X波段三通道收发组件
一种X波段环行限幅组件的研制

第36卷第4期2020年8月电4机碱,汀Electro-M echanical Engineering•结构设计•DOI: 10.19659/j.issn.l008-5300.2020.04.003一种X波段环行限幅组件的研制*黄涛(南京国睿微波器件有限公司,江苏南京210032)摘要:某X波段环行限幅组件具有体积小、集成度高、耐高功率等特点。
文中介绍了该X波段环行限幅组 件的设计与实现方法。
首先,根据技术指标要求,在分析环行器、合成器、限幅器等部件结构特性基础上,运 用集成化设计方法,将多个部件集成在组件内;然后,综合分析组件耐功率、材料选型、工艺性等方面的设计 方法和设计思路;最后,研制出实物样机,得到电性能实测结果,并验证了设计的合理性。
它的成功研制可供 此类微波器件的设计借鉴。
关键词:环行器;结构设计;热设计:仿真中图分类号:TN621 文献标识码:A文章编号:1008-5300(2020)04-0008-05D evelop m en t o f an X-band C irculator and L im iter M oduleHUANG Tao{Nanjing Glarun Microwave Devices Co.,Ltd.,Nanjing210032, China)Abstract: An X-band circulator and limiter module is characterized by compact structure,high integration, high power capacitance and so on.Design and implement of this module is introduced in this paper.First, according to the technological requirement,the circulator,synthesizer and limiter are integrated into an integrated high-power module by integration design method based on analysis of their structure characteristics. Then,the design philosophy and method for power capacity,material selection and manufacturability of the module are analyzed.At last,the results of electrical performance test are obtained on the basis of the prototype,which verify the rationality of the design.Its successful development can provide a theoretical basis for design of similar microwave devices.Key words: circulator;structure design;thermal design;simulation引言微波铁氧体环行器在微波通信系统中得到广泛 应用,如在雷达通信系统中,可作为发送/接收组件,起到改善端口匹配、隔离反射信号、保护前级等作 用,最终提高系统的稳定性、安全性和可靠性[1一2]。
无源有源相控阵雷达原理、电扫阵列及典型雷达系统

相参技术相参雷达是指雷达系统的发射信号、本振电压、相参震荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供,使得这些信号之间可以保持确定的相位关系,同时接收的回波信号也可以提取信号的相位信息。
相参技术对主振源信号具有极高的频率稳定度要求和频谱纯度,对天线性能,信号处理器等都具有很高的要求。
相同频率,不同相位的信号叠加效果移相器移相器的作用是将信号的相位移动一个角度,相位和频率保持稳定的对应关系是移相器的一个重要特性。
铁氧体移相器铁氧体移相器的基本原理是利用外加直流磁场改变波导内铁氧体的导磁系数,从而改变电磁波的相速,得到不同的相移量。
铁氧体移相器的主要优点是承受功率较高,插入损耗较小,带宽较宽。
其缺点是所需激励功率比PIN管移相器大,开关时间在微秒(us)量级。
半导体PIN二极管PIN二极管开关从“开”到“关”或者相反动作的起始状态达到稳定状态的时间称为开关时间。
以半导体PIN二极管作为开关器件的数字式移相器相位转换时间可以达到纳秒(ns)量级。
GaAs FETGaAs FET开关是数控移相器的主要构成元素,它作为一个三端器件,可以通过对栅偏置电压的控制来改变源漏间电阻,从而实现开关动作,转换时间也在纳秒(ns)量级。
