CN111697978B - 一种Ka频段标准化四通道发射组件 - Google Patents

Abstract

一种Ka频段标准化四通道发射组件，包括供电部分、射频信号调制部分，采用数据位和电源调制电路进行供电控制，并结合外部片选信号，实现单通道独立可控，同时采用移相衰减多功能芯片作为幅相控制器件，保证了发射模块各项功能的顺利传递，兼顾产品抗干扰能力与负电保护功能，对整体内部传输网络进行全局优化，实现模块尺寸上的标准化设计，生产成本低，可有规则拼接排列组合为雷达阵面。

Description

一种Ka频段标准化四通道发射组件

技术领域

本发明涉及一种Ka频段标准化四通道发射组件，属于相控阵雷达技术领域。

背景技术

相控阵雷达利用大量独立幅相控制的天线阵元排列成天线阵面，通过控制各阵元的幅度相位形成各单元特定指向的波束，最终合成主波束。相控阵雷达由于拥有多目标跟踪、空域滤波、多波束快速扫描、指向灵活、可靠性高等优势，成为当今雷达探测领域的主要发展方向。位于相控阵雷达前端的发射组件是其核心部件之一，是天线辐射幅度及相位的主要控制部分，承担着发射信号的滤波放大、波束形成和扫描所需的幅相控制等功能，对整个相控阵系统的性能起到决定性作用，并且是相控阵雷达的主要成本及体积占用所在。通常大型有源相控阵雷达阵面包含成千甚至上万多路通道单元，且阵面多为不规则形状，如果针对不规则形状的区域分别进行组件设计，不仅组件种类多样工作量大，且设计难度高，将大大提高人力设计成本，降低生产装配效率并影响整机系统可靠性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统相控阵雷达真面通道单元数量较多、形状不规则、难以进行分类及对应组件设计的问题，提出了一种Ka频段标准化四通道发射组件。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种Ka频段标准化四通道发射组件，包括第一级放大器A0、第二级放大器A1、第二级放大器A2、第二级放大器A3、第二级放大器A4、功分器D0、功分器D1、功分器D2、移相衰减集成芯片Z1、移相衰减集成芯片Z2、移相衰减集成芯片Z3、移相衰减集成芯片Z4、负电保护芯片C1、供电控制单元C2，其中：

所述第一级放大器A0接收射频输入信号，对该输入信号放大处理后发送至滤波器F滤波处理，所得滤波后射频信号通过功分器D0、功分器D1、功分器D2均分，均分后射频信号通过对应输出分路处于导通状态下的移相衰减集成芯片进行移相衰减调制，并通过对应输出分路第二级放大器进行二次放大处理获取射频输出信号；

所述移相衰减集成芯片Z1、移相衰减集成芯片Z2、移相衰减集成芯片Z3、移相衰减集成芯片Z4分别接收片选信号CS1、片选信号CS2、片选信号CS3、片选信号CS4，根据对应片选信号电平状态控制导通状态，若片选信号为高电平，则该移相衰减集成芯片关断，若片选信号为低电平，则该移相衰减集成芯片导通；导通后移相衰减集成芯片同时接收时钟信号CLK、包含移相衰减信息的外部指令数据D及锁存信号LD，在负电信号Vg供电作用下进行数据锁存后向供电控制单元C2发送高电平供电控制信号；

所述负电保护芯片C1接收负电信号Vg及正电信号VD，并向供电控制单元C2发送转化后的正电信号Vd，所述供电控制单元C2同时接收导通后的移相衰减集成芯片发送的高电平供电控制信号并输出为对应输出分路的第二级放大器进行供电的正电信号。

所述功分器D0将滤波器F滤波处理后射频信号均分为两路，所得两路信号分别经功分器D1、功分器D2均分为两路射频信号。

所述均分后射频信号为四路信号，移相衰减集成芯片Z1与第二级放大器A1、移相衰减集成芯片Z2与第二级放大器A2、移相衰减集成芯片Z3与第二级放大器A3、移相衰减集成芯片Z4与第二级放大器A4于各自输出分路中一一对应。

