X波段有源相控阵雷达子阵驱动延时组件的设计与实现

分析了X波段有源相控阵雷达子阵驱动延时组件的功能及其工作原理,介绍了驱动延时组件高精度与小型化设计的实现方式。针对任务需求,设计并实现了一种集成五位延时、收/发增益补偿功能的驱动延时组件。根据实测结果,该驱动延时组件接收增益为16 dB±1 dB,发射功率为27.5 dBm±0.5 dBm,延时切换时幅度精度≤±0.8 dB,相位精度≤±5°。     

一种小型化毫米波延时组件的实现

介绍了毫米波延时组件的设计难点,并提出了相应的解决方案。在此基础上,设计并实现了一种Ka波段集成七位延时与增益补偿功能的延时组件。根据实测结果,4GHz带宽内实现了幅度带内平坦度≤±1.0 dB,延时相位精度≤±10°,延时幅度精度≤±1.0 dB,相位非线性≤20°,驻波≤1.8。     

有源相控阵射频系统稳定性设计与评估

有源相控阵的核心是微波射频系统,包含T/R组件和延时放大组件。T/R组件具有高效率、高幅度相位稳定性、高可靠性、低成本、小型化等优点。在组件小型化的同时提供了极高的射频增益,其稳定性设计与评估就显得十分重要。文中介绍了有源相控阵射频系统稳定性常见的问题以及评估方法,用此方法确保了微波射频系统的稳定性,同时极大提高了雷达的可靠性和安全性,为有源相控阵雷达长期稳定运行提供了有力的技术保证。     

一种P波段大功率T/R组件的设计

T／R组件是相控阵雷达有源分布阵列天线的核心部件,其性能直接影响雷达整机的指标。介绍了一种P波段大功率T／R组件的工作原理、设计方法和检测技术,并根据设计方法加工了实物样件,该T／R组件采用相控阵体制结构来实现：发射通道主要由移相器、衰减器和高功率放大器组成;接收通道主要由低噪声放大器、移相器和衰减器组成。在2dBm输入功率的情况下实现了200W输出功率,效率高达35％,在采取幅相一致设计措施后,该功放组件在100dB的动态范围内实现了相位误差在±3°以内。     

Ka波段4位大波长数控时延器

基于0.15μm E/D PHEMT工艺研制了一款28~32GHz用于相控阵雷达的时延器芯片,该芯片是由4位大波长数控时延器及数字驱动器电路组成。为了增强芯片在组件中使用的灵活性,计划分成两块芯片来实现。芯片尺寸分别为1.9mm×2.2mm和2.9mm×2.2mm。实测结果:芯片总插入损耗小于24dB,在28~32GHz带宽内时延步进为33.3ps,最大时延量为500ps,时延精度小于标称值的±3%,寄生调幅小于±0.4dB。该芯片能够抗基于HBM的250V静电电压。     

一种Ka频段高效率圆极化宽角扫描波导缝隙相控阵天线

该文提出一种新型小尺寸、低剖面、“f”字型波导缝隙圆极化器,高度仅1/6波长,宽度约2/5波长。基于该圆极化器,设计了一种高效率、低剖面、圆极化脊波导缝隙线阵天线。为满足空间应用中对轻质、高效率、圆极化、±60°宽角扫描相控阵天线的需求,采用该线阵天线作为阵元设计、仿真并实现了16阵元Ka频段脊波导缝隙相控阵天线。仿真和实测结果表明,该相控阵天线可实现1维±60°宽角扫描。在扫描角范围内,相控阵天线的轴比小于4.1 dB,增益下降小于4.3 dB。在0°扫描角工作时,天线的实测增益为35.9 dBi,辐射效率接近85%。     

小型化高集成宽带光收发组件

当前分立光子器件的体积和成本严重制约着微波光子技术在雷达系统中的应用。受限于当前的集成能力和材料体系,微波光子单片集成芯片短时间内难以实现工程应用。为满足雷达等应用场景对高集成微波光子器件的迫切需要,研制了一种新型小型化高集成光收发组件。该组件采用光电异构集成封装技术,将MZM调制器芯片、微波芯片、探测器芯片以及光环形器、波分复用器进行高度集成,单模块体积仅为85 mm×35 mm×10 mm,与传统MZM调制器体积相当。实验结果表明,其性能可与传统分立元器件相媲美。在6~18 GHz范围内,组件能够实现±1.5 dB的平坦度,上行能够实现18 dB以上的增益,下行能够实现?1 dB以上的增益,且链路噪声系数小于30 dB,平面化、小型化设计使其能够应用于相控阵雷达、电子战等多种应用场景,具有广阔的应用前景。     

一种Ka频段高效率圆极化宽角扫描波导缝隙相控阵天线

该文提出一种新型小尺寸、低剖面、"f"字型波导缝隙圆极化器,高度仅1/6波长,宽度约2/5波长.基于该圆极化器,设计了一种高效率、低剖面、圆极化脊波导缝隙线阵天线.为满足空间应用中对轻质、高效率、圆极化、±60°宽角扫描相控阵天线的需求,采用该线阵天线作为阵元设计、仿真并实现了16阵元Ka频段脊波导缝隙相控阵天线.仿真和实测结果表明,该相控阵天线可实现1维±60°宽角扫描.在扫描角范围内,相控阵天线的轴比小于4.1 dB,增益下降小于4.3 dB.在0°扫描角工作时,天线的实测增益为35.9 dBi,辐射效率接近85％.     