相控阵雷达原理有了信号叠加的原理和移相器,相控阵雷达原理就好理解了,其基本思想:通过移相器改变每个辐射元件发射信号的相位,以提供相长/相消干涉,从而实现波束的电子扫描,在期望的方向上形成窄波束,雷达天线不需要机械转动。
电子扫描阵列很好的解决了机械雷达的机械惯性和扫描需要时间长等问题,实现了波束指向的无惯性快速扫描,为任务的灵活敏捷性创造了很好的条件。
相控阵天线是相控阵雷达组成的核心之一,相控阵天线既有有源、无源之分,也有一维、二维之分。
无源电子扫描阵列Passive Electronically Scanned Array, PESA无源电子扫描阵列天线表面的阵元只有改变信号相位的能力而没有发射信号的能力,信号的产生还是依靠天线后方的信号产生器,然后利用波导管将产生的信号号送到信号放大器上,再传送到阵列单元上面,接收时则反向而行。
L波段双通道TR组件设计

L波段双通道TR组件设计祁华;张世文【摘要】本文主要阐述了应用于有源相控阵雷达上的TR组件技术,在此基础上提出了应用于导航通信雷达一体化的L波段双通道TR组件设计,主要对L波段TR组件的链路、电磁兼容、幅相一致性等进行相关分析设计.【期刊名称】《现代导航》【年(卷),期】2018(009)002【总页数】5页(P119-123)【关键词】L波段;TR组件;导航-通信-雷达一体化【作者】祁华;张世文【作者单位】中国电子科技集团公司第二十研究所,西安710068;空军空通局,北京100166【正文语种】中文【中图分类】TN9570 引言现代作战平台面临的威胁越来越多,所处环境的电磁干扰日益复杂,为提高生存和作战能力,平台所配备的导航、雷达、电子战和通信等设备越来越多,这些电子设备占据了越来越多的资源和空间,直接影响了平台的机动作战能力,降低了其抗干扰能力和作战效能。
导航—通信—雷达一体化的提出主要就是为解决上述这些问题。
导航、通信及雷达系统的工作原理大致相同,其子系统也有重复,如天馈系统、接收分系统、发射分系统、信号处理分系统等,现阶段实现导航通信雷达一体化设计的优势在于:(1)利用雷达发射功率高和接收灵敏度高等优势,提高通信距离和质量;同时利用雷达天线的高方向性、频率捷变、波束捷变等特点可提高通信的保密性和抗干扰能力。
(2)实现自动化、网络化的导航通信雷达系统一体化设计后,可借助终端计算机形成导航—通信—雷达网,将目标信息通过终端计算机完成数据录取、处理、传递等过程,避免人工误差。
(3)通过对雷达系统进行相应改造,使其兼顾导航通信功能,可大幅提高电子设备的利用率。
本文主要基于导航通信雷达一体化设计的要求,对L波段TR组件实现了小型化、集成化设计。
通过采用双通道收发组件公用接收通道的方式实现了收发通道双环形器隔离,该方式可有效降低设计成本,减小组件尺寸;在设计过程中,主要从组件的大功率发射、脉冲顶降控制、电磁兼容性设计、发射通道稳定性设计、通道幅相一致性设计等方面进行了分析,保证了组件的性能。
219332029_基于LTCC_的半嵌入式BGA_垂直互联结构设计

第 21 卷 第 5 期2023 年 5 月太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyVol.21,No.5May,2023基于LTCC的半嵌入式BGA垂直互联结构设计邓国庆1,2,徐正*1,刘向宏3,王松1,谢尹政1(1.中国科学院空天信息创新研究院,北京100094;2.中国科学院大学电子电气与通信工程学院,北京100049;3.空装北四代表室,北京100041)摘要:为满足有源相控阵雷达中发射/接收(T/R)组件的小型轻量化发展要求,提出了一种新型的垂直互联结构。
从工艺优化的角度,结合低温共烧陶瓷(LTCC)可制作腔体的特性,用高频结构仿真器HFSS设计了半嵌入式球栅阵列(BGA)垂直互联结构,分析了半嵌入结构对垂直互联传输性能的影响。
结果表明半嵌入式BGA垂直互联结构,在X波段回波损耗高于24 dB,插入损耗低于0.15 dB;在Ku波段,依然能实现回波损耗高于20 dB,插入损耗低于0.6 dB。
该半嵌入式结构在优化工艺的同时,在X-Ku波段的较宽频段内可实现良好的微波传输性能。
关键词:低温共烧陶瓷;半嵌入式;球栅阵列;垂直互联;微波传输性能中图分类号:TN454 文献标志码:A doi:10.11805/TKYDA2021003Design of semi-embedded BGA vertical interconnection based on LTCCDENG Guoqing1,2,XU Zheng*1,LIU Xianghong3,WANG Song1,XIE Yinzheng1(1.Aerospace Information Research Institute,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100094,China;2.School of Electronic, Electrical and Communication