專利名稱:毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于毫米波技術(shù)領(lǐng)域：
，是一種‘主動制導(dǎo)體制’的毫米波導(dǎo)引頭前端裝 置，集接收、發(fā)射于一體，對目標(biāo)進行近距離精確跟蹤。
背景技術(shù)：
制導(dǎo)系統(tǒng)使用的導(dǎo)引頭主要有光電導(dǎo)引頭、微波導(dǎo)引頭、毫米波導(dǎo)引頭等類型，由 于毫米波導(dǎo)引頭具有靈敏度高、分辨率好，抗干擾性能強等特點，加之毫米波制導(dǎo)系統(tǒng)受物 體飛行中形成的等離子體的影響較小，同時兼有紅外和微波的優(yōu)點，因此毫米波制導(dǎo)系統(tǒng) 已成為精確制導(dǎo)的主要發(fā)展方向之一。毫米波制導(dǎo)技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代末，現(xiàn) 在西方國家不僅在頻率上覆蓋了整個毫米波段，而且建立了從器件到導(dǎo)引頭的研制生產(chǎn)、 測試試驗的完整研究體制，經(jīng)常應(yīng)用在多模復(fù)合制導(dǎo)中，可以根據(jù)干擾情況自動切換制導(dǎo) 模式，美國的“黃蜂”、“戰(zhàn)斧”等均采用毫米波與紅外雙模制導(dǎo)制導(dǎo)系統(tǒng)。我國在毫米波制 導(dǎo)方面起步較晚，技術(shù)處于發(fā)展階段，隨著目前國內(nèi)毫米波技術(shù)能力的提升，我國彈載導(dǎo)引 頭也從厘米波頻段向毫米波頻段發(fā)展，作為毫米波精確制導(dǎo)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，毫米波 導(dǎo)引頭的性能水準(zhǔn)就顯得尤為重要，其技術(shù)指標(biāo)直接關(guān)系到制導(dǎo)的作用距離和準(zhǔn)確度，高 性能的相參導(dǎo)引頭前端裝置可以提高系統(tǒng)的作用距離和抗干擾能力。該裝置作為毫米波相 參導(dǎo)引頭的核心部分，并根據(jù)毫米波相參導(dǎo)引頭的收發(fā)各參數(shù)指標(biāo)而研發(fā)的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的問題現(xiàn)有的導(dǎo)引頭前端裝置多為非相參體制，且主要工作在厘米波導(dǎo)， 故在性能指標(biāo)上仍有待改進，而且隨著技術(shù)的發(fā)展和小型化的要求，一體化、多功能相參裝 置的應(yīng)用越來越普遍，特別是毫米波更是各國技術(shù)發(fā)展的前沿。因此國內(nèi)需要開發(fā)穩(wěn)定可 靠且具有更大輸出功率和更低的噪聲系數(shù)的產(chǎn)品，從而提高作用距離和靈敏性指標(biāo)的毫米 波相參導(dǎo)引頭前端裝置。本實用新型的具體技術(shù)方案如下
一種毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，包括本振變頻裝置、發(fā)射裝置、接收裝置和自檢 裝置；
所述本振變頻裝置接收基準(zhǔn)頻率信號，該信號經(jīng)處理后分別為發(fā)射裝置提供射頻 輸出信號和為接收裝置提供本振頻率信號；
所述發(fā)射裝置接收本振變頻裝置提供的射頻輸出信號，經(jīng)調(diào)制放大處理后輸出射 頻RFout信號給天線；
所述接收裝置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的輸入端設(shè)有定向耦合器， 在自檢工作狀態(tài)時，耦合來自發(fā)射裝置輸出的信號，該信號經(jīng)處理后輸出中頻IF+信號；方 位/俯仰支路接收來自天線的方位/俯仰射頻RF信號，信號經(jīng)處理后輸出中頻IF-信號；
自檢裝置連接在發(fā)射和接收裝置之間，受控把發(fā)射裝置的輸出信號傳給天線或接 收裝置。
