CN112859058A - 超宽带芯片、射频信号的调控方法、应用、t/r组件 - Google Patents

Abstract

本发明适用于本发明属于雷达技术领域，提供了一种超宽带芯片、射频信号的调控方法、应用、T/R组件，超宽带芯片包括：传输部，传输部用于接收6‑20GHz的射频信号；调控部，调控部与传输部相连接，调控部用于对传输部接收的射频信号进行调控，以得到调控后的射频信号并由传输部进行输出；调控是对传输部接收的射频信号的相位进行移动并对射频信号幅度的衰减度进行控制；通过传输部将6‑20GHz的射频信号接收后，传输至调控部，通过调控部对传输部接收的射频型号的相位进行移动，并对射频信号的幅度衰减度进行控制，对超宽频的射频信号进行接收和调控，以使增大雷达的接收的频带范围，实现更大范围的检测，增强雷达技术的先进性。

Description

超宽带芯片、射频信号的调控方法、应用、T/R组件

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种超宽带芯片、射频信号的调控方法、应用、T/R组件。

背景技术

近几年有源相控阵雷达技术发展迅速，在可靠性、体积、扫描速度和探测精度等方面的性能远优于传统机械扫描雷达，在军事、民用的许多领域都有着大量需求，经济效益好。在有源相控阵雷达中，T/R组件是其基础组成部分，而超宽带芯片正是T/R组件的核心功能，直接影响了整个雷达系统的性能精度和成本；

现有的相控阵雷达超宽带芯片，通过对信号的检测和接收，以实现对一定范围进行监测；

现有的相控阵雷达超宽带芯片频带范围较窄，对于超频带的射频信号无法做到有效的接收和反馈，对于监测的效果会有较大的影响。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种超宽带芯片的结构、射频信号的调控方法、应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种超宽带芯片的结构，包括：

传输部，所述传输部用于输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并可将调控后的射频信号输出；

调控部，所述调控部用于对所述传输部接收的射频信号进行调控，所述调控部通过对所述传输部输入的射频信号的相位以及幅度进行调控，以得到调控后的射频信号并由所述传输部输出。

本发明实施例的另一目的在于提供一种射频信号的调控方法，采用上述的超宽带芯片的结构，所述射频信号的调控方法包括以下步骤：通过传输部输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并传输至调控部，再通过所述调控部对射频信号的相位和幅度进行调控，以得到调控后的射频信号并通过所述传输部输出。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的射频信号的调控方法在有源相控阵雷达中的应用。

本发明实施例的另一目的在于提供一种超宽带T/R组件，所述超宽带T/R组件包括上述的超宽带芯片的结构，所述超宽带T/R组件还包括：将所述超宽带芯片系统嵌入超宽带T/R组件内。

本发明实施例的提供的上述技术方案，相比于现有技术，具有以下技术效果：

本发明实施例提供的一种超宽带芯片的结构，通过所述传输部输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并将所述传输部接收的射频信号传输至所述调控部，通过所述调控部对所述传输部接收的射频信号的幅度和相位进行调控后，以得到调控后的射频信号，并通过所述传输部将调控后的射频信号输出；对超宽频的射频信号进行接收和调控，以使增大雷达的接收的频带范围，实现更大范围的检测，增强雷达技术的先进性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超宽带芯片的连接示意图。

附图中：1-接收模块；2-共用端口；3-发射输出端口；4-接收输入端口；5-移相模块；6-调幅模块；7-功率模块；8-均衡器；9-温度模块；10-开关模块；11-转换模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围；为了使本发明的技术方案更加清楚，本领域熟知的工艺步骤及器件结构在此省略。应理解的是，相同的符号始终代表相同的要素。进而，在附图中的各种要素和区域是概略地图示的。因此，本发明的概念不限于显示在附图中的相对大小或间隔。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种超宽带芯片的结构的结构图，包括：一种超宽带芯片，包括：

传输部，所述传输部用于输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并可将调控后的射频信号输出；

调控部，所述调控部用于对所述传输部输入的射频信号进行调控，所述调控部通过对所述传输部输入的射频信号的相位以及幅度进行调控，以得到调控后的射频信号并由所述传输部输出；

超宽带是指中心频率在0.5GHz以上且信号带宽与中心频率之比大于25％，本发明的一种超宽带芯片的结构，其相对带宽超过100％，工作频带高达三倍频程以上，覆盖了现有主流相控阵雷达的所有工作频段，可作为超宽带相控阵雷达的核心器件；

在本发明实施例中，本发明实施例通过所述传输部输入6-20GHz的超宽频带的射频信号，并将射频信号传输至所述调控部，通过所述调控部对射频信号的相位和幅度进行调控，以得到调控后的射频信号，并由所述传输部将调控后的射频信号输出；增大了可接收的射频信号的频带宽度，以使雷达系统能够实现更大范围的监测，提高了雷达技术的先进性。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述调控部包括：

移相模块5，所述移相模块5使用多至7位超宽带数控移相器，所述移相模块5用于将所述传输部输入系统内的射频信号的相位进行调控；

调幅模块6，所述调幅模块6用于将所述传输部输入系统内的射频信号的幅度进行调控；

移相模块5，所述移相模块采用的是7位超宽带数控移相器，也可以根据需求选择，所述移相模块5实现对超宽带射频信号的相位控制，比传统6位数控移相器提供了更高的移相精度，可提高雷达系统的分辨率；

调幅模块6，所述调幅模块6采用的是6位超宽带数控衰减器模块，也可以根据需求选择，所述调幅模块用于实现对超宽带射频信号的幅度控制。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述传输部包括：