Engineering,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;3.The Fourth Representative Office of Beijing,Beijing 100041,China)AbstractAbstract::In order to meet the requirements of miniaturization and lightweight development of Transmitter/Receiver(T/R) module in active phased array radar, a novel vertical interconnectionstructure is proposed in this paper. Semi-embedded Ball Grid Array(BGA) vertical interconnectionstructure is designed by using electromagnetic simulation software HFSS from the point of view ofprocess optimization, combined with the characteristics of Low Temperature Co-fired Ceramic(LTCC)substrate. In addition, the influence of semi-embedded structure on vertical interconnectiontransmission performance is analyzed. The results show that the return loss is higher than 24 dB and theinsertion loss is lower than 0.15 dB in X-band and 20 dB,0.6 dB in Ku-band. The semi-embeddedstructure can achieve good microwave transmission performance in a wide band between X-Ku bandwhile optimizing the process.KeywordsKeywords::Low Temperature Co-fired Ceramic;semi-embedded;Ball Grid Array;vertical interconnection;microwave transmission performance有源相控阵雷达在国防军事方面发挥着极大作用。
X波段数字阵列雷达的数字收发模块研制

-88. 5
-101. 5
表 2 模拟 T /R 组件接收通道指标
接收通道增 接收机噪声
益 / dB
系数 / dB
60. 5
3. 5
3 dB 带 宽 / MHz
14. 5
收发通道隔 离度 / dB -98
数字 T / R 模块的中频信号采样、产生和光纤 传输等功能均采用基于 FPGA 的中频软件无线电 架构实 现。软 件 无 线 电 电 路 集 成 10 通 道 高 速 ADC / DAC,以 Xilinx 公司 V5 系列 FPGA 作为核 心处理器。FPGA 丰富的逻辑和时序资源可灵活 地通过软件编程实现数字下变 频 ( Digital downconverter,DDC) 、直接数字频率合成( Direct digital frequency synthesizer,DDS) 、任意编码波形产生、 基带数据预处理和数据流驱动的光纤传输等功 能。光纤接口数据率高达双向 3. 125 Gbps,DDR2 基带数据缓存接口带宽高达 2 Gbyte / s。电路的 结构框图如图 4 所示。
Abstract: In order to improve the integration level and maintainability of digital transceivers used in X-band digital array radar ( DAR) ,modularization and integration design concepts are adopted to develop one 10-channel digital T / R module in this paper. The module can be directly plugged into the micro-strip array antenna and connected to the subsequent signal processor only through a highspeed bidirectional fiber-optic. It is suitable for system integration