1、對于本振裝置[0010]所述本振變頻裝置包括倍頻電路、放大電路、第一分配網(wǎng)絡(luò)和上變頻電路；所述倍 頻電路把KU波段本振基準(zhǔn)信號經(jīng)過三倍頻后得到Ka波段本振信號，再由放大電路進行放 大，放大后的信號經(jīng)第一分配網(wǎng)絡(luò)后輸出給上變頻電路提供本振頻率，上變頻電路把IFin 信號和本振頻率上變頻放大后分別輸出至發(fā)射裝置和接收裝置。
上變頻電路是雙平衡混頻器電路，包括混頻器和放大器，IFin信號和本振信號先 混頻器中混頻，再經(jīng)放大器放大后輸出；所述放大器是GaAs微波單片電路。
2、對于發(fā)射裝置
所述發(fā)射裝置包括前級功放和末級合成功放；所述來自本振變頻裝置的上變頻輸 出信號經(jīng)濾波后傳送給前級功放，放大后的信號再經(jīng)末級合成功放進一步放大后輸出；所 述末級合成功放接收來自調(diào)制電路的信號，對輸出信號進行脈沖調(diào)制。
所述前級和末級功放均為功率GaAs單片電路；末級功放是用90°平衡電橋?qū)崿F(xiàn) 功率合成。
3、對于接收裝置
所述接收裝置還包括放大濾波電路和第二分配網(wǎng)絡(luò)；所述放大濾波電路把來自本 振變頻裝置的上變頻輸出信號經(jīng)放大濾波后傳送給第二分配網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)第二分配網(wǎng)絡(luò)輸出分 別作為和路支路和方位/俯仰支路的本振信號。
所述方位/俯仰支路包括微波開關(guān)、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述方位/俯 仰射頻RF信號經(jīng)微波開關(guān)后，再經(jīng)LNA放大，最后在下變頻電路中與來自第二分配網(wǎng)絡(luò)的 本振信號混頻后輸出IF-信號；所述微波開關(guān)包括是單刀雙擲開關(guān)SPDT，SPDT受外部信號 控制，切換方位/俯仰信號。該下變頻電路包括混頻器、濾波電路和放大電路，混頻器輸出 的信號先濾波，再經(jīng)放大輸出。
所述和路支路包括保護開關(guān)、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述和路信號經(jīng)保 護開關(guān)后，再經(jīng)LNA放大，最后在下變頻電路中與來自第二分配網(wǎng)絡(luò)的本振信號混頻后輸 出IF+信號；當(dāng)發(fā)射裝置工作時保護開關(guān)關(guān)斷；所述和路支路與發(fā)射裝置共用環(huán)行器后再 連接天線。該下變頻電路包括混頻器、濾波電路和放大電路，混頻器輸出的信號先濾波，再 經(jīng)放大輸出。
對于自檢裝置
所述自檢裝置包括定向耦合器、單刀雙擲開關(guān)SPDT、固定衰減器和控制電路，所述 定向耦合器在自檢工作狀態(tài)時，耦合來自發(fā)射口的信號，耦合器為奇偶模平行微帶傳輸線 形式。所述SPDT兩輸出端分別連接和路支路的LNA輸入端和檢波輸出，SPDT的輸入端連 接定向耦合器的輸出端；所述SPDT輸出端與所述LNA輸入端之間設(shè)置固定衰減器；所述控 制電路連接控制SPDT的切換。
所述本振變頻裝置、發(fā)射裝置、接收裝置和自檢裝置分別設(shè)在獨立的電磁屏蔽墻 體內(nèi)，它們之間通過同軸線纜進行信號傳輸。
本技術(shù)方案的優(yōu)點包括
1.毫米波諧波相參導(dǎo)引技術(shù)
該技術(shù)采用基波頻率相參后提取諧波來實現(xiàn)毫米波的導(dǎo)引頭前端設(shè)計，可以將傳 統(tǒng)的導(dǎo)引頭前端升級到毫米波頻段，有效降低了成本；具體方案為X波段的本振基波信號 提取三次諧波信號與L波段的信號變頻，提供Ka波段信號作為接收支路的本振信號，使該
5產(chǎn)品的本振頻率由毫米波降為X波段，從而有效地降低了客戶成本，提高了可靠度。本技術(shù) 中采用的三次諧波混頻毫米波諧波導(dǎo)引目前尚未見。
2.脈沖疊加無失真技術(shù)
毫米波相參導(dǎo)引前端裝置中開關(guān)與功放均為脈沖控制電路，脈沖疊加后極易形成 波形的前后沿失真，而脈沖疊加無失真技術(shù)對于實現(xiàn)脈沖控制波形的不失真時尤為關(guān)鍵。 脈沖疊加無失真技術(shù)將高低俯仰轉(zhuǎn)換、保護脈沖、電源調(diào)制脈沖進行疊加后采用無失真處 理，使得各類脈沖信號的波形頂降小于3%。本技術(shù)目前國內(nèi)尚未見。
3.毫米波互聯(lián)綜合技術(shù)
采用互聯(lián)綜合工藝實現(xiàn)電路高度集成，該技術(shù)將多芯片集成、模塊一體化密封技 術(shù)等綜合考慮，實現(xiàn)電路高度集成，從而滿足毫米波相參導(dǎo)引前端裝置小型化的要求。采用 互聯(lián)綜合設(shè)計技術(shù)解決毫米波相參導(dǎo)引前端裝置混合信號設(shè)計(即數(shù)字、模擬及射頻混合 設(shè)計)中的分布效應(yīng)和相互干擾難題。

[0029]圖1總系統(tǒng)框圖；[0030]圖2詳細(xì)方案原理框圖；[0031]圖3本振變頻裝置原理框圖[0032]圖4發(fā)射裝置原理框圖；[0033]圖5接收裝置原理框圖；[0034]圖6自檢裝置原理框圖。
具體實施方式
如圖1、2，本毫米波相參導(dǎo)引頭收發(fā)前端裝置，包括本振變頻裝置、發(fā)射裝置、接收 裝置和自檢裝置，共四個部分。本振變頻裝置主要實現(xiàn)本振信號的倍頻、變頻和放大等功 能，為收發(fā)支路提供驅(qū)動和本振；發(fā)射裝置主要實現(xiàn)發(fā)射中頻信號的上變頻、放大、調(diào)制和 輸出功率管理等功能，最后輸出給發(fā)射天線；接收裝置主要實現(xiàn)將天線接收的微波信號通 過保護開關(guān)、低噪聲放大、下變頻、濾波輸出中頻信號等功能；自檢裝置用于在小功率模式 時，連接發(fā)射和接收，自檢組件射頻通路工作是否正常，包括單刀雙開關(guān)、固定衰減器、以及 控制電路。
如圖2、3，本振變頻裝置主要實現(xiàn)本振信號的倍頻、變頻和放大等功能，為收發(fā)支 路提供驅(qū)動和本振。其功能是將Ku波段本振基準(zhǔn)信號經(jīng)過三倍頻后進行放大、功分，將頻 率從Ku波段變換至Ka波段，再分別與發(fā)射中頻和接收中頻進行上變頻后，放大輸出，分別 為收、發(fā)支路提供本振激勵信號和驅(qū)動信號。倍頻器采用無源倍頻以降低頻率變換后系統(tǒng) 相位噪聲的惡化；上變頻為雙平衡混頻器電路，放大器選用GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管微波單 片；前級和末級功率放大器均為功率GaAs FET，采用微帶匹配電路；設(shè)計中采用倍頻之后 先功分再放大混頻，通過分配網(wǎng)絡(luò)和放大器反向隔離來提高收發(fā)通道之間的隔離度。
如圖2、4，發(fā)射裝置主要實現(xiàn)發(fā)射中頻信號的、放大、調(diào)制和輸出功率管理等功能， 最后輸出給發(fā)射天線。上變頻為雙平衡混頻器電路，放大器選用GaAs微波單片電路；前級 和末級功率放大器均為功率GaAs單片電路，采用90°平衡電橋?qū)崿F(xiàn)功率合成，以滿足功率
6輸出2W的要求；調(diào)制電路以外部TTL信號為基準(zhǔn)，控制放大器漏極脈沖電源，實現(xiàn)輸出信號 脈沖調(diào)制，調(diào)制周期lOOus，脈寬30us ；最后通過微帶環(huán)形器實現(xiàn)收發(fā)集合。
前級放大器為驅(qū)動放大器，其增益23dB，輸出功率大于23dBm，為末級功放提供驅(qū) 動功率；末級功放選用增益16dB、飽和輸出功率大于31dBm的功放芯片進行功率合成；末級 功放輸出通過定向耦合器耦合部分功率經(jīng)檢波管檢出脈沖電壓去自檢電路進行放大比較 后輸出直流電平。定向耦合器采用微帶耦合器，插損0.2dB、耦合度20dB。主路功率通過定 向耦合器經(jīng)微帶環(huán)形器至集合口輸出。
如圖2、5，接收裝置主要實現(xiàn)將接收天線接收的微波信號通過保護開關(guān)、低噪聲放 大、下變頻、濾波輸出中頻信號等功能。接收裝置分為和路、方位、俯仰三個支路。
此外，在輸入端設(shè)計一定向耦合器，在自檢工作狀態(tài)時，耦合來自發(fā)射口的信號， 耦合器為奇偶模定向耦合線。保護開關(guān)為PIN二極管，置于射頻輸入端；低噪聲放大器選用 GaAs微波單片電路；上變頻器選用雙平衡混頻器電路形式，它具有高中頻、高隔離度、低本 振功率要求等優(yōu)點，采用微組裝工藝技術(shù)實現(xiàn)。所述發(fā)展裝置工作時保護開關(guān)關(guān)斷，防止不 正常大功率信號灌入接收裝置，燒毀器件。
方位/俯仰支路通過單刀雙擲開關(guān)進行切換。LNA是接收裝置的第一級有源電路， 噪聲的大小決定了接收靈敏度的好壞，它本身應(yīng)有很低的噪聲并提供足夠的增益以抑制后 續(xù)電路的噪聲，根據(jù)實際電路測試結(jié)果，本裝置接收低噪聲放大器噪聲< 2dB ；在方位/俯 仰支路的下變頻電路中設(shè)有輸出濾波器，該濾波器是LC低通濾波器，濾去多余雜波，提高 接收靈敏度。
如圖2、6，自檢裝置用于在小功率模式時，連接發(fā)射和接收，自檢組件的射頻通路 是否工作正常，由單刀雙開關(guān)、固定衰減器、以及控制電路組成。
為了提高系統(tǒng)的收發(fā)隔離度，本裝置采用如下幾個方法
1.電磁兼容設(shè)計將各功能單元分腔設(shè)計，形成電磁屏蔽的金屬墻，減少空間串 擾輻射；加強電源電路的去耦合，防止干擾信號通過共用的電源電路傳播。
2.選擇合適的電路拓?fù)湓谔岣叻峙渚W(wǎng)絡(luò)的隔離度同時，在結(jié)構(gòu)上采用增加腔體 隔離效果，以提高級間的隔離度；另外在各通道本振功分支路上提高放大器反向隔離來提 高通道間的隔離度。
表1為本裝置主要指標(biāo)實際測試結(jié)果。
表1常溫電特性測試
權(quán)利要求
一種毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是包括本振變頻裝置、發(fā)射裝置、接收裝置和自檢裝置；所述本振變頻裝置接收基準(zhǔn)頻率信號，該信號經(jīng)處理后分別為發(fā)射裝置提供射頻輸出信號和為接收裝置提供本振頻率信號；所述發(fā)射裝置接收本振變頻裝置提供的射頻輸出信號，經(jīng)調(diào)制放大處理后輸出射頻RFout信號給天線；所述接收裝置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的輸入端設(shè)有定向耦合器，在自檢工作狀態(tài)時，耦合來自發(fā)射裝置輸出的信號，該信號經(jīng)處理后輸出中頻IF+信號；方位/俯仰支路接收來自天線的方位/俯仰射頻RF信號，信號經(jīng)處理后輸出中頻IF-信號；自檢裝置連接在發(fā)射和接收裝置之間，受控把發(fā)射裝置的輸出信號傳給天線或接收裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述本振變頻裝置包 括倍頻電路、放大電路、第一分配網(wǎng)絡(luò)和上變頻電路；所述倍頻電路把Ku波段本振基準(zhǔn)信 號經(jīng)過三倍頻后得到Ka波段本振信號，再由放大電路進行放大，放大后的信號經(jīng)第一分配 網(wǎng)絡(luò)后輸出給上變頻電路提供本振頻率，上變頻電路把IFin信號和本振頻率上變頻放大 后分別輸出至發(fā)射裝置和接收裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述上變頻電路是雙 平衡混頻器電路，包括混頻器和放大器，IFin信號和本振信號先經(jīng)混頻器上變頻，再經(jīng)放大 器放大后輸出；所述放大器是GaAs微波單片電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述發(fā)射裝置包 括前級功放和末級合成功放；所述來自本振變頻裝置的上變頻輸出信號經(jīng)濾波后傳送給前 級功放，放大后的信號再經(jīng)末級合成功放進一步放大后輸出；所述末級合成功放接收來自 調(diào)制電路的信號，對輸出信號進行脈沖調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述前級和末級功放 均為功率GaAs單片電路；末級功放是用90°平衡電橋?qū)崿F(xiàn)功率合成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述接收裝置還 包括放大濾波電路和第二分配網(wǎng)絡(luò)；所述放大濾波電路把來自本振變頻裝置的上變頻輸出 信號經(jīng)放大濾波后傳送給第二分配網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)第二分配網(wǎng)絡(luò)輸出分別作為和路支路和方位/ 俯仰支路的本振信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述方位/俯仰支路 包括微波開關(guān)、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述方位/俯仰射頻RF信號經(jīng)微波開關(guān)后， 再經(jīng)LNA放大，最后在下變頻電路中與來自第二分配網(wǎng)絡(luò)的本振信號混頻后輸出IF-信號； 所述微波開關(guān)包括是單刀雙擲開關(guān)SPDT，SPDT受外部信號控制，切換方位/俯仰信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述和路支路包括保 護開關(guān)、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述和路信號經(jīng)保護開關(guān)后，再經(jīng)LNA放大，最后在 下變頻電路中與來自第二分配網(wǎng)絡(luò)的本振信號混頻后輸出IF+信號；當(dāng)發(fā)射裝置工作時保 護開關(guān)關(guān)斷；所述和路支路與發(fā)射裝置共用環(huán)行器后再連接天線。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述自檢裝置包括 定向耦合器、單刀雙擲開關(guān)SPDT、固定衰減器和控制電路，所述定向耦合器在自檢工作狀態(tài)時，耦合來自發(fā)射口的信號，耦合器為奇偶模平行微帶傳輸線形式；所述SPDT兩輸出端分 別連接和路支路的LNA輸入端和檢波輸出，SPDT的輸入端連接定向耦合器的輸出端；所述 SPDT輸出端與所述LNA輸入端之間設(shè)置固定衰減器；所述控制電路連接控制SPDT的切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，其特征是所述本振變頻裝置、 發(fā)射裝置、接收裝置和自檢裝置分別設(shè)在獨立的電磁屏蔽墻體內(nèi)，它們之間通過同軸線纜 進行信號傳輸。
專利摘要
一種毫米波相參導(dǎo)引頭前端裝置，包括本振變頻裝置、發(fā)射裝置、接收裝置和自檢裝置；所述本振變頻裝置接收基準(zhǔn)頻率信號，該信號經(jīng)處理后分別為發(fā)射裝置提供射頻輸出信號和為接收裝置提供本振頻率信號；所述發(fā)射裝置接收本振變頻裝置提供的射頻輸出信號，經(jīng)調(diào)制放大處理后輸出射頻RFout信號給天線；所述接收裝置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的輸入端設(shè)有定向耦合器，在自檢工作狀態(tài)時，耦合來自發(fā)射裝置輸出的信號，該信號經(jīng)處理后輸出中頻IF+信號；方位/俯仰支路接收來自天線的方位/俯仰射頻RF信號，信號經(jīng)處理后輸出中頻IF-信號；自檢裝置連接在發(fā)射和接收裝置之間，受控把發(fā)射裝置的輸出信號傳給天線或接收裝置。本前端裝置，集接收、發(fā)射于一體，對目標(biāo)進行近距離精確跟蹤。
文檔編號F41G11/00GKCN201600448 U發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 201020025703
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月22日
發(fā)明者劉輝, 孫伊娜, 彭松, 戚友琴, 楊敏, 王學(xué)芝, 王念, 祝萍, 胡建凱 申請人:南京譽葆科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan