一种新型收发组件的制作方法

本发明涉及一种新型收发组件，属uhf波段相控阵雷达配套设备技术领域。

背景技术：

随着相控阵雷达技术的不断发展，对雷达整机及武器系统间的电磁发射和敏感度要求也在不断提高。收发组件是相控阵雷达重要的组成部分，收发组件本身对输出信号质量、特别是对谐波的抑制要求越来越高。传统uhf波段相控阵雷达收发组件的射频功率输出后，是通过安装在雷达天线阵面上的大功率滤波器进行谐波抑制的，尽管可以降低发射谐波电磁能量对雷达整机及武器系统间设备的干扰和损坏，但却使得雷达天线阵面设备量增多，体积庞大，各器件零散分布，电缆数量成倍增加，不仅严重影响相控阵雷达的安装和使用，增加故障率，而且给设计和生产造成极大困难。因此，研发一款输出谐波完全满足gjb151b-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》对天线端口传导发射的要求，大大减少天线阵面设备量和天线电缆数量，结构科学合理、简单，有效提高设计质量和生产效率，降低故障率，保证相控阵雷达安装和使用方便的大功率收发组件是十分有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种利用组件壳体一体化设计、制作，无需在雷达天线阵面上安装大功率滤波器，大大减少天线阵面设备量和天线电缆数量，谐波抑制度好，输出谐波满足gjb151b-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》对天线端口传导发射的要求，设计质量和生产效率高，体积小，安装和使用方便，故障率低的新型收发组件。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该新型收发组件由组件壳体、控制处理器、移相器、接收低噪声放大器、发射功率放大器、收发开关组件、阶跃滤波器构成，组件壳体的底板的部件及器件安装面上分别安装有控制处理器、移相器、接收低噪声放大器、发射功率放大器、收发开关组件；其特征在于：组件壳体由底板、盖板组成；组件壳体的底板上直接铣制有阶跃滤波器，组件壳体的底板的背面铣制有散热片；所述阶跃滤波器按设计性能要求铣制在组件输出端口位置，与组件壳体的底板融合为一体，阶跃滤波器的输入端口预留，安装时与收发开关组件的3db电桥a连接，阶跃滤波器的输出端口与组件输出端口连接；阶跃滤波器的阶跃阻抗谐振器由外导体、内导体组成，外导体开制有圆柱形空腔，其内径上下保持一致；内导体由两段粗细不同的圆柱体构成，内导体的较粗的圆柱体与外导体间隔一段距离，为开路端；内导体的较细的圆柱体与外导体相连，为短路端；开路端可视作低阻抗的同轴传输线，短路端可视作高阻抗的同轴传输线。

所述的阶跃滤波器由阶跃阻抗谐振器组成，阶跃阻抗谐振器是由两个具有不同特征阻抗的传输线组合而成的横向电磁场模式的谐振器。

所述的阶跃滤波器的阶跃阻抗谐振器的外导体开制有圆柱形空腔，其内径上下保持一致；阶跃滤波器的阶跃阻抗谐振器的内导体由两段粗细不同的圆柱体构成，内导体的较粗的圆柱体与外导体间隔一段距离，为开路端；内导体的较细的圆柱体与外导体相连，为短路端；开路端可视作低阻抗的同轴传输线，短路端可视作高阻抗的同轴传输线。

所述的阶跃滤波器包含有多个阶跃阻抗谐振器，不同的阶跃阻抗谐振器单元之间有开口，通过电磁耦合的方式传输功率信号。

所述的阶跃滤波器通过减少两个同轴传输线的阻抗比、减少阶跃阻抗谐振器的长度，提高滤波器的杂散谐波抑制度。

所述的阶跃滤波器抑制输出谐波性能与发射功率放大器固有谐波抑制性能、收发开关组件谐波抑制性能结合，满足gjb151b-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》对天线端口传导发射的要求。

所述的组件壳体的底板为铝板。

所述的3db电桥a和3db电桥均为blange耦合器型。

本发明专利与现有技术相比的有益效果在于：

该新型收发组件在不改变原收发组件尺寸及重量的前提下，优化技术指标分配，在组件壳体的底板上一体化设计、铣制出阶跃滤波器，同时结合发射功率放大器固有谐波抑制性能、收发开关组件的辅助滤波性能，使本发明输出谐波抑制度完全满足gjb151b-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》对天线端口传导发射的要求。因此雷达天线阵面上无需安装大功率滤波器，大大减少了等同于相控阵雷达阵元数的连接电缆和大功率滤波器件，减少了故障发生概率，提高了设计质量、生产效率和工作的可靠性。谐波抑制度好，体积小，安装和使用方便。完善解决了现有技术在雷达天线阵面上安装大功率滤波器抑制谐波，导致天线阵面设备量庞大、分布零散，电缆数量成倍增加，安装和使用不便，增加故障率，设计、生产、维护困难的问题。

