一體化Ka波段天線前端及其製造方法與流程

2024-01-24 09:20:15

本發明涉及電磁波傳輸設備，具體是一體化ka波段天線前端及其製造方法。

背景技術：

ka波段ka波段是電磁頻譜的微波波段的一部分，ka波段的頻率範圍為26.5-40ghz。ka代表著k的正上方(k-above)，換句話說，該波段直接高於k波段。ka波段也被稱作30/20ghz波段，通常用於衛星通信。

天線前端是雷達導引頭的關鍵部件，要求發射信號穩定、接收信號靈敏，小型化。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一體化ka波段天線前端及其製造方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一體化ka波段天線前端，包括發射分機、接收分機和定向耦合器，發射分機包括發射天線、第一功率放大器、第二功率放大器和數字衰減器，數字衰減器的輸入端接頻率源，數字衰減器的輸出端接第一功率放大器的輸入端，第一功率放大器的輸出端通過定向耦合器與第二功率放大器的輸入端相連接，第二功率放大器的輸出端與發射天線相連接；接收分機包括接收天線、帶通濾波器、低噪放大器、混頻器、低通濾波器和中頻放大器，接收天線與帶通濾波器的輸入端相連接，帶通濾波器的輸出端與低噪放大器的輸入端相連接，低噪放大器的輸出端通過混頻器與低通濾波器相連接，低通濾波器的輸出端與中頻放大器的輸入端相連接，中頻放大器的輸出端外接中頻處理模塊（解調）；定向耦合器的輸入端與第一功率放大器的輸出端相連接，定向耦合器的直通端與第二功率放大器的輸入端相連接，定向耦合器的耦合端與混頻器的輸入端相連接。

頻率源的輸出信號經過數字衰減器衰減一定的功率後，滿足第一功率放大器的輸入要求，然後信號經過定向耦合器一部分信號供給第二功率放大器後經發射天線發射，另一部分信號作為混頻器的本振信號；信號從接收天線進入後經帶通濾波器濾波去除雜波之後再經低噪放大器放大後進入到混頻器的rf端，耦合信號和接受的回波信號經混頻器混頻後成為中頻信號，然後經過低通濾波器濾波後進行中頻放大後進行檢波處理。通過兩級功率放大實現發射分機發射功率的穩定要求，且通過定向耦合器為接收分機本振信號，上變頻、下變頻共用一個混頻器，減小了體積。

本發明進一步改進，所述的定向耦合器為平行微帶耦合線定向耦合器為平行耦合線定向耦合器，板材厚度為0.8mm，介電常數3.5，電導率5.88e7，金屬層厚度為0.032mm，損耗角正切為0.0001；以保障耦合度大於16db，插入損耗小於1db，隔離度大於30db，進一步提高發射分機的發射信號質量和接收分機的接收信號質量，對於雜波的抑制、發射電路洩漏的幹擾信號抑制程度高。

一體化ka波段天線前端的製造方法，包括如下工藝步驟：

一、選用雙層低溫共燒陶瓷板作為基板，第一層用於安裝發射分機的各組件，第二層用於安裝接收分機的各組件；

二、將發射分機的各組件分為有源元件和無源元件，將無源元件埋置在第一層低溫共燒陶瓷板內，使用環氧導電膠將有源元件粘接在第一層低溫共燒陶瓷板內，選用直徑25μm的金絲將有源元件與有源元件、有源元件與無源元件進行焊接連接，焊接強度為0.07~0.09n/點，壓點面積為金絲直徑的2.5~3倍，焊接速度控制在14點/秒以上，加熱溫度100℃，壓焊壓力0.5n/點，焊接完成後，在焊點塗覆一層環氧樹脂；接收分機依照同樣的方法安裝在第二層低溫共燒陶瓷板內；

三、選擇熱阻值小於0.1的鋁合金材料，精密鑄造成帶有兩個空腔的矩形開口盒體，盒體上鑽孔，兩個空腔間的隔板厚度1.5-3.2mm，隔板中部設置凹槽，空腔內塗覆一層厚度為0.05mm的石墨烯，將定向耦合器設置在凹槽內並通過焊接與隔板固定連接，對隔板塗覆一層環氧樹脂；

四、發射分機的連接點、接收分機的連接點通過線路接出並分別與發射天線、接收天線的埠相連接，對矩形開口盒體的開口部和孔進行封閉，開口部通過螺釘或卡銷連接並通過密封墊密封，孔通過注塗密封膠封閉密封；

