一种高集成四通道TR组件的制作方法

本发明涉及雷达、通讯、电子对抗系统中收发组件技术领域，尤其一种高集成新型四通道t/r组件。

背景技术：

相控阵雷达，特别是有源相控阵雷达近年来有了高速发展，推动其发展的主要原因是对雷达性能的要求日益提高，探测低可观测目标与探测远程目标的要求对雷达特别是有源相控阵雷达的发展有重大影响。实现这一要求的一个重要技术措施就是提高雷达发射天线阵阵面辐射信号的功率，在天线阵面孔径保持不变或增加阵面孔径受限制条件下，增加阵面发射信号功率意味着增加发射信号功率密度，即增加天线阵面单位面积上发射信号的功率，也就是天线阵面中t/r组件的输出功率。

在四通道t/r组件的研制过程中，采用“高集成t/r组件”的设计思路和建立cbb模块的工作理念，开发出具有独立t/r功能的“高集成t/r组件”。作为构成四通道t/r组件的标准和通用模块；在原来工艺的基础上，采用基板和腔体一体化封装的工艺形式；同时应用了a1si/a1sic和a1n等新的盒体和基板材料，在散热、重量和机械强度上具有优势。“高集成t/r组件”具有独立的结构，可作为标准模块使用，具有可重用性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于现有的tr组件指标偏差较大，尺寸较大，采用新的电讯与工艺技术提高其四通道tr组件的性能。

一种高集成四通道t/r组件，所述高集成t/r组件采用四通道模块化设计，在所述每个收发通道的接收输入端(发射输出端)串接定向耦合器连接射频信号，接收输出端(发射输入端)并联连接1：4功分器及波控处理单元；其特征在于：每个收发通道包括多功能芯片1、接收信号调制组件2、发射信号调制组件3及环形阻隔器13；

其中，所述多功能芯片1包括6位移相器1、开关2、低噪声放大器3、6位衰减器4、波控电路6及接收电源调制5；所述接收信号调制组件2包括接收电源调制12、低噪声放大器10、限幅器11；所述发射信号调制组件3包括发射电源调制7、驱动放大器8、功率放大器9；

所述1:4功分器连接至多功能芯片1中所述的6位移相器1后连接所述开关2再连接至所述发射信号调制组件3中的所述驱动放大器8；

所述的波控处理单元连接至所述多功能芯片1中所述的波控电路6，波控电路6输出端连接至所述6位移相器1、所述开关2及所述6位衰减器4,所述6位衰减器4输出连接所述接收信号调制组件2中的所述低噪声放大器10；所述开关2的另两个输出端分别连接所述低噪声放大器3及所述6位衰减器4的输入端，所述6位衰减器4的输出端连接所述接收信号调制组2的所述低噪声放大器10；所述接收电源调制5连接至所述低噪声放大器3；

所述接收信号调制组件2中的所述接收电源调制12连接至所述低噪声放大器10，所述低噪声放大器10与所述限幅器11串接后接入至所述环形阻隔器13；

所述接收信号调制组件3中的所述发射电源调制7分别连接所述驱动放大器8及所述功率放大器9，所述驱动放大器8与所述功率放大器9串接后接入所述环形阻隔器13。

进一步的，所述高集成四通道t/r组件的工作频率在x波段。

进一步的，所述的定向耦合器的耦合度为-20db。

进一步的，所述的定向耦合器通过金丝与收发通道的所述环行隔离器13相连。

进一步的，所述四通道t/r组件将采用低温共烧陶瓷为基板。

所述高集成四通道t/r组件，按照功能为微波电路与控制电路部分，其中微波电路包括的微波元件有开关2、低噪声放大器3、驱动放大器8、功率放大器9、低噪声放大器10、限幅器11、环行隔离器13；控制电路包括6位移相器1、波控电路6、6位衰减器4，接收电源调制5、发射电源调制7、接收电源调制12；其特征在于：微波电路传输采用微带线形式，微波元件与微带线之间通过金丝进行互连；微带线位于整个ltcc基板的表层，微带线线底部的微波参考地层位于整个ltcc基板的内部中间层，在微引线参考地层之下布置电源、控制走线层。

进一步的，对于微带线的参考地层，采用网络地与实地相结合的策略，引入网络地对底层低频走线布线层进行屏蔽隔离。

波控电路通过波控码串并转换器将波束控制单元输入的串行控制码转换并行码存入寄存器，由驱动电路驱动后输出控制t/r组件的发射数控移相器1、接收数控移相器1、接收数控衰减器4、收发开关2状态和负载态。发射数控移相器和接收数控移相器共用一个器件，有发射和接收两套控制码，在t/r信号控制下完成切换控制。

高集成四通道t/r组件，其工艺设计特征在于每个收发通道采用8层电路基板；其中上部4层为1:4功分器的微波介质层，下部4层用于低频接口分配网络走线；t/r组件的输入电源、控制信号通过低频接口分配网络进行分配，分别送至4路收发通道。

本发明的优点在于：

(1)高集成t/r组件中的微带线一带状线一微带线过渡。高集成t/r组件是一个独立封装和具有独立功能的模块，把封装内信号传输到封装外，为了减小信号传输插损。

(2)功分器接口板的优化设计。功分器和接口板集成为一体，功分器的参考地为虚地，因此参考地和接地过孔的设计是影响功分器的关键。

(3)装配时的钎焊率得到提高。装配时的钎焊率的高低，直接影响到微波传输参考地的好坏，是影响微波传输增益起伏等指标的关键因素。

(4)选用多功能芯片，将微波器件的数量较少，精减的器件是接口数量较多、比较占用布局面积的数字移相器、数字衰减器和开关，因此改用多功能芯片之后，可以重新优化组件的内部布局空间，从而优化了技术指标。

