CN111044976A - 一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，包括子阵骨架、X波段四通道TR组件、驱动组件、一分十二功分器、综合网络层、波控子板；通过采用混合微波电路技术，将相控阵雷达阵面中的各种馈线网络设计成多层印制板的形式，以多层板内的互连代替传统阵面中的外部电缆连接，实现有引线阵面向无引线阵面的变革，提高雷达阵面的集成度，从而减小阵面的体积和重量，并提高雷达系统的可靠性、维修性与电磁兼容性；同时采用级连技术，通过综合网络层将驱动组件、X波段四通道TR组件、功分组件组合一个整体，不仅是一个独立的安装单元，也是一个独立的调试单元，既简化了各模块的接口关系，也提高了生产性、可靠性和维修性。

Description

一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统

技术领域

本发明涉及雷达相控阵系统领域，尤其涉及的是一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统。

背景技术

相控阵雷达信号传输网络是指雷达阵面中天线单元、TR组件、波控单元、电源系统等模块之间传输、分配和合成射频、波控、电源信号的各类馈线的总称，其基本结构由微波馈电网络、波束控制网络和电源转换网络等组成；在大多数相控阵雷达系统中，信号传输网络均占据了天线阵面较大比重的体积和重量，因此，研制高集成信号传输网络是适应相控阵雷达集成化、小型化和轻量化发展趋势的重要手段。

随着军用电子信息技术的快速发展和现代战争作战模式的显著变化，相控阵雷达主要朝着宽带、超宽带及多功能的方向发展，即除了要满足雷达搜索、定位和跟踪功能外，还要求系统具备目标识别、宽带成像和电子战等功能；超宽带相控阵雷达可同时执行多种功能、跟踪多批目标，具备较高的雷达搜索与跟踪速率，缘于超宽带雷达的功能多样性，其系统结构也较以往的相控阵雷达来得复杂，如果沿用传统的平面微波电路和分立的波束控制、电源分配网络，则会使雷达天线阵面结构过于复杂、体积过于庞大，这会导致雷达系统的可靠性降低。

在传统的高集成相控阵雷达系统中，为了实现相控阵雷达的高集成度传统的方法通常采用一块多层印制板为载体将阵列天线、收发组件、下变频器、校正网络、数字控制模块等均集成在同一块多层基板上，虽然减小了体积与成本，这样做往往就忽略了其可靠性、维修性、电磁兼容性等等；在可靠性上，因载体为多层印制板故散热效果很差，可能会导致发射部分的功率芯片在散热不良的情况下烧坏；在维修性上，若某一处电路出现故障，不方便维修，会导致整个产品报废，进而增加了许多维修成本；在电磁兼容性上，其在多层印制板上同时集成了射频、数字信号，会造成互相干扰。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，可减小其体积、重量、成本而保证其高可靠性、维修性以及电磁兼容性。

本发明的技术方案如下：一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，包括：子阵骨架、X波段四通道TR组件、驱动组件、一分十二功分器、综合网络层、波控子板；其中，

所述子阵骨架包括布线槽、L型导轨、散热齿、减重槽、电容安装孔、定位销；所述布线槽用于射频线缆的走线与固定，所述减重槽用于对子阵骨架的减重处理；所述L型导轨与定位销用于有源子阵系统的准确定位安装；所述散热齿位于子阵骨架的背面，用于对X波段四通道TR组件的散热；所述电容安装孔用于大容量电解电容的安装与固定；

所述X波段四通道TR组件的是组成相同的四个独立的TR通道合一的共腔体结构，数量为10只，沿子阵骨架正面后端纵向方向依次安装，用于实现射频收发功能；所述驱动组件安装在子阵骨架正面前端，用于给X波段四通道TR组件提供驱动放大激励与接收放大功能；

