CN110277970B - 一种输出功率可切换的x波段t/r组件 - Google Patents

一种输出功率可切换的x波段t/r组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种输出功率可切换的X波段T/R组件,本发明的收发通道共用多功能芯片,实现6位移相和衰减功能,实现输入信号的放大功能,发射通道可以提供一大一小两路输出功率,由控制信号进行通道选择和切换;功率放大器,其连接多功能芯片,对多功能芯片的输出功率进行放大,以输出具有目标功率的放大信号,由控制信号选择不同放大通道进行功率放大,最终能分别产生两种不同功率的输出信号;限幅低噪放芯片,此器件在接收通道,对环隔器输出的信号进行检测和放大;盒体上设置有隔板和盖板,所述隔板置于驱动放大器和功率放大之间,防止功率放大器件之间相互影响产生自激,降低T/R组件的可靠性。盖板用来防止信号外泄,保证腔体内微波信号稳定。

Description

一种输出功率可切换的X波段T/R组件
技术领域
本发明涉及一种输出功率可切换的X波段T/R组件。
背景技术
相控阵雷达的天线阵面中,常常需要T/R组件提供数千个通道输出的功率供天线合成。通常用小功率连续波信号进行照射,用大功率脉冲信号进行目标跟踪,理论上需要两套体制的天线阵面。而机载相控阵,对阵面的体积和重量都有一定的要求,将大功率和小功率集成到同一阵面是比较理想的方案。对 T/R组件而言,最直接的方案是将功放芯片通过6位数控衰减器直接功率回退,但在整个X频段带宽内,功放芯片的线性增益起伏典型为±2dB,则功放线性功率输出也为同样起伏,不能满足要求;同时功放处于线性工作区,效率极低,功耗基本是静态功耗,是脉冲工作下平均功耗的2倍多,不能满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输出功率可切换的X波段T/R组件。
为解决上述问题,本发明提供一种输出功率可切换的X波段T/R组件,包括电路元器件,所述电路元器件包括:多功能芯片、功率放大器、环隔器、波控芯片、限幅低噪放芯片和电源管理芯片,其中,
所述多功能芯片、功率放大器和环隔器组成微波发射电路,其中,所述多功能芯片除了用于实现功率放大,还用于实现信号相位的变化;所述功率放大器连接所述多功能芯片,所述功率放大器内部由开关和放大链路组成,用于实现将所述多功能芯片输出的信号进行功率放大,并根据外部指令进行链路选择,选择低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道,输出对应的功率信号;
所述环隔器、限幅低噪放芯片和多功能芯片组成微波接收电路,所述限幅低噪放芯片用于对所述环隔器输出的信号进行检测和放大;
所述电源管理芯片分别为所述多功能芯片、功率放大器芯片、限幅低噪放芯片提供工作电压;
所述波控芯片用于对所述多功能芯片的内部移相模块和衰减模块进行控制,以及对控制信号进行调制。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,所述多功能芯片和功率放大器芯片内部都有两路功率放大通道,所述微波发射电路中,用于根据需求切换高增益大功率输出通道,或低增益低功率输出通道。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,所述电源管理芯片为所述多功能芯片提供低增益低功率通道和高增益大功率输出通道的两种发射通道的电源控制;并为所述功率放大器提供低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道的两路功率放大通道的漏压调制信号,为所述功率放大器提供低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道的两路功率放大通道中的栅压;及为所述限幅低噪放芯片提供电源调制;并为所述功率放大芯片提供内部GaN开关的电源调制。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,所述波控芯片的指令信号端均串接小于预设阈值的电阻进行限流保护。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,所述波控芯片具有负电检测功能,以确保上电时序,并具有加电顺序保护功能。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,所述波控芯片具有控制信号回读功能,以对输入时序进行分析,并具有对输入指令信号的分析功能。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,还包括结构件,所述结构件包括:盒体、盖板、隔板和钼铜载片,其中,