and expansion. In this module, software defined radio ( SDR ) functions are realized in field programmable gate array ( FPGA ) , including binary phase coded waveform generation with arbitrary code length and code type,digital transmission beam-forming,digital quadrature modulation and demodulation,digital down-converting, base-band data pre-processing,etc. Experimental results verify all SDR functions of the module and show that the module can simultaneously form multiply receive beams with extremely low side-lobes
一种X波段的T/R组件的研制

一种X波段的T/R组件的研制摘要介绍了一种适用于X波段数字阵列模块(DAM)的T/R组件的设计和制作过程。
该组件内部包含了收发电路,使得其可以满足X波段DAM对高频收发前端的要求。
文中介绍了组件的原理方案,分析了组件的设计方法和制作过程,并最终给出了试验件的测试结果。
关键词X波段;T/R组件;MMIC引言收发全数字阵列雷达是一种新型相控阵雷达。
其主要特点是雷达的接收和发射波束通过数字的方式来形成。
由于其新颖的工作方式使得其具有雷达系统具有数字化、模块化、可扩充等优良特性,其同常规相控阵雷达相比,具有更大的波束灵活性和更好的抗干扰性等优良特性。
因此数字阵列雷达有着非常好的应用前景,在近几年来收到人们的广泛关注[1]。
数字阵列模块(Digital Array Module以下简称DAM)是新型数字阵列雷达中的基本单元,其实现技术是数字阵列雷达的核心技术之一[2]。
它的技术指标决定了数字阵列雷达的技战术指标的高低,同时也决定了数字阵列雷达的生存价值和使用价值。
T/R组件作为数字阵列模块的一项重要组成部分,不仅其性能指标对整个模块的关键的性能指标其着决定性作用,而且组件的体积、成本、可靠性对模块的工程实用性也起到极其重要的作用。
本文介绍了一种基于数字阵列模块架构下的TR/组件的设计和制作。
组件设计时不仅考虑了系统指标要求的高功率,低噪声及高增益等特点,同时还对组件进行了轻小型化和低成本设计,以提高其所在系统的工程实用性。
1 组件设计1.1 系统原理框图不同的相控阵雷达系统中的T/R组件的实际组成往往都是受到系统要求的差异,导致组件接口形式和具体电路的复杂程度都不尽相同,但通常内部主要都是要由发射通道、接收通道、共用通道及电源调制电路和驱动控制电路等组成。
本组件根据系统的需求和现有器件的指标,采用了如下图1所示的组成方式。
由上图可以看出:由于系统采用数字化的波束合成,同传统的模拟有源相控阵天线中的T/R組件相比其内部减少了数控移相器、数控衰减器和波控芯片,系统的构成相对较为简单。
X波段一体化收发组件设计

b l y i s a s f o l l o w s :n o i s e i f ur g e ≤3 d B,i ma g e r e j e e t i o n 95 0 d B, t r ns a m i t l e a k a g e a m p l i t u d e i n t o 一1 0— 0 d B m s c o p e ,
雷达是集中了现代电子科学技术各种成就 的高科 技 系统 ¨ J 。众 所 周 知 , 雷 达 很 早 以前 便 在 地 面 、 舰
载、 机 载等 方 面成功 的使 用 』 , 是 一种 可 主 动地 对 远 距 离 目标进 行全 天候 探 测 的信 息 获取 装 备 _ 5 J 。x 波 段是 频率 在 8~1 2 G H z电磁 波 , 具有 反射 率 强 , 波 长 短
发射 泄漏幅度在 一1 0— 0 d B m; 输 出脉 冲功 率≥3 0 W。组件 用于某雷达 , 已通过试验验证 , 性 能稳 定 , 具有较强 实用性 。
De s i g n o f a n X Ba nd I nt e g r a t i v e T/R Mo d ul e
a 叶技 2 0 1 7 年 第 3 0 卷 第 6 期
E l e c t r o n i c S e i . & Te c h . / J u n . 1 5. 2 0 1 7
电 子
・电 路
d o i : 1 0 . 1 6 1 8 0 / j . e n k i . i s s n l 0 0 7— 7 8 2 0 . 2 0 1 7 . 0 6 . 0 2 7
X波段 一体 化 收 发 组 件 设 计