所述驱动组件是组成不同的四腔体结构，包括驱动组件盖板、驱动组件壳体、通过与腔体焊接固定的两个SSMA同轴连接器、电源与控制传输的驱动组件矩形连接器、内部电源转换与调制部分、电源保护部分、双向放大部分与功率放大部分及驱动组件围框；所述电源转换与调制部分与电源保护部分集成在同一块HTCC多层电路基板上，所述双向放大部分通过高温焊焊接在钼铜片上与射频输入端的共面波导相连，所述功率放大部分通过高温焊焊接在钼铜片上，与输出端的环形器相连，所述驱动组件围框通过腔体的内凹槽用导电胶粘在盒体内；

所述一分十二功分器安装在子阵骨架的正面，输入端通过射频电缆与驱动组件相连接，输出端通过10根射频电缆分别与X波段四通道TR组件连接，用于对射频信号的分配；

所述综合网络层安装在子阵骨架的正面，包括综合网络多层电路基板、大容量电解电容、J30J-21芯矩形连接器和所述波控子板；所述综合网络多层电路基板为环氧树脂FR-5多层电路基板，其电路板层数总共为14层，L1-4层为电源转换网络层，L5-8层为波控网络层，L9-14层为微波馈电网络层，而微波馈电网络层中，层9与层10为直流电+5V电源层，层11与层12为直流电-5V电源层；

所述波控子板也安装在子阵骨架的正面，通过多组2.54-30的插头与综合网络层连接，并通过波束控制网络将所产生的控制信号传递给各组件，包括12路组件控制接口控制电平LVTTL，用于与10只X波段四通道TR组件和1只驱动组件通讯，实现各通道的发射工作、发射移相，1路调试接口用于系统供电、温度传感器接入以及调试接口接入，一路温度传感器接口用于采集阵面温度。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述共腔体结构包括盖板、壳体、以及通过焊接分别与壳体固定的TR通道连接器、射频总口连接器、以及用于电源与控制传输的矩形连接器，还包括与四个独立的TR通道分别连接的功分网络，以及每个TR通道中的多功能MMIC芯片；每个TR通道还设有波控芯片，所述波控芯片与多功能MMIC芯片集成在同一块HTCC多层电路基板上，通道一的波控芯片、通道二的波控芯片、通道三的波控芯片、通道四的波控芯片依次相连接，通道一的波控芯片的输入端与所述射频总口连接器连接，通道一的波控芯片、通道二的波控芯片、通道三的波控芯片、通道四的波控芯片的输出端与所述多功能MMIC芯片、发射电源调制芯片和接收电源调制芯片连接，通道四的波控芯片的输出端还与所述射频总口连接器连接。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述有源子阵系统还包括一温度传感器，所述温度传感器安装于子阵骨架正面凹槽处，位于纵向方向电源输入端口侧第四只X波段四通道TR组件下方，其电源线与控制线与综合网络层的2.54-2.5芯插座相连接。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述电源转换网络层中，+28V低功率电源通过综合网络层的接线端子至电源转换网络层的表层，变换至+5V与-5V后通过过孔送至微波网络馈电层，在内部进行平均分配后通过过孔送至J30J-21芯矩形连接器处，再通过J30J-21芯的电缆组件给每一个X波段四通道TR组件与驱动组件供电。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述电源转换网络层中，直流的+28V转换成+5V的芯片选用HN公司的LM2673或LM2576开关电源芯片。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述电源转换网络层中，+28V高功率电源通过综合网络多层电路基板至电源转换网络层的表层进行滤波处理，通过J30J-21芯电缆组件给X波段四通道TR组件供电。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述电源转换网络层中，+28V高功率电源的滤波电路包含一个1分11的电源网络与11只大容量电解电容组成，大容量电解电容反装在综合网络多层电路基板上，大容量电解电容与电源传输网络并联到地。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述波控网络层，通过综合网络多层电路基板的多组2.54-30芯的插座与波控子板连接，再通过过孔将控制信号送至波控网络层进行分配处理，然后通过J30J-21芯电缆组件给X波段四通道TR组件提供控制信号；所述控制信号为11组8路的串行控制信号。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述微波馈电网络层，由直流+5V电源层与直流-5V电源层组成，两者之间均用地层隔开，且直流+5V电源层放置在直流-5V电源层之下；直流+5V电源层与直流-5V电源层均包括一条1分11的电源网络，分别通过过孔至表层焊盘处，给1只驱动组件与10只X波段TR组件进行供电。

