一种集成低剖面瓦片式数字阵列天线的制作方法

1.本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种集成低剖面瓦片式数字阵列天线。


背景技术：

2.随着无线通信器件集成度的提高，瓦片式阵列天线得到了越来越多的应用。传统的相控阵天线一般采用砖块式结构，该结构的模块之间通过电缆、转接背板或者综合层等进行连接。砖块式阵列天线各模块采用纵向集成，即在厚度方向集成，而且其液冷或风冷散热结构一般集成在天线内部，存在研发周期长、剖面尺寸大、扩展性差、结构复杂以及安装维修困难等问题，具体体现在：(1)砖块式阵列天线一般通过子阵、可更换单元来提高系统集成度和扩展性，子阵之间和可更换单元之间存在信号、数据、电源等传输分配的互联/级联，进行系统扩展时许多分系统都需要进行重新设计，新产品开发周期长、成本高；(2)为了控制可更换单元的重量和尺寸，许多可更换单元都不具备完整的功能，调试、测试存在困难，产品研发周期长；(3)砖块式阵列天线剖面尺寸大，无法实现共形组阵设计；(4)砖块式阵列天线内部组件模块一般采用内置式液冷散热或者采用内置式风冷散热，以解决大功率器件散热问题，然而内置式液冷散热容易存在冷却管路复杂、冷板腐蚀堵塞、流量不均、液冷连接器和管路漏液造成短路等风险，内置式风冷散热存在电磁屏蔽、潮湿、盐雾、沙尘、噪声等问题，而且砖块式阵列天线系统扩展时，冷却系统一般也需要进行重新设计；(5)砖块式阵列天线一般采取天线单元前向安装维护、组件模块后向安装维护的组合形式，结构复杂、维修困难。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为了克服现有技术中砖块式阵列天线系统扩展周期长、成本高、可更换单元功能不完备、剖面尺寸大、散热系统存在问题以及后期维护困难等缺陷，本发明提供集成低剖面瓦片式数字阵列天线。
4.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种集成低剖面瓦片式数字阵列天线，所述阵列天线包括：多个独立设计的数字有源子阵天线、框架、风道和风扇，所述多个数字有源子阵天线呈瓦片式布置并嵌入在框架内，所述风道安装在框架后侧，且与数字有源天线位置相对，风扇与风道连接。
5.优选的，所述数字有源子阵天线包括：低剖面天线层、滤波器层、放大变频层、数字采样层和子阵框架；按从上到下的顺序，所述低剖面天线层、滤波器层、放大变频层和数字采集层依次逐层集成安装在子阵框架上；所述低剖面天线层、滤波器层、放大变频层和数字采集层各层内部采用射频连接器盲插连接。
6.优选的，所述低剖面天线层由位于外侧的整体天线罩和位于天线罩内侧阵列式的子阵单元组成；所述滤波器层、放大变频层和数字采集层均采用瓦片式阵列布置，且瓦片式阵列布置与低剖面天线层中的子阵单元阵列相对应。
7.优选的，所述放大变频层和数字采样层的尺寸小于低剖面天线层的尺寸。
8.优选的，所述低剖面天线层和子阵框架之间，放大变频层与子阵框架之间均设置防水导电密封圈。
9.优选的，所述数字有源子阵天线采用光纤传输数字信号。
10.优选的，所述阵列天线中，任意两个相邻数字有源子阵天线的距离满足：两个相邻数字有源子阵天线之间的任意相邻的两个子阵单元之间的横向距离与单独一个数字有源子阵天线中子阵单元之间的横向距离相等；两个相邻数字有源子阵天线之间的任意相邻的两个子阵单元之间的纵向距离与单独一个数字有源子阵天线中子阵单元之间的纵向距离相等。
11.优选的，所述阵列天线为平面阵列天线、圆柱形阵列天线或者球形阵列天线。
12.优选的，所述风道为集成式外置风道或者为组装式外置风道。
13.优选的，所述数字有源子阵天线与框架之间采用防水导电密封圈进行密封。
14.本发明的有益效果是：本发明公开的集成低剖面瓦片式数字阵列天线，所述阵列天线采用多个具备完整功能的数字有源子阵天线呈一定的排列集成，可以通过增减数字有源子阵天线，实现不同规模、不同形式的瓦片式平面阵列天线或共形阵列天线的扩展，系统集成度高、剖面尺寸小、平台适应性和扩展性好；数字阵列天线采用数字有源子阵天线前向安装维护，外置后向风道散热的方式设计，这种设计有便于阵列天线的维护、维修及扩展，且数字有源子阵天线内部及其与外部框架之间采用复合密封圈实现水密封和电磁屏蔽。综上，本发明的集成低剖面瓦片式数字阵列天线系统具有集成度高、剖面尺寸小、平台适应性好、扩展性好、结构体系简单以及安装维修方便等优点。
附图说明
15.图1为本发明实施例中集成低剖面瓦片式数字阵列天线正面示意图；
16.图2为本发明实施例中集成低剖面瓦片式数字阵列天线背面示意图；
17.图3为本发明实施例中集成低剖面瓦片式数字阵列天线的剖视图；
18.图4为本发明实施例中数字有源子阵天线正面示意图；
19.图5为本发明实施例中数字有源子阵天线背面示意图；
20.图6为本发明实施例中数字有源子阵天线爆炸图；
21.图7为本发明实施例中集成低剖面瓦片式数字阵列天线局部示意图；
22.图8为本发明实施例中32片数字有源子阵天线集成的集成低剖面瓦片式数字阵列天线结构示意图；
23.图9为本发明实施例中呈半圆柱形的集成低剖面瓦片式数字阵列天线；
24.图10为本发明实施例中低剖面天线层的结构爆炸示意图；
25.图中：1.数字有源子阵天线 2.框架 3.风道 4.风扇 5.防水导电密封圈i 101.低剖面天线层 102.滤波器层 103.放大变频层 104.数字采样层 105.子阵框架 106.防水导电密封圈ii 107.射频连接器 1011.天线罩 1012.子阵单元 1021.滤波器组 1012-1.阵列辐射贴片 1012-2.泡沫介质层 1012-3.正交馈电臂 1012-4.微带电桥 1012-5.反射板 1012-6.射频连接器。
具体实施方式
26.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
27.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
28.一种如图1～3所示的集成低剖面瓦片式数字阵列天线，如图所示，该阵列天线包括：多个独立设计的数字有源子阵天线1、框架2、风道3和风扇4，其中多个数字有源子阵天线1呈瓦片式布置并嵌入在框架2中。如图1所示和图3所示，数字有源子阵天线1在阵列天线上采用前向安装维护。
29.根据实际需求本发明的阵列天线可以通过增减数字有源子阵天线1，进行不同规模、不同形式的瓦片式平面阵列天线或共形阵列天线的扩展。作为实施例，图1所示的为20个数字有源子阵天线1集成的平面数字阵列天线，图8所示的为32个数字有源子阵天线1集成的平面数字阵列天线，图9所示的为28个数字有源子阵天线1集成的柱面数字阵列天线，同样本发明的阵列天线还可以根据实际需求可以拓展为球面等不同的形状。
30.由于数字有源子阵天线1不仅具有完整的结构维护单元，而且是具有完整电讯功能的模块，其可单独进行调试和测试，因此利用其可方便地实现阵列天线的扩展，同样也方便阵列天线的后期维护和维修。
31.如图2所示，风道3集成安装在框架2后侧，且与数字有源子阵天线1的位置相对，风道3连接风扇4，用于为数字有源子阵天线1散热。从图中可以看出阵列天线系统采用外置后向风道散热，图2所示的风道3为集成式外置风道，图8所示的为组装式外置风道3，这样的设计避免了复杂的液冷系统，避免了冷板腐蚀、漏液短路等风险，也不存在内置风道防潮、腐蚀、沙尘等问题。
32.如图3～6所示，数字有源子阵天线1包括：低剖面天线层101、滤波器层102、放大变频层103、数字采样层104以及子阵框架105；其中低剖面天线层101由位于外侧的整体天线罩1011和位于天线罩1011内侧呈阵列布置的子阵单元1012组成；滤波器层102、放大变频层103和数字采集层104均采用瓦片式阵列布置，且瓦片式阵列布置与低剖面天线层101中的子阵单元1012阵列相对应；如图6所述，滤波器层102包括了瓦片式阵列布置多个滤波器组1021，其中滤波器组1021数量及排布与子阵单元1012一一对应。数字有源子阵天线1内各部件按从上到下的顺序，低剖面天线层101、滤波器层102、放大变频层103和数字采集层104依次逐层集成安装在子阵框架105上，且低剖面天线层101、滤波器层102、放大变频层103和数字采集层104各层内部采用射频连接器107盲插连接。
33.作为实施例，如图6所示，在低剖面天线层101和子阵框架105之间，放大变频层130与子阵框架105之间均设置防水导电密封圈ii 106，，除此三两层复合防水导电密封圈的设置同时完成防水密封和电磁屏蔽，并使得安装维修维护方便。
34.数字有源子阵天线1为独立设计的具备高度集成的电讯功能的模块，其可独立调试、测试，方便系统并行研发和生产，以及方便集成数字阵列天线的后期扩展、维护和维修，若数字阵列天线需要维护或维修，只需要拆下待维护或维修的数字有源子阵天线1即可，不影响整体的性能。同时其系统结构简单，剖面尺寸小，也便于集成瓦片式平面阵列天线或共
形阵列天线。
35.作为实施例，如图3和图5所示，放大变频层103和数字采样层104的尺寸设计的小于低剖面天线层101的尺寸，这样可以保证数字有源子阵天线1可整体安装到天线框架2内，方便数字有源子阵天线1实现前向安装维护。
36.上述子阵单元1012，如图10所示，包括按从上到下的顺序设置的阵列辐射贴片1012-1、正交馈电臂1012-3、嵌入正交馈电臂1012-3栅格中，起支撑作用的泡沫介质层1012-2、具有阵列排布的蛇形绕线的微带绕线1012-4、反射板1012-5和插入反射板1012-5的射频连接器1012-6；其中辐射贴片1012-1、正交馈电臂1012-3的栅格阵列以及微带电桥1012-4的蛇形绕线均一一对应，子阵单元1012为剖面天线层101的核心部分，是实现信号的发射或接收。
37.数字有源子阵天线1采用光纤传输数字信号，在数字域实现互联，避免了复杂的射频功分网络，可在算法和结构两方面直接扩展。
38.在本发明中，任意两个相邻数字有源子阵天线1的距离满足：两个相邻数字有源子阵天线1之间相邻的两个子阵单元1012之间的距离与单独一个数字有源子阵天线1中子阵单元1012之间的距离相等，如图7所示。