一种小型化有源相控阵天线设计与测试

文章设计了一种小型化有源相控阵天线,阵元采用低剖面双馈圆极化技术,轴比性能优异;T/R组件采用片式组件表贴综合网络技术,与常规砖式或瓦式相控阵天线的多次封装和模块连接相比,该天线通过一次封装集成实现了相控阵天线的轻、薄、小目标。通过紧缩场暗室测试和对星测试,结果表明,天线工作稳定可靠,性能优异。     

一种毫米波瓦式T/R组件专用芯片架构

毫米波有源相控阵瓦式T/R组件工作频率高、波长短、单通道布局空间小,对T/R组件芯片级和子阵级集成设计提出不小挑战。相比而言,芯片级一次集成在提高集成密度、降低组件成本方面具有明显优势。文中根据瓦式T/R组件的布局特点,在芯片级集成层面,提出一种可灵活扩展、兼顾不同半导体工艺优势、功能划分合理的专用芯片集成架构。该架构在满足链路指标的前提下,可实现单通道芯片数量占比3/4只、面积占用不到3.7mm² ,显著提高了芯片级集成密度和功能密度,降低了T/R组件单通道实现成本,适用于毫米波频段任意规模的相控阵天线的高效扩展集成。     

基于氮化铝技术的X波段瓦片式T/R组件的研制

有源相控雷达阵的发展对关键部件T/R组件的体积和重量提供了更高的要求。为满足这一要求,设计了一种基于氮化铝(Al N)技术的X波段瓦片式T/R组件,该组件突破传统的瓦片式T/R组件设计理念和实现方式,封装形式为表贴型,仅由一块基板组成,且功能齐全。组件重量为6 g,很好地满足了有源相控雷达阵对T/R组件小型化、轻量化的要求。     

T／R组件频响特性对星载SAR系统性能的影响

对T/R组件频响不一致性对星载合成孔径雷达SAR系统性能的影响进行了分析 ,并用实测T/R组件数据进行了验证。理论分析与计算结果表明 ,随着T/R组件数量的增大 ,系统对T/R组件的频响一致性的要求将会降低。此外 ,因为天线的副瓣电平是不同频率信号贡献的平均值 ,所以天线副瓣电平的大小依赖平均T/R组件的不一致性     

一种新型Ku频段瓦式T/R组件的研制

介绍了一种基于非接触式垂直互连、大功率高密度集成芯片组和低成本高密度混合电路的Ku频段半双工瓦式高发射功率T／R组件的集成方案。研制了16通道T/R组件原理样机,体积为36 mm×36 mm×21 mm,质量为65 g。每个信道的发射功率大于7 W,幅度一致性均方根误差（RMS）优于0.5 dB,相位一致性RMS优于4°。对比相似功能单通道发射功率仅0.5 W的砖式TR组件,其体积缩减一半以上,质量缩减2/3以上。     

一种T/R组件的温度自补偿电路设计

T/R组件是有源相控阵天线的关键电路模块，其发出的热量会导致芯片特性发生变化，影响组件及天线的性能。本文提出了一种T/R组件的温度自补偿电路设计方法，对其电性能进行自动温度补偿，克服了数字芯片量化误差导致的主动温度补偿精度受限的缺陷。采用该自补偿方法研制了一种温度补偿电路模块，实测结果表明，组件馈电链路的传输相位温漂减小约67%,验证了本文自补偿方法的有效性。     

一种宽带多通道瓦片式T/R组件的研制

介绍了一种多通道瓦片式T/R组件的研制方法和关键技术。针对组件结构尺寸紧张、工作频率高且频带宽的要求,提出了一种新的高集成T/R组件三维立体组装方法,同时采用了多功能单片微波集成电路(MMIC)芯片技术、多芯片组装(MCM)技术提高集成度。通过对组件的热设计和密封性设计,确保了组件使用的长期可靠性。成功研制出尺寸为41.8 mm×8 mm×8.2 mm、质量不超过13 g的瓦片式T/R组件,具有4个收发通道,每个通道包含6位数控移相器和6位数控衰减器。该组件集成度高、散热性好、可靠性高,较传统T/R组件在尺寸和重量上具有突破性的优势,大大减小了雷达尺寸,使其更好地满足高性能共形有源相控阵雷达的需要。     

T/R组件相位特性研究

在脉冲压缩系统中,雷达探测的距离分辨率与系统的相位特性紧密相关。因此,作为其核心器件,T/R组件的相位特性是其非常重要的一个指标参数。从T/R组件相位特性的原理出发,从4个方面分别对T/R组件相位特性进行了分析,并相应地提出了优化T/R相位特性的方法。以X波段T/R组件为设计实例,对所提出的优化方法进行设计验证。优化前后的测试数据显示,文中所提优化方法切实有效,可以在一定程度上改善T/R组件的相位特性,为T/R组件相位特性的优化设计提供了很好的方法和依据。     

相控阵测控系统瓦式一体化T/R组件设计

T/R组件作为相控阵测控系统的核心部件,其性能好坏直接决定了相控阵测控系统的效能表现。针对传统相控阵测控系统中采用的砖式T/R组件设计存在的集成度低、尺寸大、功耗高、安装复杂、后期维护性差等问题,设计了一种新型瓦式一体化T/R组件。该型T/R组件通过多层不同功能模块的瓦片式层叠和盲插互联结构实现了T/R组件高度的集成化、良好的散热性以及优异的安装维护性能。随着相控阵测控系统的通道数越来越多,集成度越来越高,新型瓦式一体化T/R组件的工程优异性也将会更加明显。     