C 波段小型化高精度驱动延时组件的研制

介绍了延时线在雷达中的工作原理,分析了延迟时间误差与延迟幅度误差对信号合成的影响。针对驱动延时组件小型化、高精度设计的难点进行了评估,并提出采用微波多层印制电路实现小型化、采用新型调相电路与衰减电路解决延时高精度的设计方案。在此基础上,设计并实现了一种集成延时、放大与功率分配/合成功能的驱动延时组件。根据驱动延时组件各态收发指标测试结果,幅度带内平坦度优于±0.4 d B,延时相位精度≤±5°,延时幅度精度≤±0.5 d B。     

带数字驱动的高集成2～18GHz时延放大多功能MMIC

基于E/D15PHEMT工艺研制了一款2~18GHz用于相控阵雷达的时延放大多功能MMIC芯片。本芯片是一款集成了放大器、单刀双置开关、六位大波长时延器、数字驱动器等功能的多功能芯片,芯片尺寸为5mm×5mm。测试结果表明:发射接收增益皆大于-2dB,P-1在整个频带内达到12dBm。时延最小步进为10ps,最大时延量630ps,时延精度在发射和接收模式下为标称值的±4%,寄生调幅小于2dB。该芯片能够抗基于HBM的250V静电电压。     

一种 C 频段高集成多功能综合母板设计

介绍了一种 64 通道的 C 频段高集成多功能综合母板的设计方案和关键技术,该综合母板应用于有源相控阵雷达天线阵面前端模拟子阵。 利用多层印制板压合技术,在天线口径内将电源模块、波控模块和片式 T / R 组件集成在子阵综合母板上。 对各功能网络性能进行了仿真设计、电磁兼容性设计等,最终完成了综合母板设计。 所介绍的 64 通道 C 频段综合母板尺寸为 228 mm×308 mm×4. 8 mm,实测无源射频网络通道幅相一致性优于±0. 1 dB、±1°,有源接收链路通道幅相一致性优于±1. 4 dB、±5°。 该综合母板通过积木化拼接可实现雷达阵面规模二维扩展,适用于多种布局方案,避免了低效重复设计。     

一种幅相一致性高可靠LC滤波器设计

针对批量生产的相控阵雷达发射-接收(T/R)组件对滤波器的幅相一致性要求较高的问题,该文分析了影响LC滤波器幅相一致性的因素,并从产品的电路原理和结构方面对与产品可靠性有关的元器件、工艺流程等因素进行了分析,设计了一款3 GHz带外抑制大于60 dB、多只间相位一致性≤5°、多只间幅度一致性≤0.2 dB的滤波器。结果表明,该滤波器具有较好的矩形系数、带外抑制和高幅相一致性,产品用于某高可靠星载系统T/R组件中,实现了批量生产对幅相一致性的要求。     

一种基于5G应用的圆极化微带相控阵天线

本文提出一款应用于5G频段,可实现方位面±40°波束扫描的圆极化微带相控阵天线。该相控阵天线单元是由矩形贴片、上下介质板、缝隙耦合馈电结构、金属反射板构成。利用切比雪夫综合法的一分八不等分功分器实现相控阵天线的馈电形式。测试结果表明,阵列天线的驻波比带宽为3.25 GHz～3.69 GHz,端口隔离度大于25 dB,扫描过程中增益最大为21 dB,增益衰落小于3 dB,最大扫描角处轴比为2.89 dB。该天线具有低剖面、高隔离度、高增益以及良好的波束扫描性能等优点。     

X波段大功率T/R组件

采用公共支路、发射支路、接收支路和电源调制及控制电路,设计制作了一种X波段大功率T/R组件。在组件中,利用低温共烧陶瓷(LTCC)基板实现了多层互连,采用Wilkinson功率合成器实现了大功率输出。在组件布局上,充分考虑腔体效应,合理安排各电路单元。在制作工艺方面,采用单元装配的方式,合理设置温度梯度。该组件在X波段9～10 GHz带宽范围内,接收支路噪声系数小于3.1 dB,接收增益为(25.7±0.2)dB,发射支路的功率增益大于30 dB,输出脉冲功率大于15W,移相均方根误差小于2°,衰减幅度均方根误差小于0.25 dB。     

一种X波段高功率多通道发射系统设计

在有源相控阵雷达为应用背景下,文中设计了一种以X波段发射组件为核心的发射系统,每个发射组件为发射系统的一个通道。发射组件是基于MMIC和MCM技术实现。该子阵输出功率＞80 W,通道间幅度一致性＜0.5 dB,具有连续波工作、体积小、发射功率大、可靠性高和一致性好等优点。     

一种机载超宽带相控阵雷达T/R组件设计

针对机载有源相控阵雷达小型化、多功能、高功率的要求,研制了一款应用于C、X、Ku波段的双通道超宽带T/R砖块组件,外观尺寸为30.0 mm×70.0 mm×8.5 mm.组件在工作频带内可以实现6位移相、6位衰减,工作带宽达到12 GHz,发射输出功率≥ 37 dBm,接收增益达到22 dB.通过对电路中无源结构进行仿真,并利用得到的仿真结果和射频芯片实现链路仿真,解决了超宽带T/R组件端口驻波较差和接收增益平坦度差且难以预估的难题.最终制造的T/R组件具有超宽带、低噪声、高功率以及良好的幅相性能.     

P波段高功率小型化收发模块

收发模块作为有源相控阵雷达的核心部件,其性能直接影响雷达的威力. 受天线孔径、载重、供电的限制,提高单通道的发射输出功率、功率密度和效率是提高雷达威力的一个重要途径。介绍了一款基于氮化镓功率管的P 波段大功率收发模块,从GaN 功放模块设计、大功率合成、集成设计与热设计等几个关键技术方面阐述了低频段收发模块实现高功率、小型化、高效率的技术途径和方法,并给出了测试结果。