专利名称:毫米波相参导引头前端装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于毫米波技术领域：
，是一种‘主动制导体制’的毫米波导引头前端装 置，集接收、发射于一体，对目标进行近距离精确跟踪。
背景技术：
制导系统使用的导引头主要有光电导引头、微波导引头、毫米波导引头等类型，由 于毫米波导引头具有灵敏度高、分辨率好，抗干扰性能强等特点，加之毫米波制导系统受物 体飞行中形成的等离子体的影响较小，同时兼有红外和微波的优点，因此毫米波制导系统 已成为精确制导的主要发展方向之一。毫米波制导技术的研究始于20世纪70年代末，现 在西方国家不仅在频率上覆盖了整个毫米波段，而且建立了从器件到导引头的研制生产、 测试试验的完整研究体制，经常应用在多模复合制导中，可以根据干扰情况自动切换制导 模式，美国的“黄蜂”、“战斧”等均采用毫米波与红外双模制导制导系统。我国在毫米波制 导方面起步较晚，技术处于发展阶段，随着目前国内毫米波技术能力的提升，我国弹载导引 头也从厘米波频段向毫米波频段发展，作为毫米波精确制导发展的关键技术之一，毫米波 导引头的性能水准就显得尤为重要，其技术指标直接关系到制导的作用距离和准确度，高 性能的相参导引头前端装置可以提高系统的作用距离和抗干扰能力。该装置作为毫米波相 参导引头的核心部分，并根据毫米波相参导引头的收发各参数指标而研发的产品。
发明内容
要解决的问题现有的导引头前端装置多为非相参体制，且主要工作在厘米波导， 故在性能指标上仍有待改进，而且随着技术的发展和小型化的要求，一体化、多功能相参装 置的应用越来越普遍，特别是毫米波更是各国技术发展的前沿。因此国内需要开发稳定可 靠且具有更大输出功率和更低的噪声系数的产品，从而提高作用距离和灵敏性指标的毫米 波相参导引头前端装置。本实用新型的具体技术方案如下
一种毫米波相参导引头前端装置，包括本振变频装置、发射装置、接收装置和自检 装置；
所述本振变频装置接收基准频率信号，该信号经处理后分别为发射装置提供射频 输出信号和为接收装置提供本振频率信号；
所述发射装置接收本振变频装置提供的射频输出信号，经调制放大处理后输出射 频RFout信号给天线；
所述接收装置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的输入端设有定向耦合器， 在自检工作状态时，耦合来自发射装置输出的信号，该信号经处理后输出中频IF+信号；方 位/俯仰支路接收来自天线的方位/俯仰射频RF信号，信号经处理后输出中频IF-信号；
自检装置连接在发射和接收装置之间，受控把发射装置的输出信号传给天线或接 收装置。
1、对于本振装置[0010]所述本振变频装置包括倍频电路、放大电路、第一分配网络和上变频电路；所述倍 频电路把KU波段本振基准信号经过三倍频后得到Ka波段本振信号，再由放大电路进行放 大，放大后的信号经第一分配网络后输出给上变频电路提供本振频率，上变频电路把IFin 信号和本振频率上变频放大后分别输出至发射装置和接收装置。
上变频电路是双平衡混频器电路，包括混频器和放大器，IFin信号和本振信号先 混频器中混频，再经放大器放大后输出；所述放大器是GaAs微波单片电路。
2、对于发射装置
所述发射装置包括前级功放和末级合成功放；所述来自本振变频装置的上变频输 出信号经滤波后传送给前级功放，放大后的信号再经末级合成功放进一步放大后输出；所 述末级合成功放接收来自调制电路的信号，对输出信号进行脉冲调制。
所述前级和末级功放均为功率GaAs单片电路；末级功放是用90°平衡电桥实现 功率合成。
3、对于接收装置
所述接收装置还包括放大滤波电路和第二分配网络；所述放大滤波电路把来自本 振变频装置的上变频输出信号经放大滤波后传送给第二分配网络，经第二分配网络输出分 别作为和路支路和方位/俯仰支路的本振信号。
