一种基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线的制作方法

本技术涉及卫星载荷领域，具体涉及一种基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线。

背景技术：

1、相控阵天线具有指向精度高、扫描速度快、灵活波束形成等优点，在气象分析、国土勘探、电子对抗、卫星通信等多个领域的应用日益广泛。按照相控阵天线整体架构组成，可以分为砖块式相控阵天线和瓦片式相控阵天线。组成砖块式相控阵天线的部组件功能设计独立，结构上通过纵向装配，放置方向垂直天线阵面；组成瓦片式相控阵天线的部组件功能采取纵向集成分层设计，结构上通过横向装配，放置方向平行天线阵面。相当规模的砖块式和瓦片式相控阵天线，前者的集成度低于后者，在尺寸和重量方面均要高于后者；同时，由于后者的集成度更高，因此瓦片式相控阵天线的结构散热容量降低，同时系统结构更加简单。随着应用市场对天线轻量化、低成本的要求日益突出，重量低、尺寸小的瓦片式相控阵天线技术已成为当今相控阵天线发展的主流方向。同时，高可靠集成电路设计和加工技术、微小尺寸半导体器件加工和封装技术，以及高效传热和散热技术的成熟，为瓦片式相控阵天线的研制和应用打下了扎实的技术基础。

2、随着商业航天的规模逐渐扩大，航天员舱外活动日益频繁，航天器及其搭载载荷可维修性要求提升，市场对天线技术需求更新速度逐渐加快，低成本、高可靠、轻量化、模块化设计的星载相控阵天线的需求日益增加。砖块式相控阵天线虽然在功能上可以基本满足需求，但是其研制成本高、结构系统复杂、维修性差、空间体积大，以及过高的重量指标，严重增加了卫星的设计和发射成本。现有的瓦片式相控阵天线虽然相对砖块式相控阵天线在功能集成方面、重量和体积方面均有所改善，但是天线剖面问题和散热难的问题严重制约其广泛的应用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服上述弊端提供一种基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线。

2、为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：包括从右向左依次设置的微带天线层、多路接收/发射多波束幅相aop封装器件层、高集成微波数字混合母板层、散热安装层、子板器件扩热层、高集成供电控制子板层及子板保护盖板层，上述各层均沿纵向设置且集成为一体；

3、所述的微带天线层由多个微带天线单元通过阵列方式组合而成；所述的多路接收/发射多波束幅相aop封装器件层由多个多路接收/发射多波束幅相aop封装器件通过阵列方式组合而成；所述的高集成微波数字混合母板层由多块高集成微波数字混合母板通过阵列方式组合而成；所述的子板器件扩热层由多块子板器件扩热板通过阵列方式组合而成，每块所述的子板器件扩热板上均设有散热凸台；所述的高集成供电控制子板层由多块高集成供电控制子板通过阵列方式组合而成；所述的子板保护盖板层由多块子板保护盖板通过阵列方式组合而成；

4、所述的微带天线单元与多路接收/发射多波束幅相aop封装器件焊接相连，所述的多路接收/发射多波束幅相aop封装器件与高集成微波数字混合母板焊接相连，所述的高集成微波数字混合母板与散热安装层螺钉连接，所述的散热安装层与子板器件扩热板螺钉连接，所述的子板器件扩热板与高集成供电控制子板螺钉连接，所述的子板保护盖板与子板器件扩热板螺钉连接。

5、所述的散热安装层包括平行设置的第一蒙皮及第二蒙皮，所述第一蒙皮与第二蒙皮之间预埋有多根均温热管和多个金属埋件的铝蜂窝板，所述的第一蒙皮、第二蒙皮、均温热管及铝蜂窝板通过粘接方式连为一体，所述散热安装层的四周预留有安装接口，该安装接口用于天线与天线框架或直接与卫星平台的互联。

6、所述的微带天线层包括2304个微带天线单元，2304个微带天线单元组成48×48的矩形阵列，每个微带天线单元在其辐射面的背面预制多个焊盘用于与多路接收/发射多波束幅相aop封装器件实现信号和机械互联。

7、所述的多路接收/发射多波束幅相aop封装器件层包括576个多路接收/发射多波束幅相aop封装器件，576个多路接收/发射多波束幅相aop封装器件组成24×24的矩形阵列，所述的多路接收/发射多波束幅相aop封装器件的左右两侧均有bga引出，右侧的bga引出与微带天线单元的焊盘焊接，左侧的bga引出与高集成微波数字混合母板上的预制焊盘焊接。

8、所述多路接收/发射多波束幅相aop封装器件的左侧面镀有铜层，多路接收/发射多波束幅相aop封装器件工作时产生的热量通过铜层经接地的bga焊点传递至高集成微波数字混合母板上，所述的高集成微波数字混合母板上相对应的位置设有将热量传递至散热安装层的金属化过孔。

9、所述的高集成微波数字混合母板层包括9块高集成微波数字混合母板，9块高集成微波数字混合母板组成3×3的矩形阵列，所述的高集成微波数字混合母板的右侧预制有焊盘用于与多路接收/发射多波束幅相aop封装器件焊接，所述高集成微波数字混合母板的左侧预留有焊接射频与低频连接器的焊盘，且高集成微波数字混合母板的左侧的所有接地区域均作金属化处理。

