一种基于真时延技术的折返型微波组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于真时延技术的折返型微波组件，采用输出端口与四路输入端口处于介质板的同一侧，保证了公共通道的输出端口与四路接收通道的输入端口处于腔体的同一侧，实现了一种折返型的微波接收组件，便于在相控阵天线的后端对组件进行插拔。腔体中的金属壁可以实现射频信号在功率合成器各个端口和各个通道间的高隔离度，输入输出端口采用小型化的插拔式射频接头，便于微波组件的拆卸和安装。本发明在保证移相精度的基础上，通过公共通道延时器的真实时间延迟，降低天线的孔径渡越时间，拓展相控阵天线的瞬时信号带宽。实现了TTD相控阵雷达的多功能应用和成本控制，提高了雷达系统的抗干扰能力。
【专利说明】一种基于真时延技术的折返型微波组件
【技术领域】
[0001] 本发明属于射频微波电路【技术领域】，涉及一种基于真时延技术的折返型微波组 件，是一种具有真时延True Time Delay :TTD功能的折返型微波组件。
【背景技术】
[0002] 微波组件是相控阵雷达系统的重要部件，随着相控阵雷达的发展，对微波组件的 功能要求也越来越高。相控阵天线的波束扫描主要依靠的是馈电系统中结构简单、性能稳 定的数字移相器，通过波控系统控制移相器改变波束指向。目前，相控阵天线受到以下条件 的限制，直接影响雷达系统在国防中的应用前景。其主要限制条件如下：
[0003] 1、相控阵天线的瞬时信号带宽通常较窄，直接影响雷达对目标的分辨、识别能力 和解决多目标成像等问题，对雷达的抗干扰能力也有一定限制。
[0004] 2、在雷达应用中，传统的微波接收组件两端分别固定接收天线和波束控制系统。 由于其复杂的装配程序，直接导致在实验测试、部件返修、性能更新等情况下，微波组件不 利于拆卸和安装。
[0005] TTD相控阵雷达、普通相控阵雷达和数字相控阵雷达是雷达发展的三个方向。采用 实时延时器的微波组件能很好的解决目前相控阵天线存在的窄瞬时带宽问题，可用于TTD 相控阵天线作为延时器材料的主要有光纤、同轴电缆和GaAs MMIC砷化镓单片微波集成电 路延时器。光纤本身的传输损耗较小，但光电器件的损耗较大，目前的光电器件成本也较 高，这些原因限制了光纤延时器的应用。同轴电缆的延时器不需要光电和电光转换，但其缺 点是体积大、损耗高。基于GaAs丽1C的延时器，该延时器同样不需要光电和电光转换，且 其损耗较低、体积小，方便应用于雷达系统的微波组件中。
【发明内容】
[0006] 要解决的技术问题
[0007] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于真时延技术的折返型微波组 件，适应目前相控阵雷达的发展趋势。
[0008] 技术方案
[0009] -种基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于包括四路接收通道、功率合 成器、真时延公共通道以及介质板；介质板上的腔体布局为：功率合成器的输出端口 7与四 个输入端口 6位于介质板的同一侧，输出端口 7位于中心，输出端口 7的两侧各设有两路接 收通道的输入端口 6 ;与输出端口 7相连接的腔体为公共通道5,与输入端口 6相连接的腔 体为接收通道；在介质板上设有的印制板电路的布局为：四路接收通道结构对称，每路接 收通道上的电路布局自输入端口 6顺序排布为微波芯片限幅器8、低噪声放大器9、数控衰 减器10和数控移相器11 ;公共通道5上的电路布局自输出端口 7顺序排布为延时器15、低 噪声放大器14、功率合成器的输出端口 13和功率合成器12 ;接收通道输出端口、公共通道 输入端口和功率合成器端口平整对齐；接收通道与功率合成器和公共通道均采用微带传输 线，在微带介质板上开槽放置微波芯片，微波芯片的输入输出端口与微带线的连接采用金 丝键合线连接；四个射频端口 6将接收到的天线信号依次经过微波芯片限幅器8、低噪声放 大器9、数控衰减器10、数控移相器11，然后进入功率合成器12 ;射频信号通过功率合成器 的输出端口 13实现折返型传输，合成后的射频信号进入公共通道5,依次经过低噪声放大 器14和延时器15。延时后的信号在射频端口 7输出，实现了输入端口和输出端口的方向一 致性。
[0010] 所述介质板上腔体壁为金属壁，实现射频信号在功率合成器各个端口和各个通道 间的隔离。
