高集成度的相控阵天线t组件通道集成方法

文档序号:9767110阅读:619来源:国知局
高集成度的相控阵天线t组件通道集成方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于测控通信领域中,能够应用于Ka频段二维有源相控阵天线的高集成度的T组件通道集成方法。
【背景技术】
[0002]Ka频段相控阵天线通常由天线阵面、T/R组件、波束形成网络、波控器和电源组成,主要包括Ka频段相控阵发射天线和Ka频段相控阵接收天线,Ka频段相控阵发射天线是发射信号依次通过波束形成网络、T组件再送到天线阵面进行信号辐射过程,Ka频段相控阵接收天线是接收信号依次由天线阵面送R组件,再送波束形成网络,输出一路合成的射频信号过程。在Ka频段相控阵发射天线中,移相器和功率放大器统称为发射组件(T组件),主要用于信号发射链路,对波束形成网络送入的发射信号依次进行相位移相和功率放大;在Ka频段相控阵接收天线中,低噪声放大器和移相器统称为接收组件(R组件),主要用于信号接收链路,对接收的微弱信号依次进行低噪声放大和相位移相。在测控通信领域,由于相控阵天线的发射链路和接收链路通常为全双工工作状态,且发射链路和接收链路的工作信号均为连续波信号形式,接收和发射信号工作频率相隔较近,为确保收发链路正常工作,相控阵天线需保证收发通道之间的隔离度要求,为此相控阵发射天线和相控阵接收天线往往采用分开设计,将相控阵天线的T组件和R组件分别进行独立设计。由于目前Ka波段功率放大(PA)芯片的设计效率较低,与R组件相比较,T组件的功耗往往高于R组件的功耗,因此,实际工程应用中,提高T组件的电路设计效率,降低T组件功耗是相控阵发射天线实现长时间连续工作的关键。而在测控通信领域,相控阵发射天线主要用于支持返向飞行器的遥测数据传输,为实现较高的信息传输速率,往往要求相控阵发射天线输出信号具有高EIRP值,为此Ka频段相控阵发射天线中就需要增加发射阵元规模或每个发射阵元配置大功率Ka频段功放芯片,在飞行器天线开窗口尺寸给定条件下,只能采用配置大功率Ka频段功放芯片的技术途径,而Ka频段功放芯片的设计效率较低,导致T组件的功耗较大,影响T组件的工作可靠性,因此,提高T组件通道的设计效率尤为必要。同时,工作在Ka频段的相控阵发射天线,发射天线阵面相邻阵元之间的间距通常设计为半个波长长度。由于Ka频段发射天线相邻阵元之间半个波长长度间距狭小,导致T组件部分的器件安装空间非常有限,而每个发射阵元后端要依次连接功放芯片、移相器芯片等器件,器件数量多,且通道失配误差会严重导致相控阵发射天线空间波束合成性能的下降,采用常规的T组件集成方法非常困难。因此,需要提高T组件的设计集成度,减小T组件的设计尺寸,这是Ka频段相控阵发射天线设备研制中需要迫切解决的技术问题。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是针对现有的Ka频段相控阵天线T组件存在的不足之处,提供一种具有集成度高、散热性好和可靠性高,实现技术难度小,能够实现T组件高集成度和高效率设计的方法。
[0004]本发明解决现有技术问题所采用的方案是:一种高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,其特征在于包括如下步骤:采用硅基CMOS工艺集成芯片,将Ka波段T组件多个通道和每通道的相位移相、预放大的多个器件功能集成在硅基CMOS工艺集成芯片中;然后在相控阵发射天线的T组件中,将来自波束形成网络的多路Ka频段射频信号同时送一片多通道CMOS工艺集成芯片、硅基CMOS工艺集成芯片内部,通过微电路并行实现多路信号的相位移相、幅度衰减和功率预放大,由CMOS工艺集成芯片输出多路移相、放大后的射频信号分别送给对应数量相同的砷化镓GaAs工艺制造的功率放大器PA芯片,功率放大器PA芯片将放大后的Ka频段射频信号输出至天线阵面的多个天线阵元。
[0005]本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
集成度高、散热性好。本发明将Ka波段T组件多个通道、每通道有多个器件功能高度集成在硅基CMOS工艺集成芯片中,解决了 Ka频段相控阵发射天线T组件狭小空间区域范围内要集成大量器件的技术难题。而且可靠性高。
[0006]实现技术难度小。本发明针对Ka频段相控阵发射天线T组件功耗较大、连接器件数量多的问题,采用不同于传统的T组件设计,利用多通道硅基CMOS工艺集成芯片实现多路射频信号的移相、衰减和预放大;利用电子迀移率高的砷化镓GaAs工艺功放器芯片,实现射频信号的高效率放大,从而克服了由于Ka频段发射天线相邻天线阵元之间半个波长长度间距狭小,每个发射阵元后端要依次连接功放芯片、移相器芯片等器件,器件数量多,常规的T组件集成方法非常困难的问题。
【附图说明】
[0007]下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。
[0008]图1是本发明高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法的原理框图。
【具体实施方式】
[0009]参阅图1。在以下实施例描述的实施例中,根据本发明采用硅基CMOS工艺集成芯片,将Ka波段T组件多个通道和每通道的相位移相、预放大的多个器件功能集成在硅基CMOS工艺集成芯片中;然后在相控阵发射天线的T组件中,将来自波束形成网络的多路Ka频段射频信号同时送一片多通道CMOS工艺集成芯片,硅基CMOS工艺集成芯片内部,通过微电路并行实现多路信号的相位移相、幅度衰减和功率预放大,由CMOS工艺集成芯片输出多路移相、放大后的射频信号分别送给对应数量相同的砷化镓GaAs工艺制造的功率放大器PA芯片,功率放大器PA芯片将放大后的Ka频段射频信号输出至天线阵面的多个天线阵元。
[0010]所述的多个通道可以是8通道。以8通道T组件和相控阵天线的波束形成网络8路Ka频段射频信号为例,8通道T组件采用一片CMOS工艺的集成芯片,实现8路Ka频段射频信号的相位移相、幅度衰减和功率预防大。CMOS工艺的集成芯片将Ka波段T组件8个通道和每通道的相位移相器、幅度衰减器和功率放大器件集成在硅基CMOS工艺集成芯片中。来自波束形成网络的8路Ka频段射频信号,送入一片8通道CMOS工艺集成芯片,在一片集成芯片中实现8路信号的相位移相、幅度衰减和功率预放大,然后,CMOS工艺集成芯片将输出8路移相后的射频信号分别送给8个GaAs工艺的功率放大器PA芯片,由Ka频段功率放大芯片实现8路射频信号放大后输出给天线阵面的8个阵元。
【主权项】
1.一种高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,其特征在于包括如下步骤:采用硅基CMOS工艺集成芯片,将Ka波段T组件多个通道和每通道的相位移相、预放大的多个器件功能集成在硅基CMOS工艺集成芯片中;然后在相控阵发射天线的T组件中,将来自波束形成网络的多路Ka频段射频信号同时送一片多通道CMOS工艺集成芯片、硅基CMOS工艺集成芯片内部,通过微电路并行实现多路信号的相位移相、幅度衰减和功率预放大,由CMOS工艺集成芯片输出多路移相、放大后的射频信号分别送给对应数量相同的砷化镓GaAs工艺制造的功率放大器PA芯片,功率放大器PA芯片将放大后的Ka频段射频信号输出至天线阵面的多个天线阵元。2.按权利要求1所述的高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,其特征在于,所述的多个通道可以是8通道。3.按权利要求2所述的高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,其特征在于,8通道T组件采用一片CMOS工艺的集成芯片,实现8路Ka频段射频信号的相位移相、幅度衰减和功率预防大。4.按权利要求2所述的高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,其特征在于,CMOS工艺的集成芯片将Ka波段T组件8个通道和每通道的相位移相器、幅度衰减器和功率放大器件集成在硅基CMOS工艺集成芯片中。5.按权利要求3所述的高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,其特征在于,CMOS工艺集成芯片将输出8路移相后的射频信号分别送给8个GaAs工艺的功率放大器PA芯片,由Ka频段功率放大芯片实现8路射频信号放大后输出给天线阵面的8个阵元。
【专利摘要】本发明提出的高集成度的相控阵天线T组件通道集成方法,旨在提供一种实现简单,能够满足Ka频段的8通道T组件高集成度和高效率的设计方法。本发明通过下述技术方案予以实现:硅基CMOS工艺集成芯片将Ka波段T组件多个通道和每通道的相位移相、预放大的多个器件功能集成在硅基CMOS工艺集成芯片中;然后在相控阵发射天线的T组件中,将来自波束形成网络的多路Ka频段射频信号同时送一片多通道CMOS工艺集成芯片、硅基CMOS工艺集成芯片内部,通过微电路并行实现多路信号的相位移相、幅度衰减和功率预放大,由CMOS工艺集成芯片输出多路移相、放大后的射频信号送给砷化镓GaAs功率放大器PA芯片,将放大后的Ka频段射频信号输出至天线阵面的多个天线阵元。
【IPC分类】H01Q21/00, H01Q1/50, H01Q1/22
【公开号】CN105529533
【申请号】CN201510885960
【发明人】万永伦
【申请人】中国电子科技集团公司第十研究所
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月7日
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