10、所述的子板器件扩热层包括9块子板器件扩热板，9块子板器件扩热板组成3×3的矩形阵列，所述的子板器件扩热板上预制有与散热安装层、高集成供电控制子板及子板保护盖板互联的安装接口，所述的子板器件扩热板为轻质的铝合金金属板。

11、所述的高集成供电控制子板层包括9块高集成供电控制子板，9块高集成供电控制子板组成3×3的矩形阵列，所述高集成供电控制子板的左侧焊接有射频和低频连接器。

12、所述的子板保护盖板层包括9块子板保护盖板，9块子板保护盖板组成3×3的矩形阵列，所述的子板保护盖板为轻质的铝合金金属板。

13、由上述技术方案可知，本实用新型通过模块化的瓦片式天线子阵设计，解决了天线剖面问题，提升了天线的可维修性；基于高效散热的液冷回路有源安装板，以及合理有效的传热路径结构设计，解决了天线系统的散热难问题，从而显著降低星载相控阵天线的研制难度和研制成本，实现星载相控阵天线的轻量化设计，极大程度的节约卫星平台资源，降低发射成本。

技术特征：

1.一种基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：包括从右向左依次设置的微带天线层（1）、多路接收/发射多波束幅相aop封装器件层（2）、高集成微波数字混合母板层（3）、散热安装层（4）、子板器件扩热层（5）、高集成供电控制子板层（6）及子板保护盖板层（7），上述各层均沿纵向设置且集成为一体；

2.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的散热安装层（4）包括平行设置的第一蒙皮（41）及第二蒙皮（42），所述第一蒙皮（41）与第二蒙皮（42）之间预埋有多根均温热管（43）和多个金属埋件的铝蜂窝板（44），所述的第一蒙皮（41）、第二蒙皮（42）、均温热管（43）及铝蜂窝板（44）通过粘接方式连为一体，所述散热安装层（4）的四周预留有安装接口，该安装接口用于天线与天线框架或直接与卫星平台的互联。

3.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的微带天线层（1）包括2304个微带天线单元（11），2304个微带天线单元（11）组成48×48的矩形阵列，每个微带天线单元（11）在其辐射面的背面预制多个焊盘用于与多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21）实现信号和机械互联。

4.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的多路接收/发射多波束幅相aop封装器件层（2）包括576个多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21），576个多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21）组成24×24的矩形阵列，所述的多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21）的左右两侧均有bga引出，右侧的bga引出与微带天线单元（11）的焊盘焊接，左侧的bga引出与高集成微波数字混合母板（31）上的预制焊盘焊接。

5.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21）的左侧面镀有铜层，多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21）工作时产生的热量通过铜层经接地的bga焊点传递至高集成微波数字混合母板（31）上，所述的高集成微波数字混合母板（31）上相对应的位置设有将热量传递至散热安装层（4）的金属化过孔。

6.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的高集成微波数字混合母板层（3）包括9块高集成微波数字混合母板（31），9块高集成微波数字混合母板（31）组成3×3的矩形阵列，所述的高集成微波数字混合母板（31）的右侧预制有焊盘用于与多路接收/发射多波束幅相aop封装器件（21）焊接，所述高集成微波数字混合母板（31）的左侧预留有焊接射频与低频连接器的焊盘，且高集成微波数字混合母板（31）的左侧的所有接地区域均作金属化处理。

7.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的子板器件扩热层（5）包括9块子板器件扩热板（51），9块子板器件扩热板（51）组成3×3的矩形阵列，所述的子板器件扩热板（51）上预制有与散热安装层（4）、高集成供电控制子板（61）及子板保护盖板（71）互联的安装接口，所述的子板器件扩热板（51）为轻质的铝合金金属板。

8.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的高集成供电控制子板层（6）包括9块高集成供电控制子板（61），9块高集成供电控制子板（61）组成3×3的矩形阵列，所述高集成供电控制子板（61）的左侧焊接有射频和低频连接器。

9.根据权利要求1所述的基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，其特征在于：所述的子板保护盖板层（7）包括9块子板保护盖板（71），9块子板保护盖板（71）组成3×3的矩形阵列，所述的子板保护盖板（71）为轻质的铝合金金属板。

技术总结
本技术涉及一种基于瓦片式天线子阵的星载相控阵天线，包括从右向左依次设置的微带天线层、多路接收/发射多波束幅相AOP封装器件层、高集成微波数字混合母板层、散热安装层、子板器件扩热层、高集成供电控制子板层及子板保护盖板层，上述各层均沿纵向设置且集成为一体。由上述技术方案可知，本技术通过模块化的瓦片式天线子阵设计，解决了天线剖面问题，提升了天线的可维修性；基于高效散热的液冷回路有源安装板，以及合理有效的传热路径结构设计，解决了天线系统的散热难问题，从而显著降低星载相控阵天线的研制难度和研制成本，实现星载相控阵天线的轻量化设计，极大程度的节约卫星平台资源，降低发射成本。

技术研发人员：王小宇,孙远涛,杨双根,龙永刚,吴瑛,郑少鹏,田凤桢,许春停,石方亮,范少群,潘永强,吴涛
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第三十八研究所
技术研发日：20240108
技术公布日：2024/11/7