所述电路元器件置于所述盒体内;
所述隔板设置于所述盒体内并置于所述多功能芯片与功率放大器之间,用于前后级放大链路的隔离;
所述盖板用于封闭所述盒体;
所述钼铜载片设置于所述盒体内,用于承载功率放大芯片,以避免因热膨胀系数相差太大而导致芯片断裂。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,所述盒体的材料为铝硅。
进一步的,在上述输出功率可切换的X波段T/R组件中,封闭所述盒体的盖板使用激光封焊,以保证信号屏蔽和气密。
与现有技术相比,本发明提供一种X波段两种功率可切换的T/R组件,收发通道共用多功能芯片,实现6位移相和衰减功能,实现输入信号的放大功能,发射通道可以提供一大一小两路输出功率,由控制信号进行通道选择和切换;功率放大器,其连接多功能芯片,对多功能芯片的输出功率进行放大,以输出具有目标功率的放大信号,由控制信号选择不同放大通道进行功率放大,最终能分别产生两种不同功率的输出信号;限幅低噪放芯片,此器件在接收通道,对环隔器输出的信号进行检测和放大;盒体,其设置有隔板和盖板,所述隔板置于驱动放大器和功率放大之间,防止功率放大器件之间相互影响产生自激,降低T/R组件的可靠性。盖板用来防止信号外泄,保证腔体内微波信号稳定。
附图说明
图1是本发明一实施例的输出功率可切换的X波段T/R组件的电路系统框图;
图2是本发明一实施例的X波段T/R组件的电源管理芯片的功能框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明提供一种输出功率可切换的X波段T/R组件,包括电路元器件,所述电路元器件包括:多功能芯片、功率放大器、环隔器、波控芯片、限幅低噪放芯片和电源管理芯片,其中,
所述多功能芯片、功率放大器和环隔器组成微波发射电路,其中,所述多功能芯片除了用于实现功率放大,还用于实现信号相位的变化;所述功率放大器连接所述多功能芯片,所述功率放大器内部由开关和放大链路组成,用于实现将所述多功能芯片输出的信号进行功率放大,并根据外部指令进行链路选择,选择低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道,输出对应的功率信号;
所述环隔器、限幅低噪放芯片和多功能芯片组成微波接收电路,所述限幅低噪放芯片用于对所述环隔器输出的信号进行检测和放大;
所述电源管理芯片分别为所述多功能芯片、功率放大器芯片、限幅低噪放芯片提供工作电压;
所述波控芯片用于对所述多功能芯片的内部移相模块和衰减模块进行控制,以及对控制信号进行调制。
在此,为了解决在同一微波放大通道实现10W和200mW的不同功率微波信号输出的问题,并且链路工作稳定,效率满足使用要求,所述输出功率可切换的X波段T/R组件通过所述电源管理芯片和MOS管的控制,X波段T/R组件可将输入的微波信号放大到10W或200mW后输出,实现两种工作模式。
利用本发明,使得同一个组件内的同一发射通道可以实现大功率脉冲信号输出和小功率连续波信号输出两种状态,并且在小功率输出的状态下功耗减小。
本发明提供一种X波段两种功率可切换的T/R组件,收发通道共用多功能芯片,实现6位移相和衰减功能,实现输入信号的放大功能,发射通道可以提供一大一小两路输出功率,由控制信号进行通道选择和切换;功率放大器,其连接多功能芯片,对多功能芯片的输出功率进行放大,以输出具有目标功率的放大信号,由控制信号选择不同放大通道进行功率放大,最终能分别产生两种不同功率的输出信号;限幅低噪放芯片,此器件在接收通道,对环隔器输出的信号进行检测和放大。
本发明可以实现在同一路功放链路中实现输出大信号和小信号的切换功能,满足两种工作模式,具有集成度高、小型化、输出功率平坦度好、发射效率高等优点。
本发明的输出功率可切换的X波段T/R组件一实施例中,所述多功能芯片和功率放大器芯片内部都有两路功率放大通道,所述微波发射电路中,用于根据需求切换高增益大功率输出通道,或低增益低功率输出通道。
