CN103592633A - 一种s波段小型化数字t/r组件设计方法 - Google Patents

一种s波段小型化数字t/r组件设计方法 Download PDF

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张金良
陈文峰
王建跃
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Abstract

本发明涉及一种S波段小型化数字T/R组件设计方法。用于解决传统数字T/R组件体积过大、重量过重、EMC性能不理想的、可靠性较差的难题。本发明结构上采用双列8*2立体式结构布局，液冷冷却方式，整个组件包含16个收发通道；每组8个T/R通道共用一块数字接收板和电源系统，两组8通道T/R组件之间采用高密度连接器和光线互联。在电讯设计方面，本发明采用正交调制解调方式实现宽带信号的数字收发功能，并采用多层数模混合设计的方法实现数字电路和微波电路的高集成度设计。本发明提供的方法可直接应用于各类有源相控阵雷达多通道数字T/R组件设计，具有电路形式简洁，易装配，可靠性高等特点。

Description

一种S波段小型化数字T/R组件设计方法
技术领域
本发明涉及一种S波段小型化数字T/R组件设计方法，属于相控阵雷达系统T/R组件设计技术。
背景技术
在现代雷达技术中,相控阵雷达占有十分重要的地位,其中T/R组件是相控阵雷达的关键部件。随着数字技术的飞速发展,以往数字系统的复杂性和成本压力大大降低,可靠性不断提高,使得以前必须由模拟器件实现的系统逐步被数字系统代替。此外,数字系统还具有可重复性、控制灵活和便于集成等优点。随着雷达技术的发展，宽带雷达的优点逐渐显现，宽带特性不仅能提高目标分辨力，看到目标细微结构的“图像”，帮助目标识别，还能提高目标测量精度，提高抗干扰能力，降低多路径效应等。因此相控阵雷达数字化、宽带化已经成为必然趋势。相控阵雷达要实现宽带化、数字化，首先要解决的问题就是T/R组件的宽带化、数字化的高集成小型化设计技术。
本发明设计的S波段小型化数字T/R组件解决了高效液冷散热、高密度结构设计、多通道时序同步、瞬时宽带信号数字收发、零中频解调直流漂移、高速光纤传输、接收DBF合成、大功率无源限幅保护、多通道幅相修正、高直流直接转换、微波电磁兼容等大量技术难题，成功实现了100MHz以上数字信号收发、合成输出功率800W的小型化设计。本发明设计的S波段数字T/R组件具有数字化程度高、瞬时带宽宽、体积小重量轻、集成度高、性能优越等特点，并且能够实现工程化生产。
发明内容
本发明的目的在于为提供一种S波段小型化数字T/R组件设计方法。
实现本发明的技术解决方案为：结构上采用双列8×2立体式结构布局，液冷冷却方式，整个组件包含16个收发通道；组件中间为液冷冷板，冷板两侧各有8个T/R通道，共用冷却水道，以提高冷却效率；每组8个T/R通道共用一块数字接收板和电源系统，两组8通道T/R组件之间采用高密度连接器和光线互联。在电讯设计方面，本发明采用正交调制解调方式实现100MHz瞬时宽带信号的数字收发功能；采用新式大功率无源限幅器和高增益功放模块实现射频前端设计；采用多层数模混合设计的方法实现数字电路和微波电路的高集成度设计。通过结构和电讯两方面努力最终实现多通道数字T/R组件的小型化、宽带化设计。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：一，全数字化，内部完成变频、DDS信号产生、DBF波束形成等所有功能，实现高速数据光纤传输；二，实现瞬时宽带，采用零中频构架、基带直接采样，实现了100MHz的瞬时宽带收发和信号处理传输；三，高集成度，在有限的空间内集成16个收发通道，并将高直流转换电源集成在内，省去了外部独立的电源转换模块，节省资源并提高了电源转换效率；四，优越的收发性能，单通道输出功率达到50W以上，接收通道噪声系数3dB，接收通道抗烧毁能力达到100W（峰值功率，10%占空比）连续工作不损坏。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
附图1为一种S波段小型化数字T/R组件设计方法实现框图。
具体实施方式
实施过程及附图1所示，具体描述为以下过程：
根据瞬时宽带及对信号频谱质量的要求，同时提高电路集成度、降低成本，选择零中频的变频方式；为满足各通道精确幅相修正要求，并结合数字波束合成（DBF）设计需要，利用FPGA和高速DAC组成数字DDS以产生多通道宽带信号；射频收发通道的设计充分考虑高集成、高可靠、高一致性的思想，结合电磁兼容性设计，在布局设计上进行了反复试验优化，收发通道选择选用四端环行器形式以满足谐波抑制和功率耐受能力要求，低噪声放大前的限幅器功率耐受能力达到100瓦以提高接收前端的抗烧毁能力。为降低电流损耗，电源变换电路的输入电压选择了330V高电压，设计时充分考虑变换效率和功率冗余。为减少板间互联，提高可靠性，采用了数模混合电路一体化设计思想，为在优先级空间内实现高效散热，采用了液冷冷板与机壳一体化设计技术。
16通道宽带数字T/R组件从结构上分为两组，每组8个通道，两组之间以背靠背的方式装在同一个结构盒体中，共用同一块冷板。在每组T/R通道内部，共用一个时钟和本振输入信号，通过功分器实现时钟和本振信号的分配，每组通道通过独立的数模混合电路实现宽带信号产生、零中频调制解调、功率放大、限幅低噪声放大、多通道高速A/D采集、幅相修正、数字波束合成等功能，每个通道通过射频接口与天线阵子连接，两组T/R通道之间通过光纤实现数据传输。

Claims (2)

1.一种S波段数字T/R组件结构设计方法，其特征在于：采用双面背靠背布局方式，将16个T/R通道设计在冷却板两层，共用冷却板；并采用多层数模混合设计的方式将数字电路、模拟变频通道和本振时钟功分网络集成在一块电路板上最终实现T/R组件小型化设计。
2.一种基于正交调制解调方式实现的宽带数字信号收发方法，其特征在于：使用正交调制器与高速DA配合工作，直接产生100MHz以上射频宽带信号，同时，使用正交解调器与高速AD、高速FPGA协同工作，实现宽带信号的接收和处理。
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