五、通過浸漬、溼熱和鹽霧試驗判斷盒體密封性能，製備完成；密封性能不合格，即行拆盒，重新進行密封直至合格。

本發明所提出的一體化ka波段天線前端及其製造方法，發射信號穩定、接收信號靈敏，提高了雷達的收發性能和成像質量，結構簡單、體積小巧，且製備簡單，適宜推廣。

附圖說明

圖1是本發明提出的一體化ka波段天線前端結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

一體化ka波段天線前端，包括發射分機、接收分機和定向耦合器4，發射分機包括發射天線6、第一功率放大器3、第二功率放大器5和數字衰減器2，數字衰減器2的輸入端接頻率源1，數字衰減器2的輸出端接第一功率放大器3的輸入端，第一功率放大器3的輸出端通過定向耦合器4與第二功率放大器5的輸入端相連接，第二功率放大器5的輸出端與發射天線6相連接；接收分機包括接收天線7、帶通濾波器8、低噪放大器9、混頻器10、低通濾波器11和中頻放大器12，接收天線7與帶通濾波器8的輸入端相連接，帶通濾波器8的輸出端與低噪放大器9的輸入端相連接，低噪放大器9的輸出端通過混頻器10與低通濾波器11相連接，低通濾波器11的輸出端與中頻放大器12的輸入端相連接，中頻放大器12的輸出端外接中頻處理模塊（解調）；定向耦合器4的輸入端與第一功率放大器3的輸出端相連接，定向耦合器4的直通端與第二功率放大器5的輸入端相連接，定向耦合器4的耦合端與混頻器10的輸入端相連接。

頻率源1的輸出信號經過數字衰減器2衰減一定的功率後，滿足第一功率放大器3的輸入要求，然後信號經過定向耦合器4一部分信號供給第二功率放大器5後經發射天線6發射，另一部分信號作為混頻器10的本振信號；信號從接收天線7進入後經帶通濾波器8濾波去除雜波之後再經低噪放大器9放大後進入到混頻器10的rf端，耦合信號和接受的回波信號經混頻器10混頻後成為中頻信號，然後經過低通濾波器11濾波後進行中頻放大後進行檢波處理。通過兩級功率放大實現發射分機發射功率的穩定要求，且通過定向耦合器4為接收分機本振信號，上變頻、下變頻共用一個混頻器10，減小了體積。

本發明進一步改進，所述的定向耦合器4為平行微帶耦合線定向耦合器4為平行耦合線定向耦合器4，板材厚度為0.8mm，介電常數3.5，電導率5.88e7，金屬層厚度為0.032mm，損耗角正切為0.0001；以保障耦合度大於16db，插入損耗小於1db，隔離度大於30db，進一步提高發射分機的發射信號質量和接收分機的接收信號質量，對於雜波的抑制、發射電路洩漏的幹擾信號抑制程度高。

一體化ka波段天線前端的製造方法，包括如下工藝步驟：

一、選用雙層低溫共燒陶瓷板作為基板，第一層用於安裝發射分機的各組件，第二層用於安裝接收分機的各組件；

二、將發射分機的各組件分為有源元件和無源元件，將無源元件埋置在第一層低溫共燒陶瓷板內，使用環氧導電膠將有源元件粘接在第一層低溫共燒陶瓷板內，選用直徑25μm的金絲將有源元件與有源元件、有源元件與無源元件進行焊接連接，焊接強度為0.07~0.09n/點，壓點面積為金絲直徑的2.5~3倍，焊接速度控制在14點/秒以上，加熱溫度100℃，壓焊壓力0.5n/點，焊接完成後，在焊點塗覆一層環氧樹脂；接收分機依照同樣的方法安裝在第二層低溫共燒陶瓷板內；

三、選擇熱阻值小於0.1的鋁合金材料，精密鑄造成帶有兩個空腔的矩形開口盒體，盒體上鑽孔，兩個空腔間的隔板厚度1.5-3.2mm，隔板中部設置凹槽，空腔內塗覆一層厚度為0.05mm的石墨烯，將定向耦合器4設置在凹槽內並通過焊接與隔板固定連接，對隔板塗覆一層環氧樹脂；

四、發射分機的連接點、接收分機的連接點通過線路接出並分別與發射天線6、接收天線7的埠相連接，對矩形開口盒體的開口部和孔進行封閉，開口部通過螺釘或卡銷連接並通過密封墊密封，孔通過注塗密封膠封閉密封；

五、通過浸漬、溼熱和鹽霧試驗判斷盒體密封性能，製備完成；密封性能不合格，即行拆盒，重新進行密封直至合格。

本發明所提出的一體化ka波段天線前端及其製造方法，發射信號穩定、接收信號靈敏，提高了雷達的收發性能和成像質量，結構簡單、體積小巧，且製備簡單，適宜推廣。

以上所述僅是本發明的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。