所述方位/俯仰支路包括微波开关、低噪声放大LNA和下变频电路；所述方位/俯 仰射频RF信号经微波开关后，再经LNA放大，最后在下变频电路中与来自第二分配网络的 本振信号混频后输出IF-信号；所述微波开关包括是单刀双掷开关SPDT，SPDT受外部信号 控制，切换方位/俯仰信号。该下变频电路包括混频器、滤波电路和放大电路，混频器输出 的信号先滤波，再经放大输出。
所述和路支路包括保护开关、低噪声放大LNA和下变频电路；所述和路信号经保 护开关后，再经LNA放大，最后在下变频电路中与来自第二分配网络的本振信号混频后输 出IF+信号；当发射装置工作时保护开关关断；所述和路支路与发射装置共用环行器后再 连接天线。该下变频电路包括混频器、滤波电路和放大电路，混频器输出的信号先滤波，再 经放大输出。
对于自检装置
所述自检装置包括定向耦合器、单刀双掷开关SPDT、固定衰减器和控制电路，所述 定向耦合器在自检工作状态时，耦合来自发射口的信号，耦合器为奇偶模平行微带传输线 形式。所述SPDT两输出端分别连接和路支路的LNA输入端和检波输出，SPDT的输入端连 接定向耦合器的输出端；所述SPDT输出端与所述LNA输入端之间设置固定衰减器；所述控 制电路连接控制SPDT的切换。
所述本振变频装置、发射装置、接收装置和自检装置分别设在独立的电磁屏蔽墙 体内，它们之间通过同轴线缆进行信号传输。
本技术方案的优点包括
1.毫米波谐波相参导引技术
该技术采用基波频率相参后提取谐波来实现毫米波的导引头前端设计，可以将传 统的导引头前端升级到毫米波频段，有效降低了成本；具体方案为X波段的本振基波信号 提取三次谐波信号与L波段的信号变频，提供Ka波段信号作为接收支路的本振信号，使该
5产品的本振频率由毫米波降为X波段，从而有效地降低了客户成本，提高了可靠度。本技术 中采用的三次谐波混频毫米波谐波导引目前尚未见。
2.脉冲叠加无失真技术
毫米波相参导引前端装置中开关与功放均为脉冲控制电路，脉冲叠加后极易形成 波形的前后沿失真，而脉冲叠加无失真技术对于实现脉冲控制波形的不失真时尤为关键。 脉冲叠加无失真技术将高低俯仰转换、保护脉冲、电源调制脉冲进行叠加后采用无失真处 理，使得各类脉冲信号的波形顶降小于3%。本技术目前国内尚未见。
3.毫米波互联综合技术
采用互联综合工艺实现电路高度集成，该技术将多芯片集成、模块一体化密封技 术等综合考虑，实现电路高度集成，从而满足毫米波相参导引前端装置小型化的要求。采用 互联综合设计技术解决毫米波相参导引前端装置混合信号设计(即数字、模拟及射频混合 设计)中的分布效应和相互干扰难题。
[0029]图1总系统框图；[0030]图2详细方案原理框图；[0031]图3本振变频装置原理框图[0032]图4发射装置原理框图；[0033]图5接收装置原理框图；[0034]图6自检装置原理框图。
具体实施方式
如图1、2，本毫米波相参导引头收发前端装置，包括本振变频装置、发射装置、接收 装置和自检装置，共四个部分。本振变频装置主要实现本振信号的倍频、变频和放大等功 能，为收发支路提供驱动和本振；发射装置主要实现发射中频信号的上变频、放大、调制和 输出功率管理等功能，最后输出给发射天线；接收装置主要实现将天线接收的微波信号通 过保护开关、低噪声放大、下变频、滤波输出中频信号等功能；自检装置用于在小功率模式 时，连接发射和接收，自检组件射频通路工作是否正常，包括单刀双开关、固定衰减器、以及 控制电路。
如图2、3，本振变频装置主要实现本振信号的倍频、变频和放大等功能，为收发支 路提供驱动和本振。其功能是将Ku波段本振基准信号经过三倍频后进行放大、功分，将频 率从Ku波段变换至Ka波段，再分别与发射中频和接收中频进行上变频后，放大输出，分别 为收、发支路提供本振激励信号和驱动信号。倍频器采用无源倍频以降低频率变换后系统 相位噪声的恶化；上变频为双平衡混频器电路，放大器选用GaAs异质结双极晶体管微波单 片；前级和末级功率放大器均为功率GaAs FET，采用微带匹配电路；设计中采用倍频之后 先功分再放大混频，通过分配网络和放大器反向隔离来提高收发通道之间的隔离度。
如图2、4，发射装置主要实现发射中频信号的、放大、调制和输出功率管理等功能， 最后输出给发射天线。上变频为双平衡混频器电路，放大器选用GaAs微波单片电路；前级 和末级功率放大器均为功率GaAs单片电路，采用90°平衡电桥实现功率合成，以满足功率
