一种双频双极化TR模块

摘要

本发明公开了一种双频双极化TR模块，包括第一射频处理模块、第二射频处理模块、第一子板和第二子板；第一射频处理模块与第二射频处理模块背靠背连接；第一射频处理模块和第二射频处理模块均进行气密处理。第一子板连接于第一射频处理模块下方，第二子板连接于第二射频处理模块下方，第一子板与第二子板互联，第一子板或第二子板从底部接入供电和控制信号；第一射频处理模块和第二射频处理模块从纵向引入和输出射频信号；第一射频处理模块和第二射频处理模块中均包含极化切换芯片。本发明将射频处理链路和低频处理线路进行上下腔体的分区布置，实现厚度空间的充分利用，提高了模块集成度，具备双频工作及极化切换能力。

权利要求

1.一种双频双极化TR模块，其特征在于，包括第一射频处理模块、第二射频处理模块、第一子板、第二子板和上下连接的上腔体和下腔体；所述第一射频处理模块与所述第二射频处理模块背靠背连接；所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块均进行气密处理；所述第一子板连接于所述第一射频处理模块下方，所述第二子板连接于所述第二射频处理模块下方，所述第一子板与所述第二子板互联，所述第一子板或所述第二子板从底部接入供电和控制信号；所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块均从顶部引入输入射频信号、均从所述第一子板和第二子板之间引出输出射频信号；所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块中均包含极化切换芯片；

所述上腔体密封，所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块背靠背设置于所述上腔体内，所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块均从所述上腔体顶部引入输入射频信号；所述第一子板和所述第二子板均设置于所述下腔体内，所述第一子板或所述第二子板从所述下腔体底部接入供电和控制信号；

所述第一射频处理模块包括第一芯片组、第一功分微带、第一射频供电板，所述第一芯片组通过所述第一功分微带互联，所述第一射频供电板与所述第一芯片组平行设置，所述第一射频供电板上对应第一芯片组的位置设有第一通孔，所述第一芯片组与第一通孔之间金丝键合；所述第二射频处理模块包括第二芯片组、第二功分微带、第二射频供电板，所述第二芯片组通过所述第二功分微带互联，所述第二射频供电板与所述第二芯片组平行设置，所述第二射频供电板上对应第二芯片组的位置设有第二通孔，所述第二芯片组与第二通孔之间金丝键合；所述第一芯片组和所述第二芯片组均包括极化切换芯片；

所述第一射频供电板通过第一连接器与所述第一子板连接，所述第二射频供电板通过第二连接器与所述第二子板连接；所述第一连接器和所述第二连接器均跨接于所述上腔体与所述下腔体之间。

2.如权利要求1所述的双频双极化TR模块，其特征在于，所述上腔体包括背靠背连接的第一模块腔体和第二模块腔体，所述第二模块腔体与所述第一模块腔体可拆卸连接；所述第一射频处理模块设置于所述第一模块腔体内，所述第二射频处理模块设置于所述第二模块腔体内。

3.如权利要求1所述的双频双极化TR模块，其特征在于，所述第一模块腔体或所述第二模块腔体与所述下腔体一体设置。

4.如权利要求1所述的双频双极化TR模块，其特征在于，所述第一功分微带连接有第一传输微带，所述第二功分微带连接有第二传输微带，所述第一传输微带和所述第二传输微带均从所述上腔体穿透到所述下腔体并延伸到所述下腔体底部；所述第一传输微带和所述第二传输微带均位于所述第一子板和所述第二子板之间。

5.如权利要求4所述的双频双极化TR模块，其特征在于，所述第一传输微带和/或所述第二传输微带穿过所述下腔体顶部之处进行密封处理。

6.如权利要求1所述的双频双极化TR模块，其特征在于，所述第一芯片组和所述第二芯片组中的高功耗芯片均位于同一水平位置。

7.如权利要求6 所述的双频双极化TR模块，其特征在于，还包括热管（5），所述热管（5）位于所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块之间、所述高功耗芯片所在水平位置。

