一种S波段集成化有源前端模块的制作方法

本实用新型属于天线
技术领域：
，具体涉及一种S波段集成化有源前端模块。
背景技术：
：微带天线具有低剖面、重量轻、易集成，适合批量生产的优点，可以有效地降低天线系统成本。综合考虑天线阵工作频率、极化方式、相相扫体制以及整体结构强度、集成度等方面的要求，设计采用微带天线作为圆极化天线单元。然而，普通的微带天线其相对圆极化工作带宽通常只有2％，这使得其在工程应用中受到一定程度限制。如何有效地展宽微带天线的工作带宽，已经成为圆极化天线设计中需要解决的关键问题。有源接收前端用于接收微弱的S波段卫星信号，前端系统接收灵敏度要求很高。而在2.2GHz～2.3GHz工作频段范围附近，存在大量的民用、军用信号，如移动通信3G、4G频段等的干扰。天线单元为宽带圆极化天线，其作为宽开的射频传感器，基本不具备临近频带的频率隔离与陷波功能。因此，必须通过接收通道的高性能滤波功能来实现带外抑制性能要求，以保证前端系统稳定可靠的接收所需射频信号能量。相控阵天线技术发展日趋完善，但是两维有源相控阵天线尤其是小规模阵列天线方案设计时，需要综合考虑到天线体制、工作带宽、扫描特性、极化方式、辐射特性等电气性能以及机械结构等性能，并且受到阵列规模、体积与重量、功耗、环境适应性、成本等因素的限制。因此，能实现电磁信号的高效率接收、高增益低噪声放大、高带外杂波与干扰信号滤除等功能的有源二纬天线阵列依然有技术难度。采用代表当前相控阵天线技术发展方向的可拓展式、通用模块化有源集成相控阵技术，将天线单元与有源接收通道集成一体化设计，集成为一个有机整体已经成为了一种趋势。技术实现要素：有鉴于此，本实用新型提供了一种S波段集成化有源前端模块。本实用新型的技术方案是：一种S波段集成化有源前端模块，该S波段集成化有源前端模块是两维有源接收阵，包括天线阵面，所述天线阵面包括若干个线阵模块，每个线阵模块均包括若干个微带天线单元和有源射频接收通道，以及金属壳体，所述微带天线单元和有源射频接收通道设置在金属壳体内，1个微带天线单元对应设置1个有源射频接收通道，位于独立的腔体内，金属壳体的上下盖板通过激光封焊，所述微带天线单元包括天线罩、上层介质基板、上层辐射贴片、中间支撑泡沫板、下层馈电贴片、底层介质基板，所述天线罩与上层介质基板一体成型，所述上层辐射贴片刻蚀在上层介质基板上，所述上层辐射贴片和下层馈电贴片分别位于中间支撑泡沫板的上下面，所述下层馈电贴片刻蚀在下层介质基板上，所述下层介质基板的底部铺设有铺设金属涂层，所述下层介质基板上设有馈电通孔，该馈电通孔延伸至下层馈电贴片上，所述馈电通孔非金属化，是馈电连接器的金属探针的过孔，孔径与金属探针直径相同，馈电连接器的金属探针通过馈电通孔与下层馈电贴片接触，所述有源射频接收通道包括预选滤波器、限幅器、前级低噪声放大器、两级低噪声放大器、第一SAW滤波器、第一放大器、温补衰减器、第二SAW滤波器、第二放大器、低通滤波器，微波信号射频输入端连接至预选滤波器一端，所述预选滤波器、限幅器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第一SAW滤波器、第一放大器、温补衰减器、第二SAW滤波器、第二放大器、低通滤波器依次连接，所述低通滤波器末端输出接收信号送至AD转换器。进一步地，所述线阵模块是4个，相邻两个线阵模块的间距是70mm，每个线阵模块上的微带天线单元是4个，相邻两个微带天线单元的间距是70mm，所述天线阵面方位面×俯仰面的尺寸是280mm×280mm；所述有源射频接收通道是4个。进一步地，所述上层辐射贴片和下层馈电贴片均为方形，其中一角为切角。进一步地，所述天线阵面的扫描范围是±60°。本实用新型的有益效果：1、本实用新型将微带单元天线和有源射频接收通道模块集成设置在同一腔体中，提高了天线系统可拓展性及模块的互换性，可以实现电磁信号的高效率接收、高增益低噪声放大、高带外杂波与干扰信号滤除等功能；根据具体实际使用需求，以基本的1×4子阵模块可进行多模块组合拼装，还可以进一步形成4×4或8×8阵面，甚至拓展更大通道规模阵列。2、本实用新型将微带单元天线和有源射频接收通道设置在金属壳体内，金属壳体的上下盖板采用了激光封焊工艺技术进行密封处理，结构件金属裸露部分进行独立的“三防”处理，微带天线单元的上层介质基板为环氧板，表面喷涂“三防”漆并且介质基板安装与壳体时加密封圈，下层介质基板进行了表面镀金处理，因此，能严格适应环境恶劣，水汽盐雾、冲击振动、温度变化和气压变化等环境条件。附图说明图1是本实用新型实施例的天线阵面整体示意图；图2是本实用新型实施例的线阵模块俯视图；图3是本实用新型实施例的线阵模块仰视图；图4是本实用新型实施例的微带天线单元爆炸图；图5是本实用新型实施例的有源射频接收通道原理框图；图6是本实用新型实施例的有源射频前端组成示意图；图7a、7b、7c是本实用新型实施例的天线阵面法向波束理论计算的方向图；图8a、8b、8c是本实用新型实施例的天线阵面水平扫描理论计算的方向图；图9是本实用新型实施例的天线阵面方位与俯仰面方向图。其中，1、天线阵面；2、线阵模块；3、微带天线单元；4、有源射频接收通道；31、天线罩；32、上层辐射贴片；33、中间支撑泡沫；34、下层馈电贴片；35、下层介质基板；40、预选滤波器；41、限幅器；42、第一低噪声放大器；43、第二低噪声放大器；44、第一SAW滤波器；45、第一放大器；46、温补衰减器；47、第二SAW滤波器；48、第二放大器；49、低通滤波器。具体实施方式为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。参照图1至图6所示，本实用新型具体公开了一种S波段集成化有源前端模块，该S波段集成化有源前端模块是两维有源接收阵，包括天线阵面1，所述天线阵面1包括4个线阵模块2，每个线阵模块2均包括4个微带天线单元3和4个有源射频接收通道4，以及金属壳体，所述微带天线单元3和有源射频接收通道4设置在金属壳体内，1个微带天线单元3对应设置1个有源射频接收通道4，位于独立的腔体内，形成1×4线阵模块2，共用1个供电端口进行集中统一供电；所述金属壳体的上下盖板通过激光封焊，所述微带天线单元3包括天线罩31、上层介质基板、上层辐射贴片32、中间支撑泡沫板33、下层馈电贴片34、底层介质基板35，所述天线罩31与上层介质基板一体成型，所述上层辐射贴片32刻蚀在上层介质基板上，所述上层辐射贴片32和下层馈电贴片34分别位于中间支撑泡沫板33的上下面，所述下层馈电贴片34刻蚀在下层介质基板35上，所述下层介质基板35的底部铺设有铺设金属涂层，所述下层介质基板35上设有馈电通孔，该馈电通孔延伸至下层馈电贴片34上，所述馈电通孔非金属化，是馈电连接器的金属探针的过孔，孔径与金属探针直径相同，馈电连接器的金属探针通过馈电通孔与下层馈电贴片44接触。相邻两个线阵模块2的间距是70mm，相邻两个微带天线单元3的间距是70mm，所述天线阵面1方位面×俯仰面的尺寸是280mm×280mm；所述上层辐射贴片32和下层馈电贴片34均为方形，其中一角为切角。所述微带天线单元3的馈电方式为底馈，通过馈电连接器的金属探针对下层馈电贴片34进行直接馈电，上层辐射贴片32通过电磁耦合进行馈电，下层馈电贴片34作为激励单元，其圆极化特性工作在高频端；上层辐射贴片32作为寄生单元，谐振在低频段。适当调整两层贴片的大小和空气层的厚度，使两层贴片工作在不同的谐振频率上，当两个谐振频率靠得比较近时，可以展宽天线带宽。所述有源射频接收通道4包括预选滤波器40、限幅器41、前级低噪声放大器42、两级低噪声放大器43、第一SAW滤波器44、第一放大器45、温补衰减器46、第二SAW滤波器47、第二放大器48、低通滤波器49，微波信号射频输入端连接至预选滤波器40一端，所述预选滤波器40、限幅器41、前级低噪声放大器42、两级低噪声放大器43、第一SAW滤波器44、第一放大器45、温补衰减器46、第二SAW滤波器47、第二放大器48、低通滤波器49依次连接，所述低通滤波器49末端输出接收信号送至AD转换器。微带天线单元3高效接收微波信号，经过预选滤波器40有效抑制工作频带外干扰信号，避免带外强干扰信号导致前级低噪声放大器42饱和，通过具有较高抗烧毁能力的限幅器41对前级低噪声放大器42进行保护，避免大信号输入情况下损坏接收通道；然后通过两级低噪声放大器43对接收的信号进行放大，两级低噪声放大器43提供足够的增益，降低后级电路对接收通道噪声系数的影响；然后再采用具有佳矩形系数的第一SAW滤波器44滤除接收通道工作频段外的噪声和杂波，经过第一放大器45进一步增强接收信号功率，并采用温补衰减器46补偿接收通道增益的高低温起伏；然后再通过第二SAW滤波器47进一步提高接收通道的频率选择性，经过第二放大器48对接收信号进行放大，保证接收通道具有足够的增益；最后通过低通滤波器49有效抑制接收通道的谐波分量，最终形成具有低噪声、高频率选择性和频谱纯度的接收信号，送给后端AD转换器进行数字采样与处理。参照图7所示，天线阵面扫描方向图可以满足±60°扫描范围空域覆盖的要求，在大角度扫描时具有良好地扫描特性且增益最大下降约5dB。下面的表1列出了(4×4)天线阵方向图理论计算结果。工作频率2.2GHz2.25GHz2.3GHz法向波束宽度24.7°24.1°23.8°波束扫描范围±60°±60°±60°表1参照图8所示，在工作频段内，天线阵法向波束方向图能够满足±60°的俯仰大角度扫描。参照图9所示，为中心频率2.25GHz的方向图仿真结果，通过仿真结果可见天线阵增益仿真结果为16.5dB。本实用新型将微带单元天线和有源射频接收通道模块集成设置在同一腔体中，提高了天线系统可拓展性及模块的互换性，可以实现电磁信号的高效率接收、高增益低噪声放大、高带外杂波与干扰信号滤除等功能；根据具体实际使用需求，以基本的1×4子阵模块可进行多模块组合拼装，还可以进一步形成4×4或8×8阵面，甚至拓展更大通道规模阵列；其次，将微带单元天线和有源射频接收通道设置在金属壳体内，金属壳体的上下盖板采用了激光封焊工艺技术进行密封处理，结构件金属裸露部分进行独立的“三防”处理，微带天线单元的上层介质基板为环氧板，表面喷涂“三防”漆并且介质基板安装与壳体时加密封圈，下层介质基板进行了表面镀金处理，因此，能严格适应环境恶劣，水汽盐雾、冲击振动、温度变化和气压变化等环境条件。需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。当前第1页1 2 3