附图说明

图1为一种新型收发组件的主视结构示意图；

图2为一种新型收发组件的侧视结构示意图；

图3为一种新型收发组件的工作原理结构示意图；

图4为一种新型收发组件的阶跃滤波器的组装结构示意图；

图5为一种新型收发组件的阶跃滤波器盖板组件的主视结构示意图；

图6为一种新型收发组件的阶跃滤波器盖板组件的仰视结构示意图；

图7为一种新型收发组件的阶跃滤波器的内导体的仰视结构示意图；

图8为一种新型收发组件的阶跃滤波器的外导体的主视结构示意图；

图9为一种新型收发组件的阶跃滤波器的外导体的仰视结构示意图；

图10为一种新型收发组件的阶跃滤波器的谐波抑制曲线示意图；

图11为典型相控阵雷达天线安装的大功率滤波器的谐波抑制曲线示意图；

图12为一种新型收发组件的3db电桥的谐波抑制曲线示意图；

图13为一种新型收发组件应用在相控阵雷达中的连接结构示意图；

图14为典型的相控阵雷达天线示意图。

图中：1、组件壳体，2、控制处理器，3、移相器，4、接收低噪声放大器，5、发射功率放大器，6、收发开关组件，7、阶跃滤波器，8、散热片，9、组件功率输出端口，10、阶跃滤波器输入端口，11、阶跃滤波器输出端口，12、盖板，13、外导体，14、内导体，15、阶跃阻抗谐振器，16、凸台。

具体实施方式

下面结合附图对该新型收发组件的实施方式作进一步详细描述：

该新型收发组件由组件壳体1、控制处理器2、移相器3、接收低噪声放大器4、发射功率放大器5、收发开关组件6、阶跃滤波器7构成，组件壳体1的底板的部件及器件安装面上分别安装有控制处理器2、移相器3、接收低噪声放大器4、发射功率放大器5、收发开关组件6；组件壳体由底板、盖板14组成；组件壳体1的底板上直接铣制有阶跃滤波器7，组件壳体1的底板的背面铣制有散热片8；所述阶跃滤波器7按设计性能要求铣制在组件功率输出端口9位置，与组件壳体1的底板融合为一体，阶跃滤波器输入端口10预留，安装时与收发开关组件6的3db电桥a连接，阶跃滤波器输出端口11与组件功率输出端口9连接；阶跃滤波器7的阶跃阻抗谐振器15由外导体12、内导体13组成，外导体12开制有圆柱形空腔，其内径上下保持一致；内导体13由两段粗细不同的圆柱体构成，内导体13的较粗的圆柱体与外导体12间隔一段距离，为开路端；内导体13的较细的圆柱体与外导体12相连，为短路端；开路端可视作低阻抗的同轴传输线，短路端可视作高阻抗的同轴传输线。

所述的阶跃滤波器7由阶跃阻抗谐振器15组成，阶跃阻抗谐振器15是由两个具有不同特征阻抗的传输线组合成横向电磁场模式的谐振器。

所述的阶跃滤波器7包含有多个阶跃阻抗谐振器15，不同的阶跃阻抗谐振器15单元之间有开口，通过电磁耦合的方式传输功率信号。

所述的阶跃滤波器7通过减少两个同轴传输线的阻抗比、减少阶跃阻抗谐振器15的长度，提高滤波器的杂散谐波抑制度。

所述的阶跃滤波器7抑制输出谐波性能与发射功率放大器5固有谐波抑制性能、收发开关组件6谐波抑制性能结合，满足gjb151b-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》对天线端口传导发射的要求。

所述的组件壳体1的底板为铝板。

所述的收发开关组件6的3db电桥a和3db电桥b均为blange耦合器型。（参见附图1～14）

该新型收发组件的组件壳体1由底板、盖板14组成。底板材料为整块铝板，根据一体化设计的结构通过铣加工成形；阶跃滤波器7本体位于组件功率输出端口9的位置，按设计性能要求在底板上铣出，与底板的部件及器件安装面融合为一体。阶跃滤波器输入端口10预留，待设备安装后与收发开关组件6的3db电桥a输出连接，阶跃滤波器输出端口11连接组件功率输出端口9。阶跃滤波器7为大功率阶跃阻抗滤波器，4个阶跃阻抗谐振器15以电磁耦合的方式将工作频段的功率信号从输入端传输至输出端，同时将带外高次谐波过滤掉，保证传输信号的谐波抑制度；散热片8在组件壳体1底板的背面铣出，有利于发射功率放大器5的散热。