说明书

一种双频双极化TR模块

技术领域

[0001] 本发明涉及有源相控阵天线技术领域，尤其是一种双频双极化TR模块。

背景技术

[0002] 有源相控阵天线前端技术随着相控阵天线系统性能的提升、高频材料及工艺的发展、微组装技术的进步逐渐往双频复合、高集成发展。目前有源相控阵天线结构主要有砖式
集成和瓦式集成两种方式，瓦片式有源相控阵天线多应用在单频单通道或单频多通道场
景，砖式有源相控阵天线根据需要可进行多频多通道设计，但集成度低，体积会成倍增加。

[0003] CN210297691U公开了一种相控阵多频段TR模块，其将两个频段的TR模块独立封装后再进行对扣，组合成多频段TR模块。该方式相当于对传统砖式TR模块的累加，集成度不
高。

发明内容

[0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高集成度的双频双极化TR模块。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：

[0006] 一种双频双极化TR模块，包括第一射频处理模块、第二射频处理模块、第一子板和第二子板；所述第一射频处理模块与所述第二射频处理模块背靠背连接；所述第一射频处
理模块和所述第二射频处理模块均进行气密处理；所述第一子板连接于所述第一射频处理
模块下方，所述第二子板连接于所述第二射频处理模块下方，所述第一子板与所述第二子
板互联，所述第一子板或所述第二子板从底部接入供电和控制信号；所述第一射频处理模
块和所述第二射频处理模块均从顶部引入输入射频信号、均从所述第一子板和第二子板之
间引出输出射频信号；所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块中均包含极化切换
芯片。

[0007] 进一步的，TR模块包括上下连接的上腔体和下腔体，上腔体密封，所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块背靠背设置于所述上腔体内，所述第一射频处理模块和所
述第二射频处理模块均从所述上腔体顶部引入输入射频信号；所述第一子板和所述第二子
板均设置于所述下腔体内，所述第一子板或所述第二子板从所述下腔体底部接入供电和控
制信号。

[0008] 进一步的，所述上腔体包括背靠背连接的第一模块腔体和第二模块腔体，第一模块腔体和第二模块腔体均密封，所述第二模块腔体与所述第一模块腔体可拆卸连接；所述
第一射频处理模块设置于所述第一模块腔体内，所述第二射频处理模块设置于所述第二模
块腔体内。

[0009] 进一步的，所述第一模块腔体或所述第二模块腔体与所述下腔体一体设置。

[0010] 进一步的，所述第一射频处理模块包括第一芯片组、第一功分微带、第一射频供电板，所述第一芯片组通过所述第一功分微带互联，所述第一射频供电板与所述第一芯片组
平行设置，所述第一射频供电板上对应第一芯片组的位置设有第一通孔，所述第一芯片组
与第一通孔之间金丝键合；所述第二射频处理模块包括第二芯片组、第二功分微带、第二射
频供电板，所述第二芯片组通过所述第二功分微带互联，所述第二射频供电板与所述第二
芯片组平行设置，所述第二射频供电板上对应第二芯片组的位置设有第二通孔，所述第二
芯片组与第二通孔之间金丝键合；所述第一芯片组和所述第二芯片组均包括极化切换芯
片。

[0011] 进一步的，所述第一射频供电板通过第一连接器与所述第一子板连接，所述第二射频供电板通过第二连接器与所述第二子板连接；所述第一连接器和所述第二连接器均跨
接于所述上腔体与所述下腔体之间。

[0012] 进一步的，所述第一功分微带连接有第一传输微带，所述第二功分微带连接有第二传输微带，所述第一传输微带和所述第二传输微带均从所述上腔体穿透到所述下腔体并
延伸到所述下腔体底部；所述第一传输微带和所述第二传输微带均位于所述第一子板和所
述第二子板之间。