所述供电控制单元C2包括PMOS晶体管T1、PMOS晶体管T2、PMOS晶体管T3、PMOS晶体管T4、反相器G1、反相器G2、反相器G3、反相器G4，反相器G1及PMOS晶体管T1、反相器G2及PMOS晶体管T2、反相器G3及PMOS晶体管T3、反相器G4及PMOS晶体管T4一一对应连接，所述PMOS晶体管T1、PMOS晶体管T2、PMOS晶体管T3、PMOS晶体管T4并联，各PMOS晶体管漏极均接收正电信号Vd，所述移相衰减集成芯片发送的高电平供电控制信号经过对应反相器转化为低电平信号，所述低电平信号输出至对应PMOS晶体管的栅极导通该晶体管，所述正电信号Vd经PMOS晶体管调制后分别输出正电信号Vd1或正电信号Vd2或正电信号Vd3或正电信号Vd4为对应输出分路的第二级放大器供电。

所述射频信号均通过微带传输线W1～W9进行传输，所述片选信号、正电信号VD、负电信号Vg、时钟信号CLK、锁存信号LD、外部指令数据D均通过接插件X0提供，所述射频输出信号分别通过对应输出分路的射频输出端口X1或X2或X3或X4输出，所述射频输入信号通过射频输入端口W10发送至第一级放大器A0。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种Ka频段标准化四通道发射组件，采用数据位和电源调制电路进行供电控制，并结合外部片选信号，实现单通道独立可控，并采用移相衰减多功能芯片作为幅相控制器件，保证了发射模块各项功能的顺利传递，在射频传输链路上加入了滤波器，提高了产品的抗干扰能力，同时兼顾负电保护功能，确保放大器正常工作，避免因无栅极负电导致沟道被正电击穿烧毁；

(2)本发明对整体内部传输网络进行全局优化，保证各通道相位一致性，实现模块尺寸上的标准化设计，同时采用垂直过渡结构，将输入端口设计在背面，最大限度地降低产品厚度，同时发射模块拼接排列使用时又方便各模块输入端口的连接，使空间利用率达到最大，可以有规则的拼接排列组合出雷达阵面，大大降低设计和生产成本，并有效提高生产装配效率。

附图说明

图1为发明提供的Ka频段标准化四通道发射组件结构原理图；

图2为发明提供的供电控制单元结构原理图；

图3为发明提供的传输线布局示意图；

具体实施方式

一种Ka频段标准化四通道发射组件，带有负电保护、供电控制、滤波放大、幅相控制和单通道独立可控功能，能够实现装置小型化、高可靠四通道信号发射，能够作为有源相控阵雷达中的发射组件，主要包括供电部分、射频信号调制部分，其中供电部分包括负电保护芯片C1、供电控制单元C2，射频信号调制部分包括第一级放大器A0、第二级放大器A1、第二级放大器A2、第二级放大器A3、第二级放大器A4、功分器D0、功分器D1、功分器D2、移相衰减集成芯片Z1、移相衰减集成芯片Z2、移相衰减集成芯片Z3、移相衰减集成芯片Z4；

如图1所示，在射频信号调制部分，第一级放大器A0将接收的射频输入信号放大处理后，再通过滤波器F进行滤波，得到滤波后射频信号，再通过功分器D0均分为两路，每一路再分别通过功分器D1、功分器D2均分，总共四路均分后射频信号分别进入对应输出分路，移相衰减集成芯片Z1与第二级放大器A1、移相衰减集成芯片Z2与第二级放大器A2、移相衰减集成芯片Z3与第二级放大器A3、移相衰减集成芯片Z4与第二级放大器A4于各自输出分路中一一对应，组成四条对应输出分路；

若对应输出分路为导通状态，均分后射频信号通过导通状态下的移相衰减集成芯片进行移相衰减调制，并通过对应输出分路第二级放大器进行二次放大处理获取射频输出信号；若对应输出分路为关断状态，不进行信号调制。

其中，移相衰减集成芯片Z1、移相衰减集成芯片Z2、移相衰减集成芯片Z3、移相衰减集成芯片Z4分别接收片选信号CS1、片选信号CS2、片选信号CS3、片选信号CS4，根据对应片选信号电平状态控制导通状态，若片选信号为高电平，则该移相衰减集成芯片关断，若片选信号为低电平，则该移相衰减集成芯片导通；导通后移相衰减集成芯片同时接收时钟信号CLK、包含移相衰减信息的外部指令数据D及锁存信号LD，在负电信号Vg供电作用下进行数据锁存后向供电控制单元C2发送高电平供电控制信号；