多端口T/R组件的单通道噪声系数测试方法

多端口T/R组件输出端口的噪声由各个通道共同决定,要测试单独通道的噪声系数非常困难。提出了一种基于衰减器改变的多端口TR组件单通道噪声系数测试方法,消除了其他通道的噪声影响,实现了对单独通道噪声系数的测试。通过测试一个8通道T/R组件的各个通道噪声系数,与单独通道测试结果进行了对比,两种方法测试结果最大差异为0.08 dB,验证了该方法可以很准确地测量多端口网络的单通道噪声系数。     

毫米波多通道收发电路与和差网络一体化集成技术

相控阵天线的收发组件与和差网络通常是两个独立的模块,模块间通过接插件进行电连接,成本较高且集成度低。文中提出了毫米波多通道收发电路与和差网络一体化集成技术,将多通道收发组件与和差网络高密度集成在同一介质基板(PCB)上,芯片贴装界面与和差网络在不同层,射频和低频电路通过介质板层间和层内走线完成。最后制作8×16阵列进行无源测试验证,结果表明该一体化集成技术性能良好,具有小型化、轻量化、一体化高密度集成、制作成本低等特点,可广泛用于毫米波瓦式相控阵天线。     

T/R组件阻抗失配对相控阵天线性能的影响

T/R 组件为满足低剖面的设计要求,收发开关一般采用集成度较高的单刀双掷(SPDT)开关设计方案,然而有源相控阵天线大角度扫描时随着有源电压驻波比的增大,会导致T/R 组件与天线辐射单元阻抗失配。文中分析了该阻抗失配问题,并对采用SPDT 开关的T/R 组件进行了阻抗失配实验,从发射输出峰值功率、组件发射效率、发射通道相位三个方面定量分析了T/R 组件输出端口阻抗失配对发射性能的影响,并将该T/R 组件应用于有源相控阵天线,通过测试等效全向辐射功率(EIRP)进一步讨论其影响。     

有源相控阵天线自动测试系统设计

针对现代有源相控阵雷达天线T/R组件测试通路多、测试数据处理量大、测试效率低的特点,设计了一种适用于大规模T/R组件测试的有源相控阵天线自动测试系统。该系统设计通过GPIB接口或以太网对VNA(矢量网络分析仪)进行访问控制与数据采集,充分利用了现代计算机强大的数据处理与分析能力,不仅解决了有源相控阵天线故障诊断与自动校正问题,而且还极大地提高了工作效率,节约了人力成本。实际应用表明:该测试系统工作稳定,使用方便,能够充分满足T/R组件测试需要。     

基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz～18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。     

一种高精度多通道天线测试系统

天线测量是天线研究过程中一项重要而又繁杂的工作,在对高性能雷达天线的研制过程中,离不开一套高精度的天线测试系统。影响天线测试系统精度的因素很多,从测量环境微波暗室、天线发射控制系统、天线接收控制系统等几方面设计了一种多通道天线测试系统,用来测量和分析天线辐射特性的各种电磁参数。设计完成的测试系统具有测 量灵敏度高、动态范围大、测量误差小、抗干扰能力强和天线原始数据采集速度快的特点,具有一次性扫描测量就可获得多频点、多通道天线数据的能力。     

A Silicon-Germanium Receiver for X-Band Transmit/Receive Radar Modules

This work investigates the potential of commercially-available silicon-germanium (SiGe) BiCMOS technology for X-band transmit/receive (T/R) radar modules, focusing on the receiver section of the module. A 5-bit receiver operating from 8 to 10.7 GHz is presented, demonstrating a gain of 11 dB, and average noise figure of 4.1 dB, and an input-referred third-order intercept point $({hbox{IIP}}_{3})$ of $-$13 dBm, while only dissipating 33 mW of power. The receiver is capable of providing 32 distinct phase states from 0 to 360$^{circ}$ , with an rms phase error $≪ !{hbox{9}}^{circ}$ and an rms gain error $≪ ,$0.6 dB. This level of circuit performance and integration capability demonstrates the benefits of SiGe BiCMOS technology for emerging radar applications, making it an excellent candidate for integrated X-band phased-array radar transmit/receive modules.      

毫米波相控阵板级集成天线技术研究

随着毫米波雷达及通信系统的快速发展,有源相控阵天线日益成为当前研究的热门天线形式。然而,毫米波有源相控阵存在空间紧凑、结构复杂、装配繁琐等问题。本文介绍了一种可应用于毫米波相控阵的板级集成天线,并对其天线阵列、垂直过渡等关键结构的设计进行了讨论。该阵面将天线阵列、收发组件和馈电网络全部集成在一块基板上,具有结构简单易于量产的特点。文末给出了对所设计的有源阵面的暗室测试结果,结果表明该天线在毫米波雷达和通信系统中具有巨大的应用潜力。     

数字雷达阵面T/ R 组件故障定位方法研究

数字T/ R 组件是新型数字雷达阵面的关键组成部件,其符合性判别与故障定位是数字雷达阵面批产集成联试的重要环节。结合数字雷达阵面集成联试实际情况,开展了集成手段与方法的研究,分析了T/ R 组件在阵面联试中的故障模式,确定了判断准则,实现了组件判故的自动化处理,形成了典型数据异常故障的排故流程与方法,完善了组件调试平台控制措施,为新型数字雷达阵面工程量产提供了实用参考。     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。