[0013] 进一步的，所述第一传输微带和/或所述第二传输微带穿过所述下腔体顶部之处进行密封处理。

[0014] 进一步的，所述第一芯片组和所述第二芯片组中的高功耗芯片均位于同一水平位置。

[0015] 进一步的，TR模块还包括热管，所述热管位于所述第一射频处理模块和所述第二射频处理模块之间、所述高功耗芯片所在水平位置。

[0016] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

[0017] 1、本发明的双频双极化TR模块对必要器件进行高度集地设计、布局，TR模块体积小，具备两个频率同时工作且水平、垂直极化可自由切换的能力。

[0018] 2、本发明的双频双极化TR模块，将射频信号处理所需的芯片集中在模块上腔体，通过盖板激光封焊，实现局部气密，能够在确保TR模块具备较长的使用寿命的同时，降低装
配难度。

[0019] 3、本发明将射频处理链路和低频处理线路进行上下腔体的分区布置，通过连接器互联，实现厚度空间的充分利用，以此减小激光封焊面积，降低封焊难度，保证封焊强度。

[0020] 4、本发明将双频模块、双频子板进行模块化组装，可实现射频或低频组件的单独更换，返修性强、易装配、可拆卸、性能稳定可靠。

附图说明

[0021] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0022] 图1是Ku、Ka双极化TR模块的分解图。

[0023] 图2是Ku模块的分解图。

[0024] 图3是Ka模块的分解图。

[0025] 图4是Ku、Ka双极化TR模块去除盖板的内部结构示意图。

[0026] 图5是Ku、Ka模块腔体结构示意图。

[0027] 图中，1为Ku模块，2为Ka模块，3为Ku子板，4为Ka子板，5为热管，11为Ku模块腔体，12为Ku射频供电板，13为Ku盖板，14为Ku连接器，21为Ka模块腔体，22为Ka射频供电板，23为
Ka盖板，24为Ka连接器，111为Ku上腔体，121为第一通孔，112为Ku下腔体，113为Ku芯片组，
114为Ku功分微带，115为Ku输入端口，116为供电连接器，117为控制连接器，118为Ku射频输
出端口，119为Ku传输微带，211为Ka芯片组，221为第二通孔，212为Ka功分微带，213为Ka输
入端口，214为Ka射频输出端口，215为Ka传输微带，1141为第一功分器，1142为第二功分器，
1143为第三功分器，1131为Ku芯片组的高功耗芯片，2121为第四功分器，2122为第五功分
器，2111为Ka芯片组的高功耗芯片，314为对插排针。

具体实施方式

[0028] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0029] 本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列
等效或类似特征中的一个例子而已。

[0030] 实施例一

[0031] 本实施例公开了一种双频双极化TR模块（以下简称TR模块）。TR模块包括第一射频处理模块、第二射频处理模块、第一子板和第二子板；第一射频处理模块与第二射频处理模
块背靠背连接；第一射频处理模块和第二射频处理模块均进行气密处理。第一子板连接于
第一射频处理模块下方，第二子板连接于第二射频处理模块下方，第一子板与第二子板互
联，第一子板或第二子板从底部接入供电和控制信号（可以是第一子板接入供电信号，第二
子板接入控制信号，或者两者互换，或者其中一者接入两种信号）；第一射频处理模块和第
二射频处理模块均从顶部引入输入射频信号、均从第一子板和第二子板之间引出输出射频
信号；第一射频处理模块和第二射频处理模块中均包含极化切换芯片，在双频工作时具备
水平、垂直极化的自由切换能力。

[0032] 低频电信号通过子板将输入的各种电压调制转换为射频处理模块中芯片所需电压，以为射频处理模块供电。射频处理模块通过链路实现对射频信号的发射、接收、调幅调
相、放大等功能，此为本领域公知，在此不详细说明。

[0033] 射频工作链路中的芯片、裸芯片等具有气密要求，对此，TR模块设计了密封的腔体结构。在一些实施例中，TR模块包括上下连接的上腔体和下腔体，上腔体密封设计，第一射
频处理模块和第二射频处理模块背靠背设置于上腔体内，第一射频处理模块和所述第二射
频处理模块之间设计了隔离介质。第一射频处理模块和第二射频处理模块均从上腔体顶部
引入输入射频信号。第一子板和第二子板均设置于下腔体内，第一子板或第二子板从下腔
体底部接入供电和控制信号。