[0011] 所述功率合成器12基板选用和射频通道相同介质、相同厚度的微带板。
[0012] 所述数控移相器采用移相精度小于3°的6位数控移相器。
[0013] 所述输入输出端口采用插拔式射频接头。
[0014] 所述射频接头采用插拔式的SMP。
[0015] 有益效果
[0016] 本发明提出的一种基于真时延技术的折返型微波组件，采用输出端口与四路输入 端口处于介质板的同一侧，保证了公共通道的输出端口与四路接收通道的输入端口处于腔 体的同一侧，实现了一种折返型的微波接收组件，便于在相控阵天线的后端对组件进行插 拔。腔体中的金属壁可以实现射频信号在功率合成器各个端口和各个通道间的高隔离度， 输入输出端口采用小型化的插拔式射频接头，便于微波组件的拆卸和安装。
[0017] 本发明在相控阵天线子阵中，四路接收通道共用一路含有延时器的公共输出通 道。射频信号经过接收通道的限幅，放大，衰减和移相处理，然后经过功率合成器进入公共 通道。每路接收通道都含有数控移相器，在保证移相精度的基础上，通过公共通道延时器的 真实时间延迟，降低天线的孔径渡越时间，拓展相控阵天线的瞬时信号带宽。实现了 TTD相 控阵雷达的多功能应用和成本控制，提高了雷达系统的抗干扰能力。
[0018] 本发明中基于TTD技术的折返型微波组件是TTD相控阵天线的最重要功能模块， 其优势如下：
[0019] 1、能够拓展相控阵天线的瞬时信号带宽，使雷达同时具有宽窄两类信号，使用宽 带信号可以完成对目标的高分辨测量和识别，使用窄带信号可以完成对目标的搜索、捕获 和跟踪，实现雷达的多功能应用，提高了雷达的抗干扰能力。
[0020] 2、折返型结构的微波组件一方面利于在相控阵雷达的实际应用中拆卸维修，另一 方面利于相控阵雷达在长期使用时的更新换代，使其具有可扩展性。
[0021] 3、四路接收通道共用一个延时器，一方面保证相控阵天线子阵的真时延性能，另 一方面控制相控阵天线的研制成本。
[0022] 4、腔体中的金属壁可以实现射频信号在功率合成器各个端口，以及组件通道间的 高隔离度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为基于TTD技术的微波组件原理图。
[0024] 图2为折返型微波组件的腔体结构图。
[0025] 图3为折返型微波组件的印制板电路图。
[0026] 1-第一接收通道，2-第二接收通道，3-第三接收通道，4-第四接收通道，5-公共 通道，6-接收通道射频端口，7-输出射频端口，8-微波芯片限幅器，9-接收通道低噪声放大 器，10-数控衰减器，11-数控移相器，12-功率合成器，13-功率合成器的输出端口，14-输出 低噪声放大器，15-延时器。
【具体实施方式】
[0027] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0028] 基于TTD技术的微波组件是实现TTD雷达系统多动能应用的关键部分。一方面对 比目前依靠数字移相器改变波束指向的相控阵天线，在微波组件使用延时器可以减少天线 孔径渡越时间，拓展相控阵天线的瞬时信号带宽。另一方面通过合理设计功率合成器，以及 微波组件的腔体结构，提出一种折返型结构的微波组件，简化传统微波组件繁琐的拆卸安 装步骤，便于相控阵天线的拆卸维修和更新换代。
[0029] 图1为基于TTD技术的微波组件原理图。天线端口接收到四路射频信号后，依次经 过限幅器、低噪声放大器、数控衰减器、数控移相器，然后进入功率合成器，功率合成器将四 路射频信号合成一路进入微波组件的公共通道。四路接收通道共用一路含有延时器的公共 输出通道，公共通道通过低噪声放大器对射频信号进行损耗补偿，然后经过5位GaAs MMIC 延时器后输出。采用延时器对射频信号进行真实时间延迟，降低天线的孔径渡越时间，已增 加相控阵天线的瞬时信号带宽。
[0030] 图2为折返型微波组件的腔体结构图，腔体布局为：功率合成器的输出端口 7与四 个输入端口 6位于介质板的同一侧，输出端口 7位于中心，输出端口 7的两侧各设有两路接 收通道的输入端口 6 ;与输出端口 7相连接的腔体为公共通道5,与输入端口 6相连接的腔 体为接收通道。
[0031] 图3为折返型微波组件的印制板电路图，布局为：四路接收通道结构对称，每路接 收通道上的电路布局自输入端口 6顺序排布为微波芯片限幅器8、低噪声放大器9、数控衰 减器10和数控移相器11 ;公共通道5上的电路布局自输出端口 7顺序排布为延时器15、低 噪声放大器14、功率合成器的输出端口 13和功率合成器12。