李 翔
( 中国电子科技集 团公司 第 1 3研究所 1 7专业部 , 河北 石家庄 0 5 0 0 0 0 ) 摘
一种W波段八倍频放大芯片的设计

设计应用技术DOI:10.19399/j.cnki.tpt.2023.05.013一种W波段八倍频放大芯片的设计傅琦,高显(中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄050051)摘要:介绍了基于砷化镓(GaAs)伪形态高电子迁移率晶体管(pseudo-morphology High Electron Mobility Transistor,pHEMT)工艺,输出信号为W波段的八倍频放大芯片的设计方法。
通过合理划分电路方案,将倍频器方案设计为输入频率经过四倍频器在Q波段进行放大,最后通过二倍频输出W波段信号。
基于上述方案,设计了一款输入频率为10.8~11.5 GHz、输出频率为86.4~92 GHz的八倍频多功能芯片。
芯片通过探针台在片测试,在工作频带内七次谐波抑制均优于15 dBc,九次谐波抑制均优于20 dBc,输出功率大于0 dBm。
关键词:砷化镓(GaAs);单片微波集成电路(MMIC);八倍频;W波段Design of A W-Band Octave Amplifier ChipFU Qi, GAO Xian(The 13th Research Institute, CETC, Shijiazhuang 050051, China)Abstract: This paper introduces the design method of an octave amplifier chip with W-band output signal based on the pseudo-morphology High Electron Mobility Transistor (pHEMT) technology of GaAs. By reasonably dividing the circuit scheme, the frequency multiplier scheme is designed such that the input frequency is amplified in Q-band by quadrupler, and finally the W-band signal is output by frequency doubling. Based on the above scheme, an octave multifunctional chip with input frequency of 10.8~11.5 GHz and output frequency of 86.4~92 GHz is designed.The chip passed the probe station on-chip test, and the seventh harmonic suppression is better than 15 dBc, the ninth harmonic suppression is better than 20 dBc, and the output power is greater than 0 dBm.Keywords: GaAs; Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC); octave; W-band0 引 言随着人们对通信容量、频谱带宽、组件小型化等需求的日益提高,W波段收发组件、接收组件在星间通信、扫描成像、测损、车载雷达以及无人机探测等领域得到广泛应用[1-3]。
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X 波段三通道收发组件设计方案
1.总体方案:
1.1组件总体功能描述:
组件包含一收两发三个通道,收发分时工作,末级功放通过功
成两路,分别和两个接收端口通过环形器相连接形成两个天线端口,然后再通过开关矩阵选择不同形式的天线。
1.2 总体方案框图
图1 总体方案框图 2.指标要求 2.1整机通用指标
(1)射频中心频点:8.7GHz
(2)通道个数:一发两收,双天线,发送时一个发送通道通过功分一分为二送到两个天线口,接收时每个接收通道对应一个天线
中频输出
中频输入
滤波器 推放
功放
前放
滤波器 功分器
AGC 放大器
滤波器
AGC 放大器
中频输出
限幅低噪放
限幅低噪放 滤波器
混频器
混频器
中放
中放
滤波器
混频器 本振
本振
调谐端
(3)射频带宽:5MHz(当前不能确定具体的中心频点,暂定8.7GHz,未来可能在8.7GHz附近频点工作,设计时需要考虑替换部分器件来完成,如替换滤波器等)
(4)工作方式:一发两收,时分双工(TDD模式)
(5)收发切换时间: <20us
(6)中频信号带宽:5MHz
(7)收发微波接口:SMA-K接口。
(8)上电非受控状态:无线电静默