6输出2W的要求；调制电路以外部TTL信号为基准，控制放大器漏极脉冲电源，实现输出信号 脉冲调制，调制周期lOOus，脉宽30us ；最后通过微带环形器实现收发集合。
前级放大器为驱动放大器，其增益23dB，输出功率大于23dBm，为末级功放提供驱 动功率；末级功放选用增益16dB、饱和输出功率大于31dBm的功放芯片进行功率合成；末级 功放输出通过定向耦合器耦合部分功率经检波管检出脉冲电压去自检电路进行放大比较 后输出直流电平。定向耦合器采用微带耦合器，插损0.2dB、耦合度20dB。主路功率通过定 向耦合器经微带环形器至集合口输出。
如图2、5，接收装置主要实现将接收天线接收的微波信号通过保护开关、低噪声放 大、下变频、滤波输出中频信号等功能。接收装置分为和路、方位、俯仰三个支路。
此外，在输入端设计一定向耦合器，在自检工作状态时，耦合来自发射口的信号， 耦合器为奇偶模定向耦合线。保护开关为PIN二极管，置于射频输入端；低噪声放大器选用 GaAs微波单片电路；上变频器选用双平衡混频器电路形式，它具有高中频、高隔离度、低本 振功率要求等优点，采用微组装工艺技术实现。所述发展装置工作时保护开关关断，防止不 正常大功率信号灌入接收装置，烧毁器件。
方位/俯仰支路通过单刀双掷开关进行切换。LNA是接收装置的第一级有源电路， 噪声的大小决定了接收灵敏度的好坏，它本身应有很低的噪声并提供足够的增益以抑制后 续电路的噪声，根据实际电路测试结果，本装置接收低噪声放大器噪声< 2dB ；在方位/俯 仰支路的下变频电路中设有输出滤波器，该滤波器是LC低通滤波器，滤去多余杂波，提高 接收灵敏度。
如图2、6，自检装置用于在小功率模式时，连接发射和接收，自检组件的射频通路 是否工作正常，由单刀双开关、固定衰减器、以及控制电路组成。
为了提高系统的收发隔离度，本装置采用如下几个方法
1.电磁兼容设计将各功能单元分腔设计，形成电磁屏蔽的金属墙，减少空间串 扰辐射；加强电源电路的去耦合，防止干扰信号通过共用的电源电路传播。
2.选择合适的电路拓扑在提高分配网络的隔离度同时，在结构上采用增加腔体 隔离效果，以提高级间的隔离度；另外在各通道本振功分支路上提高放大器反向隔离来提 高通道间的隔离度。
表1为本装置主要指标实际测试结果。
表1常温电特性测试
权利要求
一种毫米波相参导引头前端装置，其特征是包括本振变频装置、发射装置、接收装置和自检装置；所述本振变频装置接收基准频率信号，该信号经处理后分别为发射装置提供射频输出信号和为接收装置提供本振频率信号；所述发射装置接收本振变频装置提供的射频输出信号，经调制放大处理后输出射频RFout信号给天线；所述接收装置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的输入端设有定向耦合器，在自检工作状态时，耦合来自发射装置输出的信号，该信号经处理后输出中频IF+信号；方位/俯仰支路接收来自天线的方位/俯仰射频RF信号，信号经处理后输出中频IF-信号；自检装置连接在发射和接收装置之间，受控把发射装置的输出信号传给天线或接收装置。
2.根据权利要求
1所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述本振变频装置包 括倍频电路、放大电路、第一分配网络和上变频电路；所述倍频电路把Ku波段本振基准信 号经过三倍频后得到Ka波段本振信号，再由放大电路进行放大，放大后的信号经第一分配 网络后输出给上变频电路提供本振频率，上变频电路把IFin信号和本振频率上变频放大 后分别输出至发射装置和接收装置。
3.根据权利要求
2所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述上变频电路是双 平衡混频器电路，包括混频器和放大器，IFin信号和本振信号先经混频器上变频，再经放大 器放大后输出；所述放大器是GaAs微波单片电路。
4.根据权利要求