所述负电保护芯片C1于负电信号Vg存在情况下接收正电信号VD，转化为输出正电信号Vd并发送至供电控制单元C2，供电控制单元C2接收移相衰减集成芯片Z1输出的高电平供电控制信号P1或移相衰减集成芯片Z2输出的高电平供电控制信号P2或移相衰减集成芯片Z3输出的高电平供电控制信号P3或移相衰减集成芯片Z4输出的高电平供电控制信号P4，根据所接收的高电平供电控制信号向对应输出分路的第二级放大器发送正电信号Vd1或Vd2或Vd3或Vd4；

其中，如图2所示，供电控制单元C2包括PMOS晶体管T1、PMOS晶体管T2、PMOS晶体管T3、PMOS晶体管T4、反相器G1、反相器G2、反相器G3、反相器G4，反相器G1及PMOS晶体管T1、反相器G2及PMOS晶体管T2、反相器G3及PMOS晶体管T3、反相器G4及PMOS晶体管T4一一对应连接，PMOS晶体管T1～T4为并联关系，漏极均与正电信号Vd连接，移相衰减集成芯片发送的高电平供电控制信号P1～P4经反相器G1～G4后变为低电平信号输出至PMOS晶体管T1～T4的栅极使晶体管导通，然后正电信号Vd转化为Vd1～Vd4分别输出至第二级放大器进行供电，利用反相器和PMOS晶体管组合实现电源调制，同时结合外部片选信号，避免了在选择导通某一单通道时其余通道供电打开的情况，从而实现了单通道独立可控的功能。

在传输线布局上，为使发射模块在尺寸上满足标准化设计，对内部传输网络布局进行了优化，相控阵天线阵元间距在特定工作条件下为固定值，所以同一发射模块阵元间距及拼接排列工作时不同发射模块相邻阵元间距均等于某一特定值。由于频率越高，相控阵天线阵元密度越大，所以在Ka频段下阵元间距已很小。同时侧壁在一定距离内会阻碍元器件的焊接，所以为满足不同发射模块相邻阵元间距的设计要求，发射模块侧壁厚度要尽可能小，并且靠近侧壁的两个通道传输线路要远离侧壁一定距离向模块中心线靠拢。同时为保证各通道相位一致性。

所述标准化四通道发射模块主要通过微带传输线进行布局及信号传输，如图3所示，射频信号均通过微带传输线W1～W9进行传输，接插件X0负责片选信号、正电信号VD、负电信号Vg、时钟信号CLK、锁存信号LD、外部指令数据D的提供，同时，射频输出信号分别通过对应输出分路的射频输出端口X1或X2或X3或X4输出，射频输入信号通过射频输入端口W10发送至第一级放大器A0。

其中，W1和W4将传输线弯曲向发射模块中心线靠拢，即将靠近侧壁的两通道传输线路远离侧壁一定距离，避免了侧壁对器件焊接的阻碍。同时W5、W8相比W6、W7在传输线长度上进行了一定缩短，保证了各通道的相位一致性。

为使空间利用率达到最大，实现发射模块的小型化，同时也为便于发射模块在拼接排列工作时进行功率分配，射频输入端口W10设置于组件背面，采用微带-同轴-微带形式的垂直结构实现信号从背面至正面的过渡，最大限度地降低了产品厚度，节省整机空间实现了小型化。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，片选信号CS1～CS4中，CS1为低电平信号，此时移相衰减集成芯片Z1选中，通过负电信号Vg供电，移相衰减集成芯片Z1导通后，移相衰减集成芯片Z2～Z4处于关断状态，时钟信号CLK将包含移相衰减信息的外部指令数据D写入Z1，锁存信号LD将数据D锁存至Z1，Z1将数据D中一位高电平供电控制信号P1输出至供电控制单元C2。同时，负电保护芯片C1在负电信号Vg存在的情况下，将正电信号VD信号转化为正电信号Vd输出至C2；

高电平供电控制信号P1经反相器G1后变为低电平信号输出至PMOS晶体管T1的栅极，T1导通将正电信号Vd转化为正电信号Vd1输出至第二级放大器A1，负电信号Vg和正电信号Vd1同时作用将放大器A1导通。