所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其中：所述波控网络层与电源转换网络层之间采用两层地层进行隔离，所述波控网络层与微波馈电网络层之间采用两层地层进行隔离。

本发明所提供的一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，通过采用混合微波电路技术，将相控阵雷达阵面中的各种馈线网络设计成多层印制板的形式，以多层板内的互连代替传统阵面中的外部电缆连接，实现有引线阵面向无引线阵面的变革，提高雷达阵面的集成度，从而减小阵面的体积和重量，并提高雷达系统的可靠性、维修性与电磁兼容性。

同时，本发明提供了一种全新架构的有源相控阵雷达，其有源子阵系统采用级连技术，通过综合网络层将驱动组件、X波段四通道TR组件、功分组件组合一个整体，不仅成为一个独立的安装单元，也是一个独立的调试单元，因此既简化了各模块的接口关系，也提高了生产性、可靠性和维修性。

附图说明

图1是本发明相控阵雷达阵面系统实施例的总体框架构成图；

图2是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例正面和背面的元器件分布图；

图3是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例背面的立体图；

图4是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例正面的立体图；

图5是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例正面侧的分解图；

图6是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例所用综合网络层的侧面图；

图7是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例所用综合网络层的分解图；

图8是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例所用综合网络多层电路基板的层结构示意图；

图9是本发明相控阵雷达有源子阵系统实施例所用综合网络多层电路基板的工作原理图；

图10是本发明有源子阵系统实施例所用X波段四通道TR组件的放大立体图；

图11是本发明有源子阵系统实施例所用X波段四通道TR组件的内部结构放大平面图；

图中标号汇总：子阵骨架100、布线槽101、L型导轨102、散热齿103、电容安装孔104、减重槽105、定位销107、X波段四通道TR组件200、盖板201、壳体202、射频总口连接器203、矩形连接器204、TR通道连接器(205、206、207和208)、HTCC多层电路基板210、多功能MMIC芯片211、发射电源调制芯片212a、接收电源调制芯片212b、TR通道220、功率放大器芯片221、低噪声放大器222、限幅器芯片223与环形器隔离器芯片224、驱动组件300、一分十二功分器400、综合网络层500、综合网络多层电路基板501、电源转换网络层501U、波控网络层501M、微波馈电网络层501D、大容量电解电容502、J30J-21芯矩形连接器503、2.54-2.5芯(白色)插座504、波控子板600、电源输入端口700、温度传感器800。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

如图1所示，图1是本发明相控阵雷达阵面系统实施例的总体框架构成图，而相控阵雷达的整个阵面系统由天线阵面、有源子阵系统、阵面控制系统、阵面电源系统、激励源等组成，其中有源子阵系统属于整个阵面系统的核心组成单元。

所述有源子阵系统总体可分为三个单元，分别为驱动功分单元、收发组件单元、综合网络单元；所述驱动功分单元包含一个驱动组件300与一个功分组件，所述收发组件单元包括10个X波段四通道TR组件200，所述综合网络单元包括一块综合网络多层电路基板501与一块波控子板600；为了保证其可靠性、维修性、电磁兼容性，而将各功能模块分立安装，如发热量较大的X波段四通道TR组件200、驱动组件300等统一安装在便于散热的地方，后续会详细说明；又如将综合网络单元中发热量较大的地方统一放置在综合网络多层电路基板501的表层和底层，表层可以通过空气对流来散热，底层可以通过与子阵骨架的接触来散热，后续也会详细说明；为了保护其电磁兼容性，使数字信号、模拟信号、射频信号分开走线，射频信号采用射频电缆解决；数字信号与模拟信号采用综合网络多层电路基板501解决。

根据集成化、模块化的理念，还可将所述有源子阵划分成四个基本模块：驱动组件300、X波段四通道TR组件200、功分组件、综合网络层500；其中，所述综合网络层500包括综合网络多层电路基板501与波控子板600，所述X波段四通道TR组件200主要完成射频信号的发射、接收、移相、衰减等功能，所述功分组件用于射频信号的分配其特点是同幅与同相，所述驱动组件300通过功分组件给每个X波段四通道TR组件200提供发射激励与接收放大。