本发明的输出功率可切换的X波段T/R组件一实施例中,所述电源管理芯片为所述多功能芯片提供低增益低功率通道和高增益大功率输出通道的两种发射通道的电源控制;并为所述功率放大器提供低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道的两路功率放大通道的漏压调制信号,为所述功率放大器提供低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道的两路功率放大通道中的栅压;及为所述限幅低噪放芯片提供电源调制;并为所述功率放大芯片提供内部GaN开关的电源调制。
在此,图2是本发明一种输出功率可切换的X波段T/R组件的电源管理芯片的功能框图。如图2所示,该电源管理芯片,将多功能芯片中驱动放大器的电源控制、接收通道低噪放的电源控制、功率放大器的栅压调制电路、功率放大器中小功率通道的漏压调制、功率放大器中大功率通道P-MOSFET驱动电路、功率放大芯片中GaN开关驱动等功能电路集成到一块芯片中。TRT、TRT1、TRR 为电源管理芯片的输入管脚,R1、R2、R3端为栅压端口Vg的调整管脚;5VTP 管脚接多功能芯片小增益通道的加电端;5VTC管脚接多功能芯片大增益通道的加电端;5VR管脚接接收通道限幅低噪放和多功能芯片内接收支路放大器的加电端;Vg管脚接功率放大器的栅压端;VDC管脚接功率放大器小功率通道的漏压端;VDP接P-MOSFET的S极,P-MOSFET的D极接功率放大器大功率通道的漏压端;N、P管脚接功率放大器的GaN开关端;TRT1管脚接多功能芯片大小功率开关控制端口。
电源调制分为发射和接收两部分,其中发射通道有两种不同的工作模式,当电源管理芯片的输入管脚TRT、TRT1为高电平,TRR为低电平,R1、R2两端口相连时,组件工作在发射状态,电源管理芯片的输出管脚5VTP为高电平, 5VTC为低电平,5VR为低电平,Vg为-2V,VDC为28V,VDP为高电平,N/P 为28V/0,此时多功能芯片内放大链路切换到的小增益放大通道,功率放大器内的GaN开关切换到小功率放大通道,T/R组件工作在发射状态,且切换到小功率输出通道;当电源管理芯片的输入管脚TRT为高电平,TRT1为低电平, TRR为低电平,R1、R2两端口相连时,组件工作在发射状态,电源管理芯片的输出管脚5VTP为低电平,5VTC为高电平,5VR为低电平,Vg为-2V,VDC 为0V,VDP为低电平,N/P为0V/28,此时多功能芯片内放大链路切换到的大增益放大通道,功率放大器内的GaN开关切换到大功率放大通道,T/R组件工作在发射状态,且切换到大功率输出通道;当电源管理芯片的输入管脚TRT 为低电平,TRR为高电平,组件工作在接收状态,电源管理芯片的输出管脚 5VTP、5VTC为低电平,5VR为高电平,VDC为0V,VDP为高电平,N/P为 0V/28,此时多功能芯片内放大链路没有工作电压,功率放大器没有工作电压,低噪放正常工作,T/R组件工作在接收状态。
本发明的输出功率可切换的X波段T/R组件一实施例中,所述波控芯片的指令信号端均串接小于预设阈值的电阻进行限流保护,所述波控芯片具有负电检测功能,以确保上电时序,并具有加电顺序保护功能。
本发明的输出功率可切换的X波段T/R组件一实施例中,所述波控芯片具有控制信号回读功能,以对输入时序进行分析,并具有对输入指令信号的分析功能。
本发明的输出功率可切换的X波段T/R组件一实施例中,还包括结构件,所述结构件包括:盒体、盖板、隔板和钼铜载片,其中,
所述盒体的材料为铝硅,所述电路元器件置于所述盒体内;
所述隔板设置于所述盒体内并置于所述多功能芯片与功率放大器之间,用于前后级放大链路的隔离;
封闭所述盒体的盖板使用激光封焊,以保证信号屏蔽和气密;
所述钼铜载片设置于所述盒体内,用于承载功率放大芯片,以避免因热膨胀系数相差太大而导致芯片断裂。
在此,盒体上设置有隔板和盖板,所述隔板置于驱动放大器和功率放大之间,防止功率放大器件之间相互影响产生自激,降低T/R组件的可靠性。盖板用来防止信号外泄,保证腔体内微波信号稳定。
综上所述,本发明解决了T/R组件中无法在同一组件中完成共用发射链路情况下实现大功率脉冲信号和小功率连续波信号两种输出功率切换的问题,解决了在同一组件中无法高效率地输出上述两种工作状态的问题。在高低温及常温环境下测试,组件发射通道功大小输出功率切换稳定,功率平坦度较小,发射效率较高,高发射增益下无自激;组件接收通道接收增益平坦度较小,噪声系数小于3dB。因此,本发明取得了适应环境性能强、集成度高、小型化、发射功率切换稳定、发射效率高、接收增益大且平坦度好等有益效果。