收发开关组件6由3db电桥a、3db电桥b和限幅器组成，3db电桥a和3db电桥b为相同产品，均采用blange耦合器型。3db电桥采用lange耦合器型设计，3db电桥有4个端口，一个in端，一个隔离端，两个out端，在理想情况下，输入功率一部分直接送给直通端口out1，另一部分耦合到耦合端口out2，没有功率送到隔离端口。

限幅器位于两个3db电桥之间，用来防止泄露的大功率信号烧毁敏感的接收低噪声放大器4，限幅器的设计采用滤波器网络综合设计法，两个通路并联设计；限幅器在发射期间，开关二极管呈现低阻抗，将发射功率有效地反射到3db电桥a的隔离端，经阶跃滤波器7后送到天线单元，限幅器的漏功率经3db电桥b的隔离端被负载吸收，从而保护了接收低噪声放大器4。限幅器在接收期间，其开关二极管呈高阻抗，对天线单元接收回来的回波信号不产生反射衰减，回波信号基本无衰减地被送到接收低噪声放大器4。

发射功率放大器5由前级预放和末级放大器组成。由馈电、信号网络送来的0dbm激励信号经移相器3移相控制后,进前级预放放大，输出45dbm的驱动功率信号；驱动功率信号进入末级放大器放大后输出59dbm大功率信号，送至收发开关组件6。

接收低噪声放大器4由滤波器和低噪声放大器组成。滤波器为集总lc带通滤波器，与收发开关组件6的回波输出端相连接，用来抑制天线单元引入的带外噪声和干扰；低噪声放大器对滤波器输出的带内微弱信号进行放大，减少噪声干扰，同时，输出系统所需要的带内回波信号，考虑到系统对收发组件接收增益和接收动态的要求，低噪声放大器设计为两级级联放大形式。

控制处理器2用于与雷达系统间通讯，收集收发开关组件6、发射功率放大器5、接收低噪声放大器4、控制处理器2的故障信号，输出移相器3的控制指令信号。

移相器3为六位数字移相器，移相器3的输入和输出端均装置有倒换开关；在发射期间，从馈电、信号网络送来的0dbm激励信号经移相器3按控制处理器2输出的控制指令信号移相，相位差值通过控制指令的连续变化以连续方式改变；在接收期间，从接收低噪声放大器4输出的回波信号经移相器3按控制处理器2输出的控制指令信号移相，相位差值通过控制指令的连续变化以连续方式改变。

该新型收发组件的工作原理如下所示：

根据该新型收发组件的主要技术指标：输出功率、输出谐波抑制、接收增益、接收噪声系数、移相精度等电气指标确定收发组件主要组成、组成部分的实现方式、组成部分需要达到的技术指标、核心器件、连接形式、组件尺寸。

该新型收发组件工作时，接收由相控阵雷达天线馈电网络、信号网络送来的激励信号、通讯指令、直流电源。发射工作时，激励信号首先进移相器3，移相器3的输入和输出端均装置有倒换开关，激励信号经移相器3按控制处理器2输出的控制指令信号移相，移相器3输出幅度稳定、相位差值通过控制指令的连续变化以连续方式改变的预放驱动激励信号。该信号进入发射功率放大器5的预放放大，输出45dbm的驱动功率信号；驱动功率信号进末级放大器放大输出59dbm大功率信号，送收发开关组件6。大功率信号进收发开关组件6的3db电桥a的in端，功率一部分直接送给直通端口out1，另一部分耦合到耦合端口out2，此时限幅器开关二极管呈现低阻抗，将直通端口out1和耦合端口out2功率有效地反射到3db电桥a的隔离端iso输出，送至阶跃滤波器7。阶跃滤波器7对发射功率信号工作频带外高次谐波进行抑制后，将信号送至收发组件功率输出端口9，根据发射功率放大器5输出谐波特征，阶跃滤波器7的主要作用是用来抑制发射功率放大器5的末级放大器输出信号的二次谐波。

接收工作时，天线单元接收到的微弱回波信号经阶跃滤波器7输出至收发开关组件6的3db电桥a的隔离端iso，此时，阶跃滤波器7对回波信号起到带外干扰信号滤波的作用，对带内回波信号基本无损耗；回波信号一部分直接送给直通端口out2，另一部分耦合到耦合端口out1，此时限幅器的开关二极管呈现高阻抗，对带内回波信号基本无损耗，两路回波信号经3db电桥b合成后输出至接收低噪声放大器4。接收低噪声放大器4由滤波器和低噪声放大器组成，滤波器进一步对天线单元引入的带外噪声和干扰进行抑制；低噪声放大器对滤波器输出的带内微弱信号进行放大，减少噪声干扰，输出系统所需的带内回波信号，并输出信号至移相器3。回波信号进入移相器3，移相器3的输入和输出端均装置有倒换开关，移相器3按照控制处理器2输出的控制指令信号移相，最后输出幅度稳定、相位差值通过控制指令的连续变化以连续方式改变的雷达回波信号。

该新型收发组件工作期间，控制处理器2用于与雷达系统间通讯，收集处理收发开关组件6、发射功率放大器5、接收低噪声放大器4、控制处理器2的故障信号，同时，输出移相器3的控制指令信号。

阶跃滤波器7的阶跃阻抗谐振器15的外导体12开有圆柱形空腔，其内径上下保持一致，内导体13由两段粗细不同的圆柱体构成，较粗的圆柱体与外导体12间隔一段距离，为开路端；较细的圆柱体与外导体12相连，为短路端，即开路端可以视作为低阻抗的同轴传输线，而短路端可以视作高阻抗的同轴传输线，对于无耗传输线，设其特征阻抗为zc，负载阻抗为zl=0，电长度为θ，其输入阻抗则为，那么，对于阶跃阻抗谐振器来说，从开路端看去，谐振器可以视作一段低阻抗同轴传输线串联一段终端短路的高阻抗同轴传输线，其中高阻抗同轴传输线的特征阻抗为z1，电长度为θ1，而低阻抗同轴传输线的特征阻抗为z2，电长度为θ2，因此谐振器的输入阻抗为，要使所需频率的功率信号传输至下一个谐振器，则需要该频率的功率信号沿谐振器的开路端至短路端方向传输的阻抗也即zi应为无穷大，则谐振器的谐振条件为：，与一般的均匀阻抗谐振器的谐振条件唯一取决与传输线长度相比，所述阶跃滤波器7的阶跃阻抗谐振器15的谐振条件取决于θ1、θ2和阻抗比rz，也即同时取决于传输线长度和阻抗比。

所述阶跃滤波器7的阶跃阻抗谐振器15的总电长度，相对于均匀阻抗谐振器电长度π/2，该阶跃阻抗谐振器的归一化长度为，当θ1=θ2=θ0时，归一化长度有最小值，故阶跃阻抗谐振器7可以通过采用较小的rz来缩短谐振器的长度，在组件壳体1与阶跃滤波器7的一体化设计中，尽可能减小短路端内导体13的外径，增大开路端内导体13的外径，就可以大大缩短阶跃滤波器7的高度，这样，就使得阶跃滤波器7在保证良好的传输特性的同时，减小高度尺寸，使阶跃滤波器7整体与组件壳体1的融合设计得以实现。

对于阶跃滤波器7，除了所需频率的信号可以以很小的损耗传输外，还存在其它的频率也能满足谐振器的谐振要求进而传输到组件功率输出端口9；对于一般的均匀阻抗谐振器，其本振频率的奇次谐波难以抑制，而所述阶跃阻抗谐振器7的谐振频率为f0，杂散谐振频率为fs,其关系为，故所述阶跃阻抗谐振器7的阶跃阻抗谐振器15，可以通过采用较小的rz来使杂散频率远离基本谐振频率,使该阶跃滤波器7具有很好的高次谐波抑制效果。

滤波器是依靠谐振器的相互耦合来传递功率信号的，由于本发明的阶跃滤波器7采用了与组件壳体1一体化设计、直接在组件壳体1的底板上铣出谐振器的空腔和相连的空间，这样，当合上阶跃滤波器7的盖板组件及其上铣制出的凸台16后即共同创造出耦合窗口，阶跃滤波器盖板组件由盖板14和内导体13组成，内导体13较细的一端与盖板14连接，采用一块铜板加工而成。各个谐振器间的耦合距离由仿真设计决定。调试阶跃滤波器7时，通过组件壳体1背面预留的螺钉孔安装调谐螺钉和耦合螺钉，调试出最佳的电气参数后使用密封胶将螺钉固定即可。

以上所述只是本发明专利的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明专利的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明专利的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明专利技术方案的范围内，而不背离本发明专利的实质和范围。