结合图2所示，图2是本发明有源子阵系统实施例正面和背面的元器件分布图，(a)是正面，(b)是背面或反面；具体的，所述有源子阵系统包括子阵骨架100、X波段四通道TR组件200、驱动组件300、一分十二功分器400、综合网络层500、波控子板600、电源输入端口700。

具体的，结合图3所示，图3是本发明有源子阵系统实施例背面的立体图，所述子阵骨架100为片状结构，上面的所有组件呈现图示的纵向安装，所述子阵骨架100的整体材料采用5A05铝合金材料制作，并在不影响强度的条件下进行减重处理，所述子阵骨架100主要包括布线槽101、L型导轨102、散热齿103、减重槽105、电容安装孔104、定位销107；其中，所述布线槽101用于射频线缆的走线与固定，所述减重槽105用于对子阵骨架100的减重处理；所述L型导轨102与定位销107用于有源子阵系统的准确定位安装；所述散热齿103用于对X波段四通道TR组件200的散热；所述电容安装孔104用于大容量电解电容502的安装与固定。

所述子阵骨架100背面相应位置设置的多排散热齿103结构，形成与该子阵骨架100正面所有X波段四通道TR组件200安装位置相符合的散热通道，因此通过相控阵阵面系统的冷却系统，很容易带走大量热量，以达到迅速冷却的效果。

结合图4所示，图4是本发明有源子阵系统实施例正面的立体图，所述X波段四通道TR组件200的数量为10只，沿子阵骨架100正面后端纵向方向依次安装，用于实现射频收发功能；所述驱动组件300安装在子阵骨架100正面前端，用于给X波段四通道TR组件200提供驱动放大激励与接收放大功能。

所述驱动组件300，结构呈扁平状，重量较轻；是组成不同的四腔体结构，所述四腔体结构(图未示出)包括驱动组件盖板、驱动组件壳体、通过与腔体焊接固定的两个SSMA同轴连接器、电源与控制传输的驱动组件矩形连接器、内部电源转换与调制部分、电源保护部分、双向放大部分与功率放大部分及驱动组件围框；所述电源转换与调制部分与电源保护部分集成在同一块HTCC多层电路基板上，所述双向放大部分通过高温焊焊接在钼铜片上与射频输入端的共面波导相连，所述功率放大部分通过高温焊焊接在钼铜片上，与输出端的环形器相连，所述驱动组件围框通过腔体的内凹槽用导电胶粘在盒体内，在保证导电性好的情况下更方便拆卸、维修。

所述一分十二功分器400安装在子阵骨架100的正面，输入端通过射频电缆(图未示出)与驱动组件300相连接，输出端通过10根射频电缆分别与X波段四通道TR组件200连接，用于对射频信号的分配；所述一分十二功分器400为无源组件，其特点是同幅、同相，即幅度与相位基本保持一致；该一分十二功分器400具有频率特性好、性能稳定、精度高、功率大、可靠性高、安装工艺简单等优点。

所述综合网络层500安装在子阵骨架100的正面，整体采用多层板设计，其板材采用环氧树脂FR-5板材，具有机械性能优越、尺寸稳定度好、抗冲击性能好的特点，其电气环境优秀、允许的工作温度高，为170℃，而且受环境因素影响较小，因此在有源子阵中尤为重要，在满足性能的同时减小了成本与重量，增加了可靠性、维修性与电磁兼容性。

所述波控子板600也安装在子阵骨架100的正面，通过多组2.54-30的插头与综合网络层500连接，并用螺钉进行固定。

结合图5所示，图5是本发明有源子阵系统实施例正面侧的分解图，所述有源子阵系统还包括一温度传感器800(即图1中的温度传感器)，所述温度传感器800安装于子阵骨架100正面凹槽处，位于纵向方向电源输入端口700侧第四只X波段四通道TR组件200下方，其电源线与控制线与综合网络层500的2.54-2.5芯(白色)插座504相连接。