附图说明

图1是本发明一种多功能收发通道的原理框图。

图2是本发明一种四通道tr组件的组成框图。

具体实施方式

如图2所示，该四通道t/r组件包括定标耦合合成电路、四通道收发通道、1:4功分器。

收发通道实现了一个完整的单通道t/r组件功能。根据t/r组件的工作原理及设计要求。发射工作时，发射激励信号经6位数字移相器1后由开关2切换到发射支路，通过驱动放大器8及功率放大器9两级功率放大器放大后，通过环行阻隔器13输出到天线端口接收工作时，天线接收到的回波信号从天线端口输入，经环行阻隔器13输入到接收支路，通过限幅器11后由低噪声放大器10进行放大，并由6位数宇衰减器9进行幅度控制，由第一级低噪声放大器13进行增益补偿放大后，由开关2切换到收发公共支路，通过6位数字移相器1后输出。波控控制电路提供对收发通道幅度、相位及收发开关控制，电源控制电路则根据系统工作状态，实现对收发通道放大器工作电源的时序调制。

低频接口分配网络与1:4功分器在一块ltcc基板上集成设计，功分器主要功能是完成对发射激励信号的等幅同相功分和对接收回波信号的等幅同相合成。充分利用ltcc的微波多层特性，基板总层数8层，其中上部四层为1:4功分器的微波介质层，下部四层用于低频接口分配网络走线；解决了馈电、控制以及微波传输线等多种信号通过不同层交叉走线问题。在基板布线时，对于微带线的参考地层，采取网络地与实地相结合的策略，在保证微波参考地连续性的同时，引入网络地能够对底层低频走线布线层进行屏蔽隔离，同时也不会因为大面积金层而影响ltcc基板的烧结。功分器的隔离电阻采用表贴器件后期焊接，但是在该频段表贴器件寄生参数影响较大，隔离电阻的焊接对位偏差、端头焊锡形态差异都会带来较大影响，因此本次设计中采用ltcc工艺中的表层浆料电阻，与ltcc导带一起烧结完成，降低了组装复杂性。

定向耦合器的功能是将相邻两个通道耦合出定标信号并合成输出，该耦合器的耦合度为-20db,定向耦合器的一端与t/r组件射频连接器相连，另一端通过金丝与收发通道的环行隔离器13相连。耦合合成电路位于t/r组件天线端口一侧，没有需要混合布线的低频走线，因此采用了加工工艺较为简单的复合介质微带板进行设计。

收发通道用于对微波信号的放大与幅相调整，是整个t/r组件的高集成。四通道t/r组件内部含有四路收发通道，通过对四通道t/r组件结构、电路布局和装配工序的深入分析，将收发通道做成一个小型化、高密度组装通用化模块。ltcc基板的电路设计中，由于微波器件的输入输出端口需要通过金丝进行互连，因此微波电路传输线的选择，比较适合采用微带线形式，微波元件与微带线之间可以方便地通过金丝进行互连。微带线位于整个ltcc基板的表层，微带线线底部的微波参考地层位于整个ltcc基板的内部中间层，在微引线参考地层之下再布置电源、控制等走线层。ltcc联板的微波传输线参考地通过填充孔与基板底部互连，通过增加接地孔密度、数量并减小接地孔长度，降低了“悬浮”对微波电路的性能影响。在收发通道ltcc的布线中，基板背面为大面积焊接的地，这种结构特别适合于射频电路，它能提供最小的电感，在高频时提供一个低的“源-地”阻抗。地线面的另一个主要好处是能够使辐射的环路最小。这保证了电路基板的最小差模辐射和对外界骚扰的敏感度。

高集成t/r组件中的微带线一带状线一微带线过渡。本发明采用“高集成tr组件”的设计思路和建立cbb模块的工作理念，开发出具有独立t/r功能的“高集成t/r组件”，作为构成四通道tr组件的标准和通用模块。

进一步地，采用基板和腔体一体化封装的工艺形式。

进一步地，应用了a1si/a1sic和a1n等新的盒体和基板材料，在散热、重量和机械强度上具有优势。

进一步地，采用了高密度、高精度微波薄膜电路。

选用多功能芯片，将微波器件的数量较少，精减的器件是接口数量较多、比较占用布局面积的数字移相器、数字衰减器和开关，因此改用多功能芯片之后，可以重新优化组件的内部布局空间。

更进一步地，所述四通道tr组件的工作频率在x波段。

随着半导体设计技术、制造工艺的发展，基于gaasphemt工艺的多功能芯片的出现，将t/r组件用微波器件的集成度进一步提高。它能够在一个芯片内集成放大器、开关、数字移相器、数字衰减器及相应的控制接口转换电路等多种类型的功能电路，将原先在t/尺组件内部基板上进行集成使用的多个器件集成进一个芯片内，简化了t/r组件设计，降低了t/r组件装配复杂度。

t/r组件多功能芯片内部设计有多级放大器，集成数字衰减器和数字移相器，放大器、数字衰减器、数字移相器通过开关组合实现收发共用；多功能芯片内部可以集成接口电平转换电路或串转并波控电路，简化外部控制。精减的器件是接口数量较多、比较占用布局面积的数字移相器、数字衰减器和开关，因此改用多功能芯片之后，可以重新优化组件的内部布局空间，减小组件尺寸，提高其组件的性能。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含再本发明创造的保护范围之内。