一種C波段小型TR組件的設(shè)計(jì)

雒寒冰 楊晶晶 張紅英 李振海 張理正

摘要：本文介紹了一種C波段小型TR組件的設(shè)計(jì)方案，包括TR組件的功能組成、電路設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并給出了該組件的關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試值，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了TR組件的小型化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：TR組件；C波段；小型化

中圖分類號(hào)：TN455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0154-02

1 引言

TR組件是有源相控陣?yán)走_(dá)的核心部件，完成對(duì)發(fā)射信號(hào)的脈沖功率放大、接收信號(hào)的低噪聲放大，以及對(duì)收發(fā)通路切換、移相等控制功能。隨著科技發(fā)展，對(duì)其體積、電性能以及可靠性提出了更高的要求。

本文介紹一種C波段小型TR組件 ，采用微組裝方式實(shí)現(xiàn)多層板，接插件，電連接器，芯片等的組裝，減小TR組件的體積與厚度，實(shí)現(xiàn)TR組件的小型化設(shè)計(jì)。

2 功能與組成

組件的功能：

（1）接收饋入的發(fā)射信號(hào)，經(jīng)移相放大后經(jīng)隔離器輸出；（2）接收回波信號(hào)，輸入限幅、放大和移相后輸出；（3）接收波控機(jī)送來(lái)的收發(fā)通道移相和衰減控制信息，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后控制數(shù)控移相器和數(shù)控衰減器。

組件的組成：

如圖1所示，T/R組件由開(kāi)關(guān)芯片、移相器、放大器芯片、隔離器、限幅器芯片、低噪放芯片、衰減器芯片組成。

組件中的核心元器件均使用裸芯片，采用微組裝工藝組裝。

限幅器的主要功能是防止接收支路低噪聲放大器（LNA）被高功率的微波能量燒毀，這種能量來(lái)源于兩個(gè)方面：一是被反射的發(fā)射支路泄露信號(hào)；二是來(lái)源于一些外部的駐波反射（例如天線接口駐波差）或外部強(qiáng)照射微波能量。所以必須具有一定的耐功率能力。又因?yàn)橄薹鞯牟鍝p直接加到系統(tǒng)的噪聲系數(shù)上，因此限幅器還要求低損耗。

接收支路的低噪聲放大器芯片特性包括低噪聲系數(shù)、低輸入VSWR、寬帶寬、高動(dòng)態(tài)范圍、低損耗和高增益。因?yàn)榈驮敕判酒脑肼曄禂?shù)幾乎決定了整個(gè)接收支路的噪聲系數(shù)，因此應(yīng)該盡可能要求低的噪聲系數(shù)。另外低噪放的增益較大，可以減小后級(jí)補(bǔ)償放大器的壓力，同時(shí)還可以減小后級(jí)電路對(duì)噪聲系數(shù)的影響。

移相器芯片為收發(fā)支路提供移相功能。

數(shù)控衰減器除了可以調(diào)節(jié)接收增益，確保各組件的增益一致性外，在兩級(jí)放大器之間，還能起到提高線性度，增強(qiáng)隔離的作用。用于接收通道，還可以對(duì)接收波束進(jìn)行幅度加權(quán)，降低副瓣。

補(bǔ)償放大器的主要為接收支路提供最優(yōu)性能。設(shè)計(jì)時(shí)從兩個(gè)方向來(lái)考慮：其一是考慮采用兩個(gè)放大器級(jí)聯(lián)，前面的低噪放具有低噪聲高增益，后面的中功率放大器具有高P1dB作補(bǔ)償（提高接收支路的動(dòng)態(tài)范圍）。

而發(fā)射支路上兩個(gè)重要的芯片為驅(qū)動(dòng)放大器芯片和末級(jí)功放芯片，驅(qū)動(dòng)芯片為后級(jí)功放芯片提供一定的驅(qū)動(dòng)能力，功率放大器芯則需要具有飽和輸出功率高、效率高、功率增益高的特點(diǎn)。

3 TR組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

組件采用盒體，多層板，蓋板疊加的方式組裝，芯片貼在多層板上，大功率芯片焊接在盒體底面上已保證芯片散熱，最后將蓋板焊接盒體上，外觀圖如圖2所示。組件與外部系統(tǒng)通過(guò)玻銖互連。組件體積為：69mm*23mm*8mm：重量為27g。

4 關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試情況

技術(shù)指標(biāo)測(cè)試情況如表1所示，測(cè)試頻率5GHz-6GHz，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹一種C波段小型TR組件 ，發(fā)射輸出功率10W，接收增益大于24dBm。采用微組裝方式實(shí)現(xiàn)多層板，接插件，電連接器，芯片等的組裝，減小TR組件的體積與厚度，實(shí)現(xiàn)TR組件的小型化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

[2]（美）路德維格.射頻電路設(shè)計(jì)——理論與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2008.

[3]Ashok Agrawal，etc.T/R Module architecture tradeoffs for phased array antennas，1996 IEEE MTT-S Digest.995-8.