[0034] 进一步的，上腔体包括背靠背连接的第一模块腔体和第二模块腔体，第一射频处理模块设置于第一模块腔体内，第二射频处理模块设置于所述第二模块腔体内。在一些具
体实施方式中，为了便于TR模块的装配，第一模块腔体和第二模块腔体之间进行可拆卸连
接。并且，可以将第一模块腔体与下腔体一体设计，或者将第二模块腔体与下腔体一体设
计。在具体实施中，选择在第一射频处理模块和第二射频处理模块中，体积较大者的模块腔
体与下腔体一体设计。

[0035] 第一射频处理模块即对第一射频信号进行处理的链路，包括射频处理链路和低频供电线路。对于腔体内的结构，具体的，第一射频处理模块包括第一芯片组、第一功分微带、
第一射频供电板，第一芯片组通过第一功分微带互联，第一射频供电板与第一芯片组平行
设置，第一射频供电板上对应第一芯片组的位置设有第一通孔，第一芯片组与第一通孔之
间金丝键合，以为芯片垂直供电，并且在厚度上免去了通过连接器供电的浪费。同样的，第
二射频处理模块包括第二芯片组、第二功分微带、第二射频供电板，第二芯片组通过第二功
分微带互联，第二射频供电板与第二芯片组平行设置，第二射频供电板上对应第二芯片组
的位置设有第二通孔，第二芯片组与第二通孔之间金丝键合。第一芯片组和第二芯片组均
n
包括极化切换芯片，具体的，第一射频处理模块将输出端总信号进行1分2（n为正整数）通
道，每个通道末端设计1分2两条支路，实现接收发射的极化控制，第二射频处理模块同理。

[0036] 实施例二

[0037] 本实施例公开了一种双频双极化TR模块（以下简称TR模块）。TR模块包括上、下两个腔体。第一射频处理模块和第二射频处理模块背靠背设置于上腔体内。上腔体内设置第
一芯片组、第一射频供电板、第一功分微带、第二芯片组、第二射频供电板和第二功分微带。
第一芯片组通过第一功分微带互联，第一射频供电板在对应第一芯片组的位置设有第一通
孔，第一芯片组与第一通孔之间金丝键合。第二芯片组通过第二功分微带互联，第二射频供
电板在对应第二芯片组的位置设置第二通孔，第二芯片组与第二通孔之间金丝键合。上腔
体顶部设置第一射频输入端口和第二射频输入端口，第一芯片组连接第一射频输入端口，
第二芯片组连接第二射频输入端口。

[0038] 下腔体内设置第一子板和第二子板，供电和控制信号从下腔体底部引入第一子板或第二子板，第一子板和第二子板电连接以交换供电和控制信号。第一子板连接第一射频
供电板，第二子板连接第二射频供电板。第一功分微带通过第一传输微带将第一射频信号
从下腔体底部引出；第二功分微带通过第二传输微带将第二射频信号从下腔体底部引出。

[0039] 上述的第一射频输入端口、第一芯片组、第一功分微带、第一射频供电板、第一子板、第一传输微带服务于第一频段的射频信号，第一芯片组、第一功分微带、第一射频供电
板构成第一射频处理模块；第二射频输入端口、第二芯片组、第二功分微带、第二射频供电
板、第二子板、第二传输微带服务于第二频段的射频信号，第二芯片组、第二功分微带、第二
射频供电板构成第二射频处理模块。第一芯片组和第二芯片组中，均包含极化切换芯片，实
现垂直、水平极化切换。

[0040] 第一芯片组和第二芯片组中均包括极化切换芯片、幅相控制芯片、功率放大芯片等，极化切换芯片位于功分微带处，极化切换芯片、幅相控制芯片、功率放大芯片依次连接。
第一芯片组和第二芯片组中的高功耗芯片作为TR模块主要的产热源，是影响发射功率的重
要因素，需要重点考虑散热问题。在一些实施例中，将第一芯片组中的高功耗芯片和第二芯
片组中的高功耗芯片设置在同一水平位置，即排列成一条线，两芯片组中的高功耗芯片形
成背靠背结构，在第一射频模块和第二射频模块之间，设置热管，该热管与高功耗芯片位于
同一水平位置，两芯片组的高功耗芯片则通过热管将热量快速导出散热。

[0041] 实施例三

[0042] 本实施例以Ka频段和Ku频段为例，公开了一种双频双极化TR模块（以下简称TR模块）。如图1 5所示，该TR模块包括腔体本体，该腔体本体包括相互连接的上腔体和下腔体。
~

[0043] 上腔体包括左右相对的第一侧和第二侧，第一侧和第二侧均敞口，两者敞口朝向相反，第一侧和第二侧之间有隔板，第一侧敞口通过Ku盖板13密封，第二侧敞口通过Ka盖板
23密封。上腔体第一侧的表面上布置Ku芯片组113和Ku功分微带114，Ku芯片组113通过Ku公
分微带114互联。上腔体第二侧的表面布置Ka芯片组和Ka公分微带212，Ka芯片组211通过Ka
公分微带212互联。上腔体顶部设有Ku输入端口115和Ka输入端口213，Ku输入端口115与Ku
芯片组113连接，Ka输入端口213与Ka芯片组211连接。上腔体与Ku盖板12形成的腔体内，设
置有Ku射频供电板12，Ku射频供电板12上对应于Ku芯片组113的位置开有第一通孔121，Ku
芯片组113与第一通孔121之间通过金丝键合互联，以实现对Ku芯片组113的供电。上腔体与
Ka盖板22形成的腔体内，设置有Ka射频供电板22，Ka射频供电板22上对应于Ka芯片组211的
位置开由第二通孔221，Ka芯片组211与第二通孔221之间通过金丝键合互联，以实现对Ka芯
片组211的供电。

[0044] 下腔体的第一侧设置Ku子板3，下腔体的第二侧设置Ka子板4，Ku子板3和Ka子板4之间通过对插排针314互联。下腔体的底部设置供电连接器116和控制连接器117，供电连接
器116连接于Ku子板3或Ka子板4上，同样的，控制连接器117也连接于Ku子板3或Ka子板4上。
下腔体底部分别设置有Ku射频输出端口118和Ka射频输出端口214，Ku射频输出端口118通
过Ku传输微带119连接Ku公分微带114，则Ku公分微带114从下腔体底部贯穿下腔体顶部，连
接到上腔体中的Ku公分微带114。Ka射频输出端口214通过Ka传输微带215连接Ka公分微带
212，即Ka传输微带215从下腔体底部贯穿下腔体顶部，连接到上腔体中的Ka公分微带212。
Ku传输微带119和Ka传输微带212均位于Ku子板3和Ka子板4之间。在一些实施例中，Ku传输
微带119和Ka传输微带215均由两部分构成，一部分位于下腔体中，另一部分位于上腔体中，
两部分通过焊接在上、下腔体交接处的射频连接器互联，该射频连接器使用焊环焊接，保证
腔体的密封性。

[0045] Ku连接器14穿过所述上腔体和下腔体，Ku连接器14的两端分别连接Ku射频供电板12和Ku子板3。Ka连接器24同样穿过所述上腔体和下腔体，Ka连接器24的两端分别连接Ka射
频供电板22和Ka子板4。Ku连接器14和Ka连接器24均使用焊环焊接，保证气密性。

[0046] 实施例四

[0047] 本实施例仍以Ka频段和Ku频段为例，公开了一种双频双极化TR模块（以下简称TR模块）。如图1 5所示，该TR模块包括Ku模块1、Ka模块2、Ku子板3和Ka子板4。Ku模块1包括Ku
~
模块腔体11、Ku射频供电板12、Ku盖板13和Ku连接器14。Ka模块2包括Ka模块腔体21、Ka射频
供电板22、Ka盖板23和Ka连接器24。