本发明可以通过控制信号对电源控制芯片调制,来选通工作在发射或接收通道,其中,发射通道的两种工作状态,可通过电源控制芯片的输出信号对多功能和功率放大器内部的开关进行选择,实现工作通道的切换,T/R组件可以将输入的微波信号放大到10W或200mW后输出,并且实现在小功率输出的状态下功耗低,在大功率输出的状态下效率高的特点。
由上所述,本发明的优异之处在于:
本发明T/R组件发射通道输出功率可选,在同一发射链路可切换两种发射通道,实现大小功率选择输出,解决了同一组件内实现两种工作模式的难题。
本发明集成度高,组件内多功能芯片、电源控制芯片、功率放大器均有较高的集成度,实现了组件的小型化和轻便化。本发明特别适合于机载雷达。
本发明T/R组件小功率发射通道功耗小,大功率发射通道效率高,两种工作模式切换快速且稳定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然,本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,包括电路元器件,所述电路元器件包括:多功能芯片、功率放大器、环隔器、波控芯片、限幅低噪放芯片和电源管理芯片,其中,
所述多功能芯片、功率放大器和环隔器组成微波发射电路,其中,所述多功能芯片除了用于实现功率放大,还用于实现信号相位的变化;所述功率放大器连接所述多功能芯片,所述功率放大器内部由开关和放大链路组成,用于实现将所述多功能芯片输出的信号进行功率放大,并根据外部指令进行链路选择,选择低增益低功率通道或高增益大功率输出通道,输出对应的功率信号;
所述环隔器、限幅低噪放芯片和多功能芯片组成微波接收电路,所述限幅低噪放芯片用于对所述环隔器输出的信号进行检测和放大;
所述电源管理芯片分别为所述多功能芯片、功率放大器芯片、限幅低噪放芯片提供工作电压;
所述波控芯片用于对所述多功能芯片的内部移相模块和衰减模块进行控制,以及对控制信号进行调制。
2.如权利要求1所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,所述多功能芯片和功率放大器芯片内部都有两路功率放大通道,所述微波发射电路中,用于根据需求切换高增益大功率输出通道,或低增益低功率输出通道。
3.如权利要求2所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,所述电源管理芯片为所述多功能芯片提供低增益低功率通道和高增益大功率输出通道的两种发射通道的电源控制;并为所述功率放大器提供低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道的两路功率放大通道的漏压调制信号,为所述功率放大器提供低增益低功率通道通或高增益大功率输出通道的两路功率放大通道中的栅压;及为所述限幅低噪放芯片提供电源调制;并为所述功率放大器提供内部GaN开关的电源调制。
4.如权利要求3所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,所述波控芯片的指令信号端均串接小于预设阈值的电阻进行限流保护。
5.如权利要求4所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,所述波控芯片具有负电检测功能,以确保上电时序,并具有加电顺序保护功能。
6.如权利要求5所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,所述波控芯片具有控制信号回读功能,以对输入时序进行分析,并具有对输入指令信号的分析功能。
7.如权利要求1所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,还包括结构件,所述结构件包括:盒体、盖板、隔板和钼铜载片,其中,
所述电路元器件置于所述盒体内;
所述隔板设置于所述盒体内并置于所述多功能芯片与功率放大器之间,用于前后级放大链路的隔离;
所述盖板用于封闭所述盒体;
所述钼铜载片设置于所述盒体内,用于承载功率放大器,以避免因热膨胀系数相差太大而导致芯片断裂。
8.如权利要求7所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,所述盒体的材料为铝硅。
9.如权利要求7所述的输出功率可切换的X波段T/R组件,其特征在于,封闭所述盒体的盖板使用激光封焊,以保证信号屏蔽和气密。
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