2或3所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述发射装置包 括前级功放和末级合成功放；所述来自本振变频装置的上变频输出信号经滤波后传送给前 级功放，放大后的信号再经末级合成功放进一步放大后输出；所述末级合成功放接收来自 调制电路的信号，对输出信号进行脉冲调制。
5.根据权利要求
4所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述前级和末级功放 均为功率GaAs单片电路；末级功放是用90°平衡电桥实现功率合成。
6.根据权利要求
2或3所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述接收装置还 包括放大滤波电路和第二分配网络；所述放大滤波电路把来自本振变频装置的上变频输出 信号经放大滤波后传送给第二分配网络，经第二分配网络输出分别作为和路支路和方位/ 俯仰支路的本振信号。
7.根据权利要求
6所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述方位/俯仰支路 包括微波开关、低噪声放大LNA和下变频电路；所述方位/俯仰射频RF信号经微波开关后， 再经LNA放大，最后在下变频电路中与来自第二分配网络的本振信号混频后输出IF-信号； 所述微波开关包括是单刀双掷开关SPDT，SPDT受外部信号控制，切换方位/俯仰信号。
8.根据权利要求
6所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述和路支路包括保 护开关、低噪声放大LNA和下变频电路；所述和路信号经保护开关后，再经LNA放大，最后在 下变频电路中与来自第二分配网络的本振信号混频后输出IF+信号；当发射装置工作时保 护开关关断；所述和路支路与发射装置共用环行器后再连接天线。
9.根据权利要求
8所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述自检装置包括 定向耦合器、单刀双掷开关SPDT、固定衰减器和控制电路，所述定向耦合器在自检工作状态时，耦合来自发射口的信号，耦合器为奇偶模平行微带传输线形式；所述SPDT两输出端分 别连接和路支路的LNA输入端和检波输出，SPDT的输入端连接定向耦合器的输出端；所述 SPDT输出端与所述LNA输入端之间设置固定衰减器；所述控制电路连接控制SPDT的切换。
10.根据权利要求
1所述的毫米波相参导引头前端装置，其特征是所述本振变频装置、 发射装置、接收装置和自检装置分别设在独立的电磁屏蔽墙体内，它们之间通过同轴线缆 进行信号传输。
专利摘要
一种毫米波相参导引头前端装置，包括本振变频装置、发射装置、接收装置和自检装置；所述本振变频装置接收基准频率信号，该信号经处理后分别为发射装置提供射频输出信号和为接收装置提供本振频率信号；所述发射装置接收本振变频装置提供的射频输出信号，经调制放大处理后输出射频RFout信号给天线；所述接收装置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的输入端设有定向耦合器，在自检工作状态时，耦合来自发射装置输出的信号，该信号经处理后输出中频IF+信号；方位/俯仰支路接收来自天线的方位/俯仰射频RF信号，信号经处理后输出中频IF-信号；自检装置连接在发射和接收装置之间，受控把发射装置的输出信号传给天线或接收装置。本前端装置，集接收、发射于一体，对目标进行近距离精确跟踪。
文档编号F41G11/00GKCN201600448 U发布类型授权 专利申请号CN 201020025703
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月22日
发明者刘辉, 孙伊娜, 彭松, 戚友琴, 杨敏, 王学芝, 王念, 祝萍, 胡建凯 申请人:南京誉葆科技有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan