一種有源相控陣雷達收發(fā)組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種有源相控陣雷達收發(fā)組件，其包括四路收發(fā)電路單元、一路多功能復用電路單元。每路收發(fā)電路單元包括環(huán)行隔離器、限幅器、低噪聲放大器、驅動放大器和功率放大器。多功能復用電路單元包括一個1﹕4帶狀線功分/合成網絡、四個幅相多功能電路、四個波控電路和四個電源調制電路。每路收發(fā)電路單元的接收信號由天線輸入，經過環(huán)行隔離器、限幅器、低噪聲放大器、幅相多功能電路，最后由1﹕4帶狀線功分/合成網絡將四個通道的接收信號合成輸出；而發(fā)射信號由組件公共端輸入，經1﹕4帶狀線功分/合成網絡、幅相多功能電路、驅動放大器、功率放大器、環(huán)行隔離器輸出。
【專利說明】
一種有源相控陣雷達收發(fā)組件
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種雷達收發(fā)組件，尤其涉及一種有源相控陣雷達收發(fā)組件。
【背景技術】
[0002]新一代有源相控陣雷達系統(tǒng)為提高測量精度需要高頻寬帶工作;為增大威力需要發(fā)射輸出大功率;為抑制柵瓣、防止出現(xiàn)測角多值歧義，要求通道單元間距小于工作頻率的半波長尺寸;為適合機載、星載等平臺使用，要求有源陣面高集成、低剖面和輕重量。有源陣面是有源相控陣雷達系統(tǒng)的核心，收發(fā)組件是有源陣面的指標和成本關鍵，這就相應的要求新一代收發(fā)組件要突破高頻工作、寬頻帶、大功率和高集成的技術難點。
[0003]傳統(tǒng)的多聯(lián)收發(fā)組件采用“磚塊式”結構，主要存在如下不足:(I)大多工作在X波段及其以下，X波段以上及其毫米波段成功應用很少；(2)大多屬于窄帶系統(tǒng)，絕對帶寬4GHz還存在很多技術難點；(3)通道級聯(lián)數(shù)不夠多，每個通道獨立集成，使得單元間距和組件尺寸大、高剖面；(4)散熱設計不全面，使得輸出功率受限；因此，傳統(tǒng)的收發(fā)組件形式已經不能滿足這些場合下雷達載荷的應用需求。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型旨在根本解決上述問題，提供一種有源相控陣雷達收發(fā)組件。本實用新型的有源相控陣雷達收發(fā)組件為一種Ku波段寬頻帶大功率高集成度有源相控陣雷達收發(fā)組件，可有效解決Ku波段有源相控陣雷達有源陣面寬頻帶(14-18Ghz)、大功率(彡8W)、高集成(陣元間距 < 半波長、四聯(lián)集成、片式化(組件厚度<7mm))的技術難點，解決了現(xiàn)有技術在機載、星載等應用場合存在頻帶、功率、體積、饋電等方面的不滿足使用需求的問題。
[0005]本實用新型的解決方案是:一種有源相控陣雷達收發(fā)組件，其是一個四通道收發(fā)組件，且包括:四路收發(fā)電路單元、一路多功能復用電路單元;每路收發(fā)電路單元包括:環(huán)行隔離器、限幅器、低噪聲放大器、驅動放大器和功率放大器;多功能復用電路單元包括:一個1:4帶狀線功分/合成網絡、四個幅相多功能電路、四個波控電路、四個電源調制電路；四個幅相多功能電路、四個波控電路、四個電源調制電路均與四路收發(fā)電路單元相對應;其中:
[0006]每路收發(fā)電路單元的接收信號由天線輸入，經過相應環(huán)行隔離器用以增加收發(fā)通道隔離，再經過相應限幅器用以防止接收通道燒毀，接著經過相應低噪聲放大器用以保證較低的噪聲系數(shù)并放大，然后經過相應幅相多功能電路用以實現(xiàn)接收支路幅度和相位控制，最后由1:4帶狀線功分/合成網絡將四個通道的接收信號合成輸出；限幅器、低噪聲放大器構成接收通道的主體框架；
[0007]每路收發(fā)電路單元的發(fā)射信號由組件公共端輸入，經1:4帶狀線功分/合成網絡供給四個幅相多功能電路用以實現(xiàn)發(fā)射支路幅度和相位控制，接著依次經驅動放大器、功率放大器、環(huán)行隔離器輸出;放大器、功率放大器構成發(fā)射通道的主體框架。
[0008]作為上述方案的進一步改進，每路電路單元具有發(fā)射態(tài)、接收態(tài)、匹配負載態(tài)的三態(tài)任意可選，且接收和發(fā)射的幅度和相位均能獨立控制。
[0009]作為上述方案的進一步改進，限幅器、低噪聲放大器裝載在接收鉬銅載體上，驅動放大器、功率放大器裝載在發(fā)射鉬銅載體上。
[0010]進一步地，1:4帶狀線功分/合成網絡、四個幅相多功能電路、四個波控電路、四個電源調制電路均設計和裝載在一個LTCC多層整板中。
[0011]作為上述方案的進一步改進，環(huán)行隔離器與限幅器之間的互連方式采用金絲鍵入口 ο
[0012]進一步地，環(huán)行隔離器與功率放大器之間的互連方式采用金帶鍵合。
[0013]作為上述方案的進一步改進，幅相多功能電路包括單刀三擲開關、數(shù)控衰減器、數(shù)控移相器和補償放大器;根據(jù)相應波控電路提供的開關控制信號，依次經過數(shù)控衰減器、數(shù)控移相器后，經由單刀三擲開關切換選擇導通發(fā)射通道、或接收通道、或一個匹配負載。
[0014]作為上述方案的進一步改進，該組件對外射頻接口包括:天線端4路盲插式SMP射頻同軸連接器、公共端I路SSMA射頻同軸連接器。
[0015]作為上述方案的進一步改進，該組件內部的四個通道之間采用與該組件的殼體一體化加工的金屬隔筋分開。
[0016]作為上述方案的進一步改進，1:4帶狀線功分/合成網絡采用內埋帶狀線傳輸；LTCC多層整板作為基板共開腔六處，其中四處為幅相多功能電路粘結處，一處為輸入接口微帶線-帶狀線平層過渡，一處為輸出接口帶狀線-微帶線平層過渡。
[0017]本實用新型提供的有源相控陣雷達收發(fā)組件為Ku波段寬頻帶大功率高集成有源相控陣雷達收發(fā)組件，通過采用LTCC多層整板空間復用技術、寬帶匹配電路優(yōu)化設計技術、高效散熱設計技術、內埋帶狀線寬帶功分/合成網絡技術、寬帶微帶線-帶狀線平層階梯漸變過渡技術、輸出接口盲配設計和多芯片組件組裝技術，實現(xiàn)了收發(fā)組件的高頻寬帶、大功率、小體積、片式化;通過收發(fā)通道模塊化設計和工藝技術、可制造性設計技術、電源調制電路設計技術、降額設計技術、射頻接口感應焊技術、殼體低頻連接器一體化焊接技術和多芯片組件自動組裝技術，實現(xiàn)了收發(fā)組件的高氣密、高成品和高可靠。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型實施例的有源相控陣雷達收發(fā)組件的電路連接示意圖；
[0019]圖2為圖1中幅相多功能電路的連接不意圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例的有源相控陣雷達收發(fā)組件的外部結構示意圖；
[0021]圖4為本實用新型實施例的有源相控陣雷達收發(fā)組件的電路布局示意圖；
[0022]圖5為本實用新型實施例的有源相控陣雷達收發(fā)組件的多功能復合電路單元用LTCC基板開腔結構不意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0024]本實用新型的有源相控陣雷達收發(fā)組件為一種Ku波段寬頻帶大功率高集成有源相控陣雷達收發(fā)組件裝置。本實用新型實施例利用LTCC多層整板空間復用技術、內埋帶狀線功分/合成網絡技術、寬帶微帶線-帶狀線平層階梯漸變過渡技術、寬帶匹配電路優(yōu)化設計技術、高效散熱設計技術、輸出接口盲配設計和多芯片組件組裝技術，實現(xiàn)了收發(fā)組件的高頻寬帶、大功率、小體積和片式化。因而本實用新型所提供的有源相控陣雷達收發(fā)組件具有寬頻帶、大功率、高集成、高可靠的特質。
[0025]圖1為Ku波段收發(fā)組件即有源相控陣雷達收發(fā)組件的電路連接示意圖。該組件是個四通道收發(fā)組件，共有四路收發(fā)電路單元和一路多功能復用電路單元。每路收發(fā)電路單元包括環(huán)行隔離器1(即圖1中的環(huán)行器)、限幅器2、低噪聲放大器3、驅動放大器5和功率放大器6。一路復合多功能電路單元用一個LTCC多層整板涵蓋了一個1:4帶狀線功分/合成網絡7(即圖1中的1:4功分/合路器)、四個幅相多功能電路4(即圖1中的多功能幅相控制)、四個波控電路8和四個電源調制電路9(即圖1中的電源調制)。
[0026]每路收發(fā)電路單元的接收信號由天線輸入，經過組件的環(huán)行隔離器1(用以增加收發(fā)通道隔離)、限幅器2(用以防止接收通道燒毀)、低噪聲放大器3(用以保證較低的噪聲系數(shù))、幅相多功能電路4(用以實現(xiàn)接收支路幅度和相位控制)，最后由1:4帶狀線功分/合成網絡7將四個通道的接收信號合成輸出。其中，限幅器2耐受脈沖功率高達15W，可以有效保證接收低噪聲放大器3的安全。低噪聲放大器3采用0.25um GaAs PHEMT工藝和低噪聲設計技術，線性增益高，噪聲系數(shù)小，可以有效實現(xiàn)整個組件的低噪聲系數(shù)。限幅器2、低噪聲放大器3構成接收通道的主體框架。
[0027]每路收發(fā)電路單元的發(fā)射信號由組件公共端輸入，經1:4帶狀線功分/合成網絡供給四個通道:幅相多功能電路4(用以實現(xiàn)發(fā)射支路幅度和相位控制)、驅動放大器5、固定衰減器21(如圖4)、功率放大器6、環(huán)行隔離器I輸出。功率放大器全帶寬內輸出功率彡10W，組件全帶寬內輸出功率多8W。在兩級放大器之間增加IdB的固定衰減器21，以改善級聯(lián)駐波、增加空間隔離進而防止低溫下可能的自激振蕩。驅動放大器5、功率放大器6構成發(fā)射通道的主體框架。
[0028]波控電路8將串行輸入的數(shù)據(jù)轉換為并行的輸出信號，用來控制收發(fā)通道的幅度、相位控制和開關切換等，并保證發(fā)射和接收分時工作。波控電路8包含的功能有串轉并控制、邏輯保護、欠壓保護、負壓保護和故障反饋等。波控電路8的輸入信號主要有SDl(第I通道串行數(shù)據(jù))、SD2(第2通道串行數(shù)據(jù))、SD3(第3通道串行數(shù)據(jù))、SD4(第4通道串行數(shù)據(jù))、SC(串行時鐘)、END(串行數(shù)據(jù)結束)、SYN(系統(tǒng)同步)、TR-T(發(fā)射同步脈沖)、TR-R(接收同步脈沖)、SD-0(故障輸出)、Clear(系統(tǒng)復位)；其中串并轉換可實現(xiàn)32位串轉并輸出，輸出電平+5V/0V，并行輸出包含6位移相控制、6位衰減控制和2位開關控制。
[0029]電源調制電路9主要包括高速開關驅動器、大電流電源調制器、可編程負電源調制器、以及濾波電容和儲能電容，為各有源器件提供足夠的驅動電流并實現(xiàn)組件的工作時序控制。
[0030]圖2為幅相多功能電路4的電路連接示意圖，幅相多功能電路4主要包括單刀三擲開關11、6位數(shù)控衰減器13、6位數(shù)控移相器12和補償放大器11。根據(jù)波控電路8提供的開關控制信號，切換選擇導通發(fā)射通道，或接收通道，或匹配負載，從而使收發(fā)通道可以共用一套數(shù)控衰減器和移相器，提高了組件的集成度，降低了成本。
[0031 ]圖3為收發(fā)組件整體結構示意圖，該組件對外射頻接口包括:天線端4路盲插式SMP射頻同軸連接器14、公共端I路SSMA射頻同軸連接器19。該組件還有低頻接口 17，低頻接口17 為 25 芯絕緣子。25 芯絕緣子包括 13 根數(shù)據(jù)線(Clear、SDl、SD2、SD3、SD4、SC、END、SYN、TR-R、TR-T、AGND(模擬地)、DGND(數(shù)字地)、SD-0)，12根電源線，對外只需一個J71-25ZK型微矩形電連接器即可完成控制信號和供電輸入。因此，信號與電源接口可集成為:與J71-25ZK小型矩形電連接器配做的5 X 5的25芯絕緣子。
[0032]組件內部四個通道之間采用與殼體18—體化加工的金屬隔筋分開，以提高通道之間的隔離度和避免腔體效應。每個通道內限幅器2和低噪聲放大器3直接鉬銅載體安裝(圖4所示)、驅動放大器和功率放大器直接鉬銅載體安裝(圖4所示)，四路的幅相多功能電路、波控電路和電源調制電路等裝載在I個17層LTCC多層整板16上。同時，設置單層陶瓷基板電路15用于收發(fā)電路單元的饋電。
[0033]圖5為17層LTCC多層整板16的電路開腔示意圖。1:4功分/合成網絡、信號傳輸(電路接口處除外)均采用內埋帶狀線20傳輸。LTCC基板共開腔6處，其中4處為幅相多功能電路粘結處即LTCC基板中幅相多功能芯片開腔位置23，1處為輸入接口微帶線-帶狀線平層過渡即LTCC基板靠近射頻信號輸入端即公共端開腔位置24，1處為輸出接口帶狀線-微帶線平層過渡即LTCC基板射頻信號輸出端開腔位置22。
[0034]本實用新型實施例的Ku波段寬頻帶大功率高集成有源相控陣雷達收發(fā)組件裝置的制作流程如下步驟。
[0035]基板制作。采用低溫共燒陶瓷技術制作一塊LTCC多層整板16，基板尺寸為48.6mmX40.3mmX 1.7mm，基板層數(shù)為17層。
[0036]基板裝載:采用金錫共晶焊方式將LTCC多層整板16焊在一體化的殼體18上。
[0037]器件裝載。將限幅器2、低噪聲放大器3采用金錫共晶焊方式焊接在接收鉬銅載體上，將驅動放大器5、功率放大器6采用金錫共晶焊方式焊接在發(fā)射鉬銅載體上，電源芯片、控制芯片、幅相多功能芯片、濾波電容、電阻均采用導電膠粘在LTCC多層整板上，儲能電容采用鉛錫焊方式焊在LTCC多層整板16上，然后利用金絲壓焊及球焊完成芯片與芯片間、芯片與基板間的互連。
[0038]環(huán)行隔離器I與接收電路單元的限幅器2、發(fā)射電路單元的功率放大器5之間由傳統(tǒng)的引腳錫焊互連方式分別改進為金絲鍵合和金帶鍵合，消除了錫焊焊接質量不可控性和批量不一致性對射頻前端關鍵電性能指標的影響。
[0039]載體裝載:將接收鉬銅載體、發(fā)射鉬銅載體、環(huán)行隔離器1、收發(fā)電路供電單元板直接裝焊在殼體18上，然后利用金絲/金帶鍵合完成芯片與芯片間、芯片與基板間的互連。
[0040]氣密封焊。低頻接口和殼體18之間采用一體化燒結，射頻連接器(即天線端4路盲插式SMP射頻同軸連接器14和公共端SSMP射頻同軸連接器19)與殼體18之間采用高頻感應焊方式密封，在上述基礎上，殼體18和蓋板之間采用平行封焊密封，實現(xiàn)低頻垂直連接的同時，確保了組件的高氣密指標。
[0041]本實用新型實施例提供了一種Ku波段寬頻帶大功率高集成有源相控陣雷達收發(fā)組件裝置，至少能夠帶來以下有益效果。
[0042]1、本實用新型綜合運用LTCC多層整板空間復用技術、寬帶匹配電路優(yōu)化設計技術、內埋帶狀線功分/合成網絡技術、寬帶微帶線-帶狀線平層階梯漸變過渡技術、輸出接口盲配設計和多芯片組件組裝技術，實現(xiàn)了收發(fā)組件的高頻寬頻帶工作、單元間距小于中心頻率的半波長和多通道良好電磁兼容性。因而本實用新型所提供的收發(fā)組件具有寬頻帶、大功率、高集成、小體積的特質。
[0043]2、采用收發(fā)單元直接載體焊設計技術，極大改善了射頻接地和散熱性能；采用高效發(fā)射匹配技術、級聯(lián)駐波優(yōu)化技術，空間隔離技術，降額設計技術，邏輯保護、負壓保護、欠壓保護、脈沖電源調制技術，殼體密封焊接技術，極大提高了組件工作的穩(wěn)定性和高可靠性，因而本實用新型所提供的收發(fā)組件具有大功率、尚效率、尚可靠的特質。
[0044]3、采用收發(fā)通道模塊化設計和工藝技術、LTCC多層整板空間復用技術、二維多芯片自動組裝技術、生產過程可追溯控制技術，提高了組件的可制造性、成品率，因而本實用新型所提供的收發(fā)組件具有低成本、高成品率的特質。
[0045]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:其是一個四通道收發(fā)組件，且包括四路收發(fā)電路單元、一路多功能復用電路單元;每路收發(fā)電路單元包括環(huán)行隔離器(I)、限幅器(2)、低噪聲放大器(3)、驅動放大器(5)和功率放大器(6);多功能復用電路單元包括一個1:4帶狀線功分/合成網絡(7)、四個幅相多功能電路(4)、四個波控電路(8)、四個電源調制電路(9);四個幅相多功能電路(4)、四個波控電路(8)、四個電源調制電路(9)均與四路收發(fā)電路單元相對應;其中: 每路收發(fā)電路單元的接收信號由天線輸入，經過相應環(huán)行隔離器(I)用以增加收發(fā)通道隔離，再經過相應限幅器(2)用以防止接收通道燒毀，接著經過相應低噪聲放大器(3)用以保證較低的噪聲系數(shù)并放大，然后經過相應幅相多功能電路(4)用以實現(xiàn)接收支路幅度和相位控制，最后由1:4帶狀線功分/合成網絡(7)將四個通道的接收信號合成輸出；限幅器(2)、低噪聲放大器(3)構成接收通道的主體框架； 每路收發(fā)電路單元的發(fā)射信號由組件公共端輸入，經1:4帶狀線功分/合成網絡(7)供給四個幅相多功能電路(4)用以實現(xiàn)發(fā)射支路幅度和相位控制，接著依次經驅動放大器(5)、功率放大器(6)、環(huán)行隔離器(I)輸出；驅動放大器(5)、功率放大器(6)構成發(fā)射通道的主體框架。2.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:每路電路單元具有發(fā)射態(tài)、接收態(tài)、匹配負載態(tài)的三態(tài)任意可選，且接收和發(fā)射的幅度和相位均能獨立控制。3.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:限幅器(2)、低噪聲放大器(3)裝載在接收鉬銅載體上，驅動放大器(5 )、功率放大器(6)裝載在發(fā)射鉬銅載體上。4.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:I: 4帶狀線功分/合成網絡(7)、四個幅相多功能電路(4)、四個波控電路(8)、四個電源調制電路(9)均設計和裝載在一個LTCC多層整板中。5.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:環(huán)行隔離器(I)與限幅器(2)之間的互連方式采用金絲鍵合。6.如權利要求5所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:環(huán)行隔離器(I)與功率放大器(6)之間的互連方式采用金帶鍵合。7.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:幅相多功能電路(4)包括單刀三擲開關(11)、數(shù)控衰減器(13)、數(shù)控移相器(12)和補償放大器(10);根據(jù)相應波控電路(8)提供的開關控制信號，依次經過數(shù)控衰減器(13)、數(shù)控移相器(12)后，經由單刀三擲開關(11)切換選擇導通發(fā)射通道、或接收通道、或一個匹配負載。8.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:該組件對外射頻接口包括:天線端4路盲插式SMP射頻同軸連接器(14)、公共端I路SSMA射頻同軸連接器(19)。9.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:該組件內部的四個通道之間采用與該組件的殼體(18) —體化加工的金屬隔筋分開。10.如權利要求1所述的有源相控陣雷達收發(fā)組件，其特征在于:I: 4帶狀線功分/合成網絡(7)采用內埋帶狀線傳輸;LTCC多層整板作為基板共開腔六處，其中四處為幅相多功能電路(4)粘結處，一處為輸入接口微帶線-帶狀線平層過渡，一處為輸出接口帶狀線-微帶線平層過渡。
【文檔編號】G01S7/28GK205594153SQ201620429190
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】桂勇鋒, 金來福, 丁德志, 解啟林, 霍紹新, 呂春明, 李佩
【申請人】中國電子科技集團公司第三十八研究所