本发明涉及毫米波雷达系统,具体为一种毫米波雷达系统。
背景技术:
1、随着信息化的不断发展,人们追求更高的数据传输速率,更大的数据容量,因此传统相控阵雷达系统的工作频段也提升至毫米波频段。与传统相控阵雷达相比,毫米波相控阵雷达兼具了毫米波的指向精度高、低延迟、超宽带、数据传输速率高、抗干扰强的优势和相控阵雷达波束指向灵活、可实现无惯性快速扫描、具备多波束功能等特点,同时还具有尺寸小、易于模块化集成设计、易于共形等优点,可广泛应用于国防安全、科学研究、通信等各领域。
2、但是,由于半导体工艺限制,毫米波频段的多功能芯片、功率放大器等有源器件的尺寸较大;通常情况下毫米波雷达系统的阵元数量多达成百上千,所需微波器件的数量巨大,而毫米波阵面尺寸有限,为了满足扫描角度指标,阵元间距往往更小,采用传统的瓦片式布局已经无法完成排布。
3、传统的瓦片式阵面布局采用一块多层印制板为载体将天线阵元、收发组件、电源、数字控制模块等均集成放置在一块多层基板上,但是由于器件模块数量多,芯片以及所占用的电路面积大,单层瓦片已难以集成。并且由于高集成度,传统的散热方式效果不明显。
4、因此,现有技术尚有待改进和发展。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种毫米波雷达系统,具有高实施性,高可靠性,低损耗、散热性能优异的优点,以解决现有技术集成度有限、可靠性较差、体积过大,散热性能较差的问题。
2、为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种毫米波雷达系统的高集成布局方式,通过bga方式将收发组件和驱动组件等微波器件模块分别焊接在两块具有三维双腔体结构的层压板中,一块层压板中集成了天线单元、部分馈电网络、收发组件控制信号和电源分配信号,称为天线单元综合层,另一块层压板中集成了部分馈电网络、驱动组件控制信号和电源分配信号,称为网络综合层,两块层压板之间采用smp-m表贴式连接器及kk双阴对插互联,实现射频信号的传输,其中主要发热器件是收发组件和驱动组件,热量通过层压板底部的bga锡球、组件四周的金属围框以及壳体表面盖板将热量传导至均温板,并最终通过风冷系统实现散热。
3、一种毫米波雷达系统的高集成布局方式,将相控阵雷达阵面系统中的收发组件和驱动组件以bga方式焊接在两块具有三维双腔体结构的层压板上,三维双腔体结构是在层压板上按组件模块对应位置挖腔,各组件及smp-m表贴式射频连接器均以bga内嵌式焊接在腔体内,可有效减小层压板内过孔厚度,降低射频传输损耗,提高雷达阵面系统的集成度;同时,在两块具有三维双腔体结构的层压板之间装有均温板,均温板采用热传导性能优良的铝合金6061材料制成,可将收发组件和驱动组件产生的热耗快速传导至风冷系统,为了提高雷达阵面系统的电磁兼容性,使用层压板设计天线单元综合层和网络综合层时,将数字信号与射频信号分开走线,电源分配信号单独走一层,各层信号之间均含有隔离地层,同层内的不同信号之间采用gsg形式,可有效避免信号间互相干扰,从而提高雷达阵面系统的电磁兼容性。
4、所述的毫米波雷达系统的高集成布局方式,其中smp-m表贴式射频连接器采用接地共面波导(gcpw)和电镀通孔(pth)实现微带线与带状线的转换互连,gcpw是一种色散小、损耗低的平面电路传输线,非常容易实现与无源或有源器件的连接,可以显著提高电路密集度和传输效率,考虑到毫米波频段波长较短,层压板中垂直过渡pth长度与波长相近,引入的寄生电感会导致阻抗失配,从而恶化传输性能,需对其进行阻抗匹配,具体匹配方法是在pth中采用反焊盘,通过优化反焊盘产生的寄生电容抵消寄生电感,实现阻抗匹配,降低传输损耗,改善传输性能,同时,为防止信号间的互相干扰,提高系统电磁兼容性,在pth信号孔四周增加一圈金属化地孔,形成类同轴结构,防止信号泄露和干扰,可有效拓展信号传输带宽,实现信号间的良好隔离。
5、毫米波频段高、波长短,为减小传输损耗通常选择具有低介电常数和低损耗因子的层压板材料,同时,铜箔粗糙度和热膨胀系数也是选择层压板基材的重要考虑之一,较粗糙的铜箔导体表面将造成色散,导致信号在pcb上的电磁传播相位特性发生变化,影响传输性能,本发明选用的基材是包括但不仅限于罗杰斯ro3003,它是针对微波射频电路的陶瓷填充高频聚四氟乙烯(ptfe)复合材料,选用了最优树脂体系、特殊填料,配合采用极低铜箔表面粗糙度(vlp)的电解(ed)铜箔工艺,使得整个材料的介电常数都稳定保持在3.00±0.04以内,在毫米波频段具有极好的一致性,同时,该材料在x和y方向上的热膨胀系数(cte)为17ppm/℃,该值与铜的热膨胀系数相当,可确保在蚀刻收缩后也具有极好的尺寸稳定性;在z方向上的热膨胀系数(cte)为24ppm/℃,具有极其出色的温度稳定性,在严酷的温度环境下不会出现翘曲,仍可保证电镀通孔(pth)的稳定性和高可靠性。
6、与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
7、本发明通过设置天线阵面分系统、信号处理分系统、电池分系统、伺服分系统、显控分系统与阵面结构组成,该装置具有高实施性,高可靠性,低损耗、散热性能优异的优点,以解决现有技术集成度有限、可靠性较差、体积过大,散热性能较差的问题。
1.一种毫米波雷达系统,包括天线阵面分系统、信号处理分系统、电池分系统、伺服分系统、显控分系统与阵面结构组成,其特征在于:所述天线阵面分系统主要包含天线罩、天线单元综合层、smp-m光孔射频连接器和smp-m全擒纵射频连接器、模块化收发组件、均温板、kk双阴、驱动组件、网络综合层、信号处理分系统、收发机、波控板、二级驱动组件、和差器、轴流风扇、散热风道、阵面框架和防尘后盖板,其中天线单元综合层与网络综合层是整个天线阵面分系统的核心组成部分。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达系统,其特征在于:所述天线阵面分系统由天线单元综合层、t/r组件、smp-m射频连接器一和smp-m射频连接器二、均温板、kk双阴、驱动组件和网络综合层组成。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达系统,其特征在于:所述天线单元共用一只模块化收发组件,每4只收发组件放置在一个三维腔体中,采用gsg带状线形式的一分四功分网络总口对应的smp-m射频连接器也放置在三维腔体中。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达系统,其特征在于:所述网络综合层也选用罗杰斯ro3003压合而成,层压板上包含52只驱动组件、smp-m连接器和控制信号接插件,并且也采用三维腔体结构。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达系统,其特征在于:所述均温板采用热传导性能优异的铝合金6061加工制成,开有第一控制走线槽和第二控制走线槽、smp-m连接器孔位,在收发组件和驱动组件对应位置增加凸台,和收发组件盖板、驱动组件盖板都能紧密压接。
6.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达系统,其特征在于:所述smp-m射频连接器分为光孔连接器和全擒纵连接器两部分,中间由kk双阴对插连接。
7.根据权利要求1所述的一种毫米波雷达系统,其特征在于:所述天线单元综合层包括电镀通孔(pth),所述电镀通孔(pth)垂直过渡连接,所述电镀通孔(pth)中增加反焊盘,所述电镀通孔(pth)信号孔周围也增加一圈均匀分布的金属地孔。