[0032] 第一接收通道1、第二接收通道2、第三接收通道3、第四接收通道4的四路接收通 道原理相同，结构对称。以接收通道1为例，射频端口 6将接收到的天线信号依次经过微波 芯片限幅器8、低噪声放大器9、数控衰减器10、数控移相器11，然后进入功率合成器12。为 了保证波束指向的扫描精度，选用移相精度小于3°的6位数控移相器。接收通道、功率合 成器和公共通道均采用微带传输线，在微带介质板上开槽放置微波芯片，微波芯片的输入 输出端口与微带线的连接采用金丝键合线工艺。
[0033] 功率合成器12基板选用和射频通道相同介质、相同厚度的微带板。接收通道输出 端口、公共通道输入端口和功率合成器端口平整对齐，采用金丝键合线连接。射频信号通过 功率合成器的输出端口 13实现折返型传输，合成后的射频信号进入公共通道5,依次经过 低噪声放大器14和延时器15。延时后的信号在射频端口 7输出，实现了输入端口和输出端 口的方向一致性。射频接头采用插拔式的SMP，便于拆卸和装配。各个通道间的金属壁有效 地阻隔通道间的电磁散射，保证通道间的高隔离度。这样的结构设计既保证了组件尺寸的 小型化，也便于相控阵天线中微波组件的拆卸维修和更新换代。
[0034] 本发明在使用时，使用者应首先根据相控阵天线工作的要求，合理设计微波组件 的放大倍数、移相精度、延时器位数和结构尺寸，保证实际应用的可行性。
【权利要求】
1. 一种基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于包括四路接收通道、功率合成 器、真时延公共通道以及介质板；介质板上的腔体布局为：功率合成器的输出端口（7)与四 个输入端口（6)位于介质板的同一侧，输出端口（7)位于中心，输出端口（7)的两侧各设有 两路接收通道的输入端口（6);与输出端口（7)相连接的腔体为公共通道（5)，与输入端口 (6)相连接的腔体为接收通道；在介质板上设有的印制板电路的布局为：四路接收通道结 构对称，每路接收通道上的电路布局自输入端口（6)顺序排布为微波芯片限幅器（8)、低噪 声放大器（9)、数控衰减器（10)和数控移相器（11);公共通道（5)上的电路布局自输出端 口 7顺序排布为延时器（15)、低噪声放大器（14)、功率合成器的输出端口（13)和功率合成 器（12);接收通道输出端口、公共通道输入端口和功率合成器端口平整对齐；接收通道、功 率合成器和公共通道均采用微带传输线，在微带介质板上开槽放置微波芯片，微波芯片的 输入输出端口与微带线的连接采用金丝键合线连接；四个射频端口（6)将接收到的天线信 号依次经过微波芯片限幅器（8)、低噪声放大器（9)、数控衰减器（10)、数控移相器（11)，然 后进入功率合成器（12);射频信号通过功率合成器的输出端口（13)实现折返型传输，合成 后的射频信号进入公共通道（5)，依次经过低噪声放大器（14)和延时器（15)。延时后的信 号在射频端口（7)输出，实现了输入端口和输出端口的方向一致性。
2. 根据权利要求1所述基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于：所述介质板 上腔体壁为金属壁，实现射频信号在功率合成器各个端口和各个通道间的隔离。
3. 根据权利要求1所述基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于：所述功率合 成器（12)基板选用和射频通道相同介质、相同厚度的微带板。
4. 根据权利要求1所述基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于：所述数控移 相器采用移相精度小于3°的6位数控移相器。
5. 根据权利要求1所述基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于：所述输入输 出端口采用插拔式射频接头。
6. 根据权利要求1所述基于真时延技术的折返型微波组件，其特征在于：所述射频接 头采用插拔式的SMP。
【文档编号】G01S7/02GK104090268SQ201410293431
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】刘卫强, 王耀召, 谢欢欢, 万涛, 王冰, 王拓 申请人:中国电子科技集团公司第二十研究所