和波控功分模块4的盲插互连，使得对于芯片12间隙很小的KA频段的子阵1来说，能使整机尺寸小，连接方便。

其中，如图4和图5所示，波控功分模块4包括波控板41、双面腔体结构件42、功分网格板43和结构盖板44，可拼子阵1形成的阵面、结构支架5、波控板41、双面腔体结构件42、功分网格板43和结构盖板44依次层叠设置，低频连接器和射频连接器穿过结构支架5，使子阵1和波控功分模块4之间盲插互连。

波控板41和功分网格板43之间通过双面腔体结构件42连接，波控板41和功分网格板43分别位于双面腔体结构件42的相对侧的腔室内。

双面腔体结构件42包括底面和沿底面的边缘分别向远离底面的两个方向延伸的侧面，以在底面两侧分别形成腔室，波控板41和功分网格板43分别设在两侧的腔室内。

示例地，双面腔体结构件42的底面为矩形，沿矩形的四个边分别向底面两侧垂直延伸侧面，底面的一侧形成开口的结构，即为腔室，两侧形成两个腔室。波控板41和功分网格板43分别从两侧的开口装入。

结构盖板44装入功分网格板43的下方，将该侧的开口封住，形成一个整体的波控功分模块4，子阵1形成的阵面从另一侧的开口扣合。

本申请实施例提供的KA频段的相控阵天线，阵面、结构支架5和波控功分模块4依次层叠设置，不占用水平空间，在水平方向的外形尺寸显著降低；阵面包括多个可拼的子阵1，子阵1和波控功分模块4之间通过低频连接器和射频连接器盲插互连，相比现有线缆组件数量庞大的连接结构，通过低频连接器和射频连接器，使子阵1和波控功分模块4之间连接结构简单、灵活，适用于单元间距很小的KA频段的子阵1的连接，使得整机性能好。同时，低频连接器和射频连接器采用的模块化、标准化的设计，方便后期批量工艺的实施及成本控制。

具体地，如图2和图3所示，低频连接器包括插座21和插头22，插头22和插座21对插。其中插座21设在子阵1上，示例地，插座21位于子阵1的多个芯片12形成的阵列间隙中。插头22设在波控功分模块4的波控板41上。

具体地，插头22上设有两个供电插针221，两个供电插针221之间设有多个并排的信号插针222，对应插座21上设有供电插孔211和信号插孔212，供电插针221对插进供电插孔211内，完成子阵1和波控板41之间的供电互联。信号插针222对插进信号插孔212内，完成子阵1和波控板41之间的信号互联。

为使插头22和插座21准确对插，供电插针221的长度大于信号插针222的长度约2mm，以使供电插针221预先和供电插孔211对接导入，方便信号插针222和信号插孔212的对插。

每个子阵1上都设有一个低频连接器的插座21，以避免现有表贴时多个连接器产生的工艺累计误差，影响盲插精度。

如图2和图3所示，射频连接器包括连接座31和连接头32，连接座31和连接头32对插。其中，连接座31设在芯片12的阵列间隙中，如图6所示，连接头32通过连接定位柱体321设在波控功分模块4的功分网格板43上，波控板41上设有与连接头32匹配的穿孔411，双面腔体结构件42的底面上设有与连接头32匹配的定位柱421，定位柱421上设有通孔，结构支架5上设有支架定位柱51，支架定位柱51内也设有孔，连接头32依次穿过双面腔体结构件42上的通孔、波控板41上的穿孔411、结构支架5上支架定位柱51的孔和子阵1上的连接座31对插。

定位柱421内的通孔用于和功分网格板43上的连接头32定位，定位柱421的外圆和波控板41上的穿孔411定位安装。

定位柱421内的通孔还用于和结构支架5的支架定位柱51配合定位，支架定位柱51穿进定位柱421的通孔内，以使结构支架5和波控功分模块4定位连接。

并且，为使连接头32和连接座31定位准确、可靠对插，还设有射频转接器33。射频转接器33的一端设在连接头32内、另一端设在连接座31内，也就是说，射频转接器33的一端和连接头32相接触，射频转接器33的另一端和连接座31相接触，以导通连接座31和连接头32，使连接座31和连接头32接触可靠。射频转接器33的容差性好，通过射频转接器33，子阵1的连接座31和波控功分模块4的连接头32能够完成准确互联。