具体的，结合图6和图7所示，图6是本发明有源子阵系统实施例所用综合网络层的侧面图，图7是本发明有源子阵系统实施例所用综合网络层的分解图；所述综合网络层500包括综合网络多层电路基板501、大容量电解电容502、J30J-21芯矩形连接器503、2.54-2.5芯(白色)插座504和所述波控子板600。

具体的，所述波控子板600通过多组2.54-30芯的插头与综合网络多层电路基板501相连接，并通过图1中的波束控制网络将所产生的控制信号传递给各组件，其主要功能包括12路组件控制接口控制电平LVTTL，用于与10只X波段四通道TR组件200和1只驱动组件300通讯，实现各通道的发射工作、发射移相，1路调试接口用于系统供电、温度传感器接入以及调试接口接入，一路温度传感器接口用于采集阵面温度。

结合图8所示，图8是本发明有源子阵系统实施例所用综合网络多层电路基板的层结构示意图，所述综合网络多层电路基板501按结构可划分为电源转换网络层501U(即图1中的电源分配网络)、波控网络层501M(即图1中的波束控制网络)与微波馈电网络层501D(即图1中的微波馈电网络)。

具体的，所述综合网络多层电路基板501为板厚2mm的环氧树脂FR-5多层电路基板，其电路板层数总共为14层，其中，L1-4层为电源转换网络层501U，L5-8层为波控网络层501M，L9-14层为微波馈电网络层501D，而微波馈电网络层501D中，层9与层10为直流电+5V电源层，层11与层12为直流电-5V电源层。

较好的是，所述波控网络层501M与电源转换网络层501U之间采用两层地层(4L和5L)进行隔离，所述波控网络层501M与微波馈电网络层501D之间采用两层地层(8L和9L)进行隔离，以加大控制信号的防串扰能力。

所述综合网络多层电路基板501主要功能有电源变换与分配、微波组件的馈电、波控控制信号的转接等；其按功能分主要包括数字控制部分、电源处理部分与信号传递部分，其中，数字控制部分主要用于对组件收发、移相、衰减等控制；电源处理部分主要对输入电源进行滤波与转换；信号传递部分主要是对电源、控制进行传递，把电源与控制通过微波馈电网络层501D与波控网络层501M传递给每个X波段四通道TR组件200、驱动组件300以及温度传感器800。

结合图9所示，图9是本发明有源子阵系统实施例所用综合网络多层电路基板的工作原理图，所述综合网络多层电路基板501的具体工作流程是，由阵面电源系统提供两路+28V电源，通过电源接线端子接入所述综合网络多层电路基板501中；其中，小功率的一路+28V通过综合网络多层电路基板501里面的电源转换网络层501U转换为+5V与-5V，通过微波馈电网络层501D分配给X通道四通道TR组件200与驱动组件300供电；另一路+28V先通过电源转换网络层501U与大功率电解电容502并联进行滤波处理，然后直接通过J30J-21芯矩形连接器503分配给X通道四通道TR组件200与驱动组件300供电。

所述电源转换网络层501U主要实现电源的滤波与变换功能；所述电源转换层属于功能电路层，一方面，需要贴装芯片及阻容器件并会产生大量热量，另一方面，给X波段四通道TR组件200功放加电的+28V电在通电时也会产生大量的热量，所以放在综合网络多层电路基板501上层，因此利用空气对流来进行散热。

具体的，所述电源转换网络层501U中，一方面，+28V低功率电源通过综合网络层500的接线端子至电源转换网络层501U的表层，变换至+5V与-5V后通过过孔送至微波网络馈电层501D，在内部进行平均分配后通过过孔送至J30J-21芯矩形连接器503处，再通过J30J-21芯的电缆组件给每一个X波段四通道TR组件200与驱动组件300供电；另一方面，用于+28V高功率电源的滤波，+28V高功率电源通过综合网络多层电路基板501至电源转换网络层501U的表层进行滤波处理，通过J30J-21芯电缆组件给X波段四通道TR组件200供电；所述J30J-21芯的电缆组件由J30J-21芯矩形连接器503和线缆组成，两边为插头形式与组件相连。

具体的，所述电源转换网络层501U中，直流的+28V转换成+5V的芯片选用HN公司的LM2673或LM2576开关电源芯片，电源转化效率85%，最大电流3.5A。

具体的，所述电源转换网络层501U中，+28V高功率电源的滤波电路包含一个1分11的电源网络与11只图7中的大容量电解电容502组成，大容量电解电容502反装在综合网络多层电路基板501上(即其背面)，大容量电解电容502与电源传输网络并联到地，以达到滤波的效果。

所述波控网络层501M主要实现波控数字波束的分配与传递，实现的是数字信号的传递，没有任何热量产生，所以放在中间层。

具体的，所述波控网络层501M，通过综合网络多层电路基板501的多组2.54-30芯的插座与波控子板600连接，再通过过孔将控制信号送至波控网络层501M进行分配处理，然后通过J30J-21芯电缆组件给X波段四通道TR组件200提供控制信号；所述控制信号为11组8路的串行控制信号。

所述微波馈电网络层501D主要实现电源的分配与传递，在通电时会产生一定的热量，所以放在下层位置。

具体的，所述微波馈电网络层501D，由直流+5V电源层与直流-5V电源层组成，两者之间均用地层11L隔开，以增加隔离性，且直流+5V电源层在工作时会产生热量，故直流+5V电源层放置在直流-5V电源层之下，靠近地层来增加散热，以提高可靠性；直流+5V电源层与直流-5V电源层均包括一条1分11的电源网络，分别通过过孔至表层焊盘处，给1只驱动组件300与10只X波段TR组件200进行供电。

结合如图10所示，图10是本发明有源子阵系统实施例所用X波段四通道TR组件的放大立体图，(c)是射频总口连接器侧，(d)是TR通道连接器侧；所述X波段四通道TR组件200，为频率8GHz～12GHz、单通道功率为10W的Ku波段四通道微波TR组件，结构呈片状，纵向尺寸很薄，是组成相同的四个独立的TR通道220合一的共腔体结构，该共腔体结构采用铝硅合金材料，强度高、导热系数好、膨胀系数与低温共烧陶瓷LTCC多层电路基板基本一致，保证了其可靠性；所述共腔体结构包括盖板201、壳体202、以及通过焊接分别与壳体202固定的TR通道连接器(205、206、207和208)、射频总口连接器203、以及用于电源与控制传输的矩形连接器204，还包括与四个独立的TR通道220分别连接的功分网络(即前述的功分组件)，以及每个TR通道220中的由多芯片组件MCM互连的多功能MMIC(单片微波集成电路)芯片211。

结合图11所示，图11是本发明有源子阵系统实施例所用X波段四通道TR组件的内部结构放大平面图，内部芯片采用多功能MMIC芯片211，基板采用高温共烧陶瓷的HTCC多层电路基板210；所述多功能MMIC芯片211在同一块高温共烧陶瓷的HTCC多层电路基板210上集成有发送与接收共用微波器件的六位移相器、六位衰减器、开关和驱动放大器、信号控制器，所述信号控制器用于为四个独立的TR通道220分别提供独立的幅度和相位控制。

具体的，所述X波段四通道TR组件200结构呈片状，纵向尺寸很薄；集成了多种功能电路，适于批量生产，成本相对较低。高集成度、高可靠性、可生产性高；其中高集成度表现在通过订制多功能MMIC芯片211减少微波芯片数量，并通过基于LTCC基板的MCM工艺制造，极大的提高了电路的集成度；高可靠性表现在所述X波段四通道TR组件200的壳体202使用了与陶瓷、芯片膨胀系数接近的铝硅材料，并采用激光气密封工艺；当±5V不正常时可以切断28V，防止功率放大器芯片221在供电不正常时损坏；功率放大器芯片221后面级联环形器隔离器芯片224，用于隔离天线端的反射以及天线扫描时的负载牵引；功率放大器芯片221的热沉采用金刚石铜，以进一步降低热阻，降低功率放大器芯片221的沟道温度。

较好的是，所述X波段四通道TR组件200区域2处为热量集中区，该部位为功率放大器芯片221所处的位置，在工作的时候会产生很高的热量，所以在安装X波段四通道TR组件200时，在其与子阵骨架100间加入了一层厚度为0.02mm的铟箔增加散热，铟箔相较于铜箔或铝箔有更好的散热能力与延展性。

而采用多功能MMIC芯片211可以大大降低设计难度，提高可靠性，减小体积、重量与成本；而采用HTCC多层电路基板210可以提高机械强度、布线密度高，且化学性能稳定，散热系数高，材料成本低，耐腐蚀耐高温性能良好。

每个TR通道220中还设有发射电源调制芯片212a和接收电源调制芯片212b，所述发射电源调制芯片212a和接收电源调制芯片212b分别与所述多功能MMIC芯片211集成在同一块HTCC多层电路基板210上。

每个TR通道220还设有依次连接的功率放大器芯片221、低噪声放大器222、限幅器芯片223、通道LNA芯片(图9中未标号)与环形器隔离器芯片224；每个TR通道220中的功率放大器芯片221通过金锡共晶焊焊接在钼铜片上，所述功率放大器芯片221的输入端与所述多功能MMIC芯片211相连接；每个TR通道220中的限幅器芯片223、通道LNA芯片分别与所述功率放大器芯片221集成在同一块钼铜片上，所述通道LNA芯片的输出端与所述多功能MMIC芯片211连接；每个TR通道220中的环形器隔离器芯片224相互连接，所述环形器隔离器芯片224通过铟锡焊料烧结在盒体上，所述环形器隔离器芯片224的输入端与所述功率放大器芯片221相连接，所述环形器隔离器芯片224的输出端与所述限幅器芯片223连接，所述TR通道射频连接器(205、206、207和208)与天线连接。

每个TR通道220还设有波控芯片213，所述波控芯片213与多功能MMIC芯片211集成在同一块HTCC多层电路基板210上，具体的，通道一的波控芯片213、通道二的波控芯片213、通道三的波控芯片213、通道四的波控芯片213依次相连接，通道一的波控芯片213的输入端与所述射频总口连接器203连接，通道一的波控芯片213、通道二的波控芯片213、通道三的波控芯片213、通道四的波控芯片213的输出端与所述多功能MMIC芯片211、发射电源调制芯片212a和接收电源调制芯片212b连接，通道四的波控芯片213的输出端还与所述射频总口连接器203连接。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于，包括：子阵骨架、X波段四通道TR组件、驱动组件、一分十二功分器、综合网络层、波控子板；其中，

所述子阵骨架包括布线槽、L型导轨、散热齿、减重槽、电容安装孔、定位销；所述布线槽用于射频线缆的走线与固定，所述减重槽用于对子阵骨架的减重处理；所述L型导轨与定位销用于有源子阵系统的准确定位安装；所述散热齿位于子阵骨架的背面，用于对X波段四通道TR组件的散热；所述电容安装孔用于大容量电解电容的安装与固定；

所述X波段四通道TR组件的是组成相同的四个独立的TR通道合一的共腔体结构，数量为10只，沿子阵骨架正面后端纵向方向依次安装，用于实现射频收发功能；所述驱动组件安装在子阵骨架正面前端，用于给X波段四通道TR组件提供驱动放大激励与接收放大功能；

所述驱动组件是组成不同的四腔体结构，包括驱动组件盖板、驱动组件壳体、通过与腔体焊接固定的两个SSMA同轴连接器、电源与控制传输的驱动组件矩形连接器、内部电源转换与调制部分、电源保护部分、双向放大部分与功率放大部分及驱动组件围框；所述电源转换与调制部分与电源保护部分集成在同一块HTCC多层电路基板上，所述双向放大部分通过高温焊焊接在钼铜片上与射频输入端的共面波导相连，所述功率放大部分通过高温焊焊接在钼铜片上，与输出端的环形器相连，所述驱动组件围框通过腔体的内凹槽用导电胶粘在盒体内；

所述一分十二功分器安装在子阵骨架的正面，输入端通过射频电缆与驱动组件相连接，输出端通过10根射频电缆分别与X波段四通道TR组件连接，用于对射频信号的分配；

所述综合网络层安装在子阵骨架的正面，包括综合网络多层电路基板、大容量电解电容、J30J-21芯矩形连接器和所述波控子板；所述综合网络多层电路基板为环氧树脂FR-5多层电路基板，其电路板层数总共为14层，L1-4层为电源转换网络层，L5-8层为波控网络层，L9-14层为微波馈电网络层，而微波馈电网络层中，层9与层10为直流电+5V电源层，层11与层12为直流电-5V电源层；

所述波控子板也安装在子阵骨架的正面，通过多组2.54-30的插头与综合网络层连接，并通过波束控制网络将所产生的控制信号传递给各组件，包括12路组件控制接口控制电平LVTTL，用于与10只X波段四通道TR组件和1只驱动组件通讯，实现各通道的发射工作、发射移相，1路调试接口用于系统供电、温度传感器接入以及调试接口接入，一路温度传感器接口用于采集阵面温度。

2.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述共腔体结构包括盖板、壳体、以及通过焊接分别与壳体固定的TR通道连接器、射频总口连接器、以及用于电源与控制传输的矩形连接器，还包括与四个独立的TR通道分别连接的功分网络，以及每个TR通道中的多功能MMIC芯片；每个TR通道还设有波控芯片，所述波控芯片与多功能MMIC芯片集成在同一块HTCC多层电路基板上，通道一的波控芯片、通道二的波控芯片、通道三的波控芯片、通道四的波控芯片依次相连接，通道一的波控芯片的输入端与所述射频总口连接器连接，通道一的波控芯片、通道二的波控芯片、通道三的波控芯片、通道四的波控芯片的输出端与所述多功能MMIC芯片、发射电源调制芯片和接收电源调制芯片连接，通道四的波控芯片的输出端还与所述射频总口连接器连接。

3.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述有源子阵系统还包括一温度传感器，所述温度传感器安装于子阵骨架正面凹槽处，位于纵向方向电源输入端口侧第四只X波段四通道TR组件下方，其电源线与控制线与综合网络层的2.54-2.5芯插座相连接。

4.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述电源转换网络层中，+28V低功率电源通过综合网络层的接线端子至电源转换网络层的表层，变换至+5V与-5V后通过过孔送至微波网络馈电层，在内部进行平均分配后通过过孔送至J30J-21芯矩形连接器处，再通过J30J-21芯的电缆组件给每一个X波段四通道TR组件与驱动组件供电。

5.根据权利要求4所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述电源转换网络层中，直流的+28V转换成+5V的芯片选用HN公司的LM2673或LM2576开关电源芯片。

6.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述电源转换网络层中，+28V高功率电源通过综合网络多层电路基板至电源转换网络层的表层进行滤波处理，通过J30J-21芯电缆组件给X波段四通道TR组件供电。

7.根据权利要求6所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述电源转换网络层中，+28V高功率电源的滤波电路包含一个1分11的电源网络与11只大容量电解电容组成，大容量电解电容反装在综合网络多层电路基板上，大容量电解电容与电源传输网络并联到地。

8.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述波控网络层，通过综合网络多层电路基板的多组2.54-30芯的插座与波控子板连接，再通过过孔将控制信号送至波控网络层进行分配处理，然后通过J30J-21芯电缆组件给X波段四通道TR组件提供控制信号；所述控制信号为11组8路的串行控制信号。

9.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述微波馈电网络层，由直流+5V电源层与直流-5V电源层组成，两者之间均用地层隔开，且直流+5V电源层放置在直流-5V电源层之下；直流+5V电源层与直流-5V电源层均包括一条1分11的电源网络，分别通过过孔至表层焊盘处，给1只驱动组件与10只X波段TR组件进行供电。

10.根据权利要求1所述的基于高集成度、高可靠性的相控阵雷达有源子阵系统，其特征在于：所述波控网络层与电源转换网络层之间采用两层地层进行隔离，所述波控网络层与微波馈电网络层之间采用两层地层进行隔离。

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