(9)收发端驻波比:<1.5
(10)整机功耗:5W@0.5W发射功率;10W@1W发射功率
(11)模块尺寸:74mm*110mm
(12)存储温度:-55℃~+100℃;
工作温度:-40℃~+85℃。
2.2 发射通道指标
(1)发射线性功率:0.5W与1W两档可调(一个发射通道通过功分分到两个天线口,对应功放功率分别为1W与2W)
(2)中频信号频率70MHz,输入功率-5±1dBm
(3)关断功率:<-80dBm
(4)杂波抑制:>60dBc
(5)本振抑制:>60dBc
(6)谐波抑制:>60dBc
(7)带内平坦度:≤1dB
(8)星座图相对误差恶化: EVM≯3%
2.3 接收通道指标
(1)接收通道个数:2
(2)射频输入功率:-123dBm~-60dBm,
中频输出功率:-50dBm~0dBm
(3)非瞬时动态范围:63dB,响应时间<100us
(4)抗损毁信号强度:>33dBm
(5)带内平坦度:<1dB
(6)接收通道噪声系数:NF<3dB
(7)镜频抑制:>60dBc
(8)杂波抑制:>60dBc
(9)本振抑制:>60dBc
(10)接收通道之间的隔离度:>60dB
2.4 本振指标
(1)输入时钟接口:频率61.44MHz,功率0dBm,阻抗50ohm,单音信号。
输入的时钟信号相位噪声(SSB):
(2)≤-70dBc/Hz@100Hz
-95dBc/Hz@1kHz
-100dBc/Hz@10kHz
(3)频率稳定度:≤0.2ppm
(4)频率准确度:≤0.2ppm
2.5 接口要求
射频接口要求:
(1)射频接插件形式:SMA 数量 2个
(2)中频接插件形式:SSMA 数量4个
接口定义:接收通道0中频信号;接收通道1中频信号;发射通道中频信号;参考时钟信号;
(3)数字接口:
序号总线
类型
信号
名称
信号含义功能电平
传输连
接方式
备
注
1 SPI CLK SPI时钟BPU做主机传输频
率配置字,通道开
关电信息焊线
2 SPI DATA SPI数据焊线
3 SPI LE 使能焊线
4 SPI CLK SPI时钟
RFU做主机传输告
警,温度等信息焊线
5 SPI DATA SPI数据焊线
6 SPI LE 使能焊线
7 离散
信号
T/Rsw
itch
收发切换信号(高接
收,非高发射)
控制天线收发模式LVTTL
焊线
8 电源P5V5 5V5电源线5V5供电焊线
9 电源P5V5 5V5电源线5V5供电焊线
10 电源5V5GN
D
5V5地线5V5电源回流
焊线
11 电源5V5GN
D
5V5地线5V5电源回流
焊线
3.单元电路设计
3.1 接收通道
3.1.1 增益分配
图2 接收通道增益分配
3.1.2 增益及动态范围的实现
如图2所示增益是通过低噪放中放和末级两级AGC放大器实现的,当信号强度增加到一定程度时,AGC放大器将根据信号的大小,进行自动增益控制,同时满足响应时间<100us,当最大信号-60dBm输入时,如图2所示:
图3 大信号输入起控状态
3.1.3 镜像抑制的实现
通过设置在低噪放后级的滤波器将镜像频率的噪声和镜像频点的干扰进行滤除,满足镜像抑制60dB的要求。
3.1.4 通道隔离的实现
接收两通道的隔离,通过设计双结环形器提高环形器的收发隔离度到20dB以上,功分器隔离度20dB以上,达到两个接收通道的隔离度满足大于60dB的要求,同时考虑共用本振的情况本振端口的隔离度以及空间串扰的影响。
3.2 发射通道
3.2.1 增益分配
图4 发射通道增益分配
3.2.2 功放电源设计
由于整机只能提供5.5V电源,而功放需要10V左右电压,所以采取以下方案:通过DC-DC升压模块将5.5V电压升至12V,然后再用稳压模块将12V稳压到10V使用,采用稳压块的目的是将DC-DC变换中产生的纹波滤除。
3.2.3 杂波及本振抑制
由于采用一次变频方案,上变频的杂波距中心频率较近,所以滤波器一般采用多阶腔体形式,满足对中心频率±140MHZ 的抑制至少在40dB 以上。
滤波器结合混频器对本振的抑制可满足指标要求的杂波及本振抑制60dB 以上的要求。
3.2.4 关断比的实现
通过控制功放电源在接收状态下,将推放和末级功放的电源关闭,以实现隔离度80dB 的指标要求。
3.3 本振单元 3.3.1 方案框图
图5 本振单元方案框图 3.3.2 相位噪声计算
采用高速低杂散锁相环通过小数分频模式得到点频信号,功分器隔离度在20dB 以上。
由于提供的参考61.44MHz 的相位噪声比锁相环器件的底噪要差,因此按照参考的相噪计算点频本振的相位噪声。
鉴相频率直接取61.44MHz ,则倍频次数N 为140.5,相位噪声恶化为20log (N)=42.8dB ,则输出本振的相位噪声理论计算为-52.2dBc/Hz/1kHz ,实际产品加上工程恶化2dB ,最终本振相噪为-50dBc/Hz/1kHz 左右。
Lo:接收1 Lo1:发射 Lo2:接收2
PLL
VCO1 8630MHz
功分
61.44MHz。