[0048] Ku模块腔体11包括Ku上腔体111和Ku下腔体112。Ku上腔体111和Ka模块腔体21构成实施例三中的上腔体，Ku上腔体111相当于实施例一中的第一模块腔体，Ka模块腔体21相
当于实施例一中的第二模块腔体，Ku下腔体112相当于实施例三中的下腔体，Ku模块腔体11
对应于实施例一中“第一模块腔体与下腔体一体设置”。Ka模块腔体21连接于Ku上腔体111
的背面，通过销钉对位，然后进行螺装。在Ku上腔体111内部表面，布置Ku芯片组113和Ku公
分微带114，Ku芯片组113通过Ku公分微带114互联，Ku上腔体111顶部设置Ku输入端口115，
Ku输入端口115与Ku芯片组113连接。Ku盖板13盖设于Ku上腔体111敞口，通过激光封焊，Ku
射频供电板12设置于Ku上腔体111于Ku盖板13之间。Ku射频供电板12上对应于Ku芯片组113
的位置开有第一通孔121，Ku芯片组113与第一通孔121之间通过金丝键合互联，以实现对Ku
芯片组113的供电。Ka模块腔体21内部表面，布置Ka芯片组211和Ka公分微带212，Ka芯片组
211通过Ka公分微带212互联，Ka模块腔体21顶部设置Ka输入端口213，Ka输入端口213与Ka
芯片组211连接。Ka盖板23盖设于Ka模块腔体21正面敞口，同样进行激光封焊，Ka射频供电
板22设置于Ka模块腔体21与Ka盖板23之间。Ka射频供电板22上对应于Ka芯片组211的位置
开由第二通孔221，Ka芯片组211与第二通孔221之间通过金丝键合互联，以实现对Ka芯片组
211的供电。

[0049] Ku模块1对输出端进行1分8通道，包括逐级连接的三级1分2功分器：第一功分器1141、第二功分器1142、第三功分器1143，Ka模块2对输出端进行1分4通道，包括逐级连接的
两级1分2功分器：第四功分器2121、第五功分器2122。 Ku芯片组的高功耗芯片1131和Ka芯
片组211的高功耗芯片2111设置在同一水平位置，Ku上腔体111和Ka模块腔体21之间设计有
一通道，该通道与所述高功耗芯片位于同一水平位置，铝氨材质的热管5穿过该通道，热管5
的尺寸与该通道尺寸相适配。

[0050] Ku下腔体112的正面设置Ku子板3，Ku下腔体112的背面设置Ka子板4，Ku子板3和Ka子板4之间通过对插排针314互联。Ku下腔体112的底部设置供电连接器116和控制连接器
117，供电连接器116连接于Ku子板3或Ka子板4上，同样的，控制连接器117也连接于Ku子板3
或Ka子板4上。

[0051] Ku下腔体112的底部分别设置有Ku射频输出端口118和Ka射频输出端口214，Ku射频输出端口118通过Ku传输微带119连接Ku公分微带114，则Ku公分微带114从Ku下腔体112
底部贯穿Ku下腔体112顶部，连接到Ku上腔体111中的Ku公分微带114。Ka射频输出端口214
通过Ka传输微带215连接Ka公分微带212，即Ka传输微带215从Ku下腔体112底部贯穿Ku下腔
体112顶部，连接到Ka模块腔体21中的Ka公分微带212。Ku传输微带119和Ka传输微带212均
位于Ku子板3和Ka子板4之间。在一些实施例中，Ku模块1和Ka模块2均设计了两个输出通道，
则设计有两条Ku传输微带119和两条Ka传输微带212，将两条Ku传输微带119并排在Ku下腔
体112纵向中部，两条Ka传输微带212分别排列在两条Ku传输微带119两侧，当然，Ku传输微
带119和Ka传输微带212也可交换位置。

[0052] Ku连接器14穿过所述Ku上腔体111和Ku下腔体112，Ku连接器14的两端分别与Ku射频供电板12和Ku子板3金丝键合。Ka连接器24同样穿过所述Ku上腔体111和Ku下腔体112，Ka
连接器24的两端分别与Ka射频供电板22和Ka子板4金丝键合。Ku连接器14和Ka连接器24均
使用焊环焊接，保证气密性。

[0053] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。