射频输入信号经第一级放大器A0放大，经滤波器F进行滤波，然后经功分器D0～D2分为四路信号，四分之一信号进入Z1进行移相衰减调制后，经第二级放大器A1二次放大进行输出，完成整个链路的工作状态。

本发明未详细说明部分属于本领域公知技术。

Claims (5)

1.一种Ka频段标准化四通道发射组件，其特征在于：包括第一级放大器A0、第二级放大器A1、第二级放大器A2、第二级放大器A3、第二级放大器A4、功分器D0、功分器D1、功分器D2、移相衰减集成芯片Z1、移相衰减集成芯片Z2、移相衰减集成芯片Z3、移相衰减集成芯片Z4、负电保护芯片C1、供电控制单元C2，其中：

所述第一级放大器A0接收射频输入信号，对该输入信号放大处理后发送至滤波器F滤波处理，所得滤波后射频信号通过功分器D0、功分器D1、功分器D2均分，均分后射频信号通过对应输出分路处于导通状态下的移相衰减集成芯片进行移相衰减调制，并通过对应输出分路第二级放大器进行二次放大处理获取射频输出信号；

所述移相衰减集成芯片Z1、移相衰减集成芯片Z2、移相衰减集成芯片Z3、移相衰减集成芯片Z4分别接收片选信号CS1、片选信号CS2、片选信号CS3、片选信号CS4，根据对应片选信号电平状态控制导通状态，若片选信号为高电平，则该移相衰减集成芯片关断，若片选信号为低电平，则该移相衰减集成芯片导通；导通后移相衰减集成芯片同时接收时钟信号CLK、包含移相衰减信息的外部指令数据D及锁存信号LD，在负电信号Vg供电作用下进行数据锁存后向供电控制单元C2发送高电平供电控制信号；

所述负电保护芯片C1接收负电信号Vg及正电信号VD，并向供电控制单元C2发送转化后的正电信号Vd，所述供电控制单元C2同时接收导通后的移相衰减集成芯片发送的高电平供电控制信号并输出为对应输出分路的第二级放大器进行供电的正电信号。

2.根据权利要求1所述的一种Ka频段标准化四通道发射组件，其特征在于：所述功分器D0将滤波器F滤波处理后射频信号均分为两路，所得两路信号分别经功分器D1、功分器D2均分为两路射频信号。

3.根据权利要求1所述的一种Ka频段标准化四通道发射组件，其特征在于：所述均分后射频信号为四路信号，移相衰减集成芯片Z1与第二级放大器A1、移相衰减集成芯片Z2与第二级放大器A2、移相衰减集成芯片Z3与第二级放大器A3、移相衰减集成芯片Z4与第二级放大器A4于各自输出分路中一一对应。

4.根据权利要求1所述的一种Ka频段标准化四通道发射组件，其特征在于：所述供电控制单元C2包括PMOS晶体管T1、PMOS晶体管T2、PMOS晶体管T3、PMOS晶体管T4、反相器G1、反相器G2、反相器G3、反相器G4，反相器G1及PMOS晶体管T1、反相器G2及PMOS晶体管T2、反相器G3及PMOS晶体管T3、反相器G4及PMOS晶体管T4一一对应连接，所述PMOS晶体管T1、PMOS晶体管T2、PMOS晶体管T3、PMOS晶体管T4并联，各PMOS晶体管漏极均接收正电信号Vd，所述移相衰减集成芯片发送的高电平供电控制信号经过对应反相器转化为低电平信号，所述低电平信号输出至对应PMOS晶体管的栅极导通该晶体管，所述正电信号Vd经PMOS晶体管调制后分别输出正电信号Vd1或正电信号Vd2或正电信号Vd3或正电信号Vd4为对应输出分路的第二级放大器供电。

5.根据权利要求1所述的一种Ka频段标准化四通道发射组件，其特征在于：所述射频信号均通过微带传输线W1～W9进行传输，所述片选信号、正电信号VD、负电信号Vg、时钟信号CLK、锁存信号LD、外部指令数据D均通过接插件X0提供，所述射频输出信号分别通过对应输出分路的射频输出端口X1或X2或X3或X4输出，所述射频输入信号通过射频输入端口W10发送至第一级放大器A0。

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