此时，双面腔体结构件42的通孔为台阶孔，台阶孔内靠近功分网格板43的一端为大端，台阶孔内靠近波控板41的一端为小端，大端用于容置连接头32，小端用于容置射频转接器33，射频转接器33伸入连接座31内，以导通连接座31和连接头32。

同理，结构支架5上的支架定位柱51的孔也为台阶孔，该台阶孔靠近子阵1的一端为小端，用于容置子阵1上射频连接器的连接座31；该台阶孔靠近波控功分模块4的一端为大端，用于容置射频转接器33。

连接头32与功分网格板43之间、连接座31和子阵1之间、插座21和子阵1之间、插头22和波控板41之间均通过孔定位后锡焊连接，锡焊形成锡焊层13以连接各结构件。先通过孔定位，使得各结构件能定位准确，再采用锡焊连接。

具体地，射频连接器的插座21与子阵1之间的表贴是通过插座21下面的四个定位柱体311进行孔定位后锡焊，插座21的两个供电插孔211下面设置了铜定位柱213，通过两个铜定位柱213与子阵1进行孔定位后锡焊。这样可保证每个子阵1的插座21位置的一致性。

插头22上的供电插针221和信号插针222与波控板41之间也进行孔定位后锡焊，以确保插头22位置准确，能和插座21准确对插。

子阵1上的射频连接器的连接座31的表贴通过连接座31下面的4个定位柱421与子阵1上的孔进行孔定位后锡焊，功分网格板43上的射频连接器的连接头32的也通过孔定位后锡焊和功分网格板43连接，以保证射频连接器的位置一致、准确。

表贴时还可采用工装辅助定位，控制表贴后的低频连接器和射频连接器的垂直度。

此外，为了保证精度，在加工时，同一个结构件上的定位柱421和孔，尽量一次完成装夹和加工。

如图7和图8所示，盲插的具体过程为：

1、将表贴完低频连接器的插头22及其余器件的波控板41装入双面腔体结构件42上腔室内，确保装入后定位可靠并紧固。

2、将表贴完的射频连接器的连接头32及其余器件的功分网络板装入双面腔体结构件42下腔室内，确保装入后定位可靠并紧固。安装时，使连接头32依次穿过双面腔体结构件42底面上的定位柱421内的通孔和波控板41上的穿过，将功分网络板、双面腔体结构件42、和波控板41连接，形成波控功分模块4。

3、如图9所示，将波控功分模块4装入结构支架5内，确保波控功放模块定位柱421的通孔与结构支架5内的支架定位柱51配合可靠，并紧固。

4、将射频转接器33从结构支架5的顶部的支架定位柱51的孔中插入，直至插入到功分网格板43上的射频连接器的连接头32内，使其与功分网格板43上的射频连接器的连接头32接触可靠。

5、将表贴完成后的可拼子阵1(256单元)通过结构支架5的顶部的支架定位柱51的孔与波控功分模块4盲插互联。盲插过程中，最先接触的是波控板41上的低频连接器的供电插针221(供电插针221的长度比信号插针222的长度大)与子阵1的插座21上的供电插孔211，二者一旦接触并形成定位结构，将低频连接器的信号插针222及信号插孔212自然导正。同时，射频转接器33具备较大容差，也同时因低频连接器中的供电插针221及供电插孔211的定位作用，准确导正。最终通过低频连接器使子阵1与波控板41完成准确互联，射频连接器通过射频转接器33的容差特性使子阵1与功分网络板完成准确互联。

6、接着装入下一个子阵1，待子阵1装完后，对子阵1进行紧固。如此往复循环。

综上，本申请实施例提供的KA频段的相控阵天线，相对现有线缆组件连接结构，尤其使子阵1数量众多的结构，本KA频段的相控阵天线的整机结构，采用层叠设置的方式，不占用水平空间，使得整机在水平方向的外形尺寸显著降低；低频连接器插头22和插座21的形式，射频连接器采用连接头32和连接座31的形式，使得连接器的用量大幅降低，整机的抗振动效果更好；采用本盲插可拼子阵1，使得子阵1具有宽泛的适应性，不同的阵面规模、不同的拼阵形式均可采用这种盲插可拼子阵1；提高了整机结构的模块化、标准化设计程度，方便后期批量工艺的实施及成本控制；波控板41、功分网格板43和双面腔体结构件42可拆卸连接，电磁兼容，易于防水，提高了整机的结构性能。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。