接收输入端口4，所述接收输入端口4用于芯片工作于接收状态时输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并将输入的射频信号传输至所述调控部进行调控；

发射输出端口3，所述发射输出端口3用于芯片工作于发射状态时将系统调控后的射频信号发射输出；

共用端口2，所述共用端口2用于发射输入和接收输出射频信号的共用端口，以用于更加方便射频信号的传输。

共用端口2、端口3和端口4，所述共用端口2、端口3和端口4采用的是金丝键合与组件中其他芯片或电路相连接，金丝键合是通过施加压力、机械振动、电能或热能等不同能量与接头处，形成连接接头的一种方法，是实现微波多芯片组件电气互联的关键技术。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述调控部靠近所述传输部的一端设置有调节部和限定部，所述调节部与所述调控部相连接，所述限定部与所述调控部和所述传输部均连接，所述调节部用于对系统内的射频信号进行调节，所述限定部用于限定所述调控部的调控范围，并控制所述传输部的收发射频信号的状态。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述调节部包括：

功率模块7，所述功率模块7与所述调控部相连接，所述功率模块7用于将调控后的射频信号中的信号放大，并补偿所述调控部在对射频信号进行相位和幅度调控时造成的损耗；

均衡器8，所述均衡器8与所述调幅模块6相连接，所述均衡器8用于将所述调幅模块6对射频信号中的幅度调控部分进行均衡调节；

温度模块9，所述温度模块9用于补偿系统内由于不同工作温度导致的幅度变化；

功率模块7，所述功率模块7采用的是功率放大器，也可以根据需求选择，所述功率模块7用于实现对超宽频带内信号的放大，同时补偿一部分因移相和衰减模块带来的负斜率的插入损耗；

均衡器8，所述均衡器8用于减小模块间干扰的影响，并实现对超宽频带内增益幅度的均衡，显著改善宽频带的幅频特性；

温度模块9，所述温度模块9采用的是温度补偿器，也可以根据需求选择，所述温度模块9用于实现对不同温度下增益幅度的补偿，保证系统指标的稳定性。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述限定部包括：

接收模块1，所述接收模块1设置与系统外的电源和数字电路相连接，所述接收模块1用于提供电源供电，并将系统外的数字信号传输至系统内；

转换模块11，所述转换模块11与所述接收模块1相连接，所述转换模块11用于将所述接收模块接收的数字信号转换成控制信号，并将转换后的控制信号传输至所述调控部进行对射频信号的调控限定；

开关模块10，所述开关模块10用于控制所述传输部内形成的链路的切换，以用于控制改变所述传输部对射频信号的接收和发射状态；

通过所述接收模块1接收系统外的电源数字信号，并将电源数字信号传输至所述转换模块11，通过所述转换模块11对所述数字信号转换成控制信号，并将转换后的控制信传输至所述调控部进行对射频信号的调控限定；

转换模块11，所述转换模块11采用的是波控装置，也可以根据需求选择，所述转换模块11用以将外部输入的波控数字信号转换为芯片内并行的幅相控制信号，并通过移位寄存器和锁存器锁存，将并行数据加载到对应的移相衰减位，以使所述调控部对射频信号进行调控限定；

开关模块10，所述开关模块10与所述传输部相连接，所述开关模块10采用的是两组超宽带SPDT开关组成，也可以根据需求选择，所述开关模块10用于收发链路的切换，提供了较高的隔离度，通过芯片自身的串并转换功能就可以分别调整收、发两种状态的幅度和相位。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述系统内采用了GaAs作为介质材料；

GaAs，砷化镓(gallium arsenide)，化学式GaAs，黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀，GaAs是半导体材料中，兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件，GaAs在微波和毫米波频段内电子迁移率高，损耗小，是一种微波电路应用中性能优异的介质材料。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例还提供的一种射频信号的调控方法，采用上述的超宽带信号的结构，所述的射频信号的调控方法包括以下步骤：通过传输部接收6-20GHz的超宽频带的射频信号，并传输至调控部，再通过所述调控部对射频信号的相位和幅度进行调控，以得到调控后的射频信号并通过所述传输部输出；

在本发明的一个实例中，在应用过程中，芯片不同状态下的电压驻波比均小于1.5，各个衰减态下均方根误差≤1dB，各个移相态下的均方根误差≤5°，收发间隔离度≥40dB，增益平坦度≤1dB，输出1dB压缩点≥12dBm，波控码通讯速率≥40MHz，能够满足使用要求，整个电路尺寸小于6.2mm*3.4mm*0.1mm，实现了覆盖超三倍频程带宽的超宽带芯片的结构；

在本实施例中，所述射频信号的调控方法步骤如下：

步骤1：当芯片工作于接收状态时，通过端口4输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并将输入的射频信号传输至调控部；当芯片工作于发射状态时，通过端口2输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并将输入的射频信号传输至调控部；

步骤2：通过接收模块1提供电源供电，并将电源数字信号传输至转换模块11；

步骤3：通过所述转换模块11所述接收模块接收的数字信号转换成控制信号，并传输至所述调控部进行调控限定；

步骤4：通过所述移相模块5和所述调幅模块6对射频信号的相位和幅度进行调控；

步骤5：通过功率模块7将调控后的射频信号中的信号放大，并减少所述调控部在对射频信号进行相位和幅度调控时造成的损耗

步骤6：通过均衡器8对所述调幅模块6调控后的射频信号进行幅度均衡调节；

步骤7：通过温度模块9实现对不同温度下增益幅度的补偿，保证系统指标的稳定性；

步骤8：当芯片工作于接收状态时，通过端口2将调控后的射频信号输出；当芯片工作于发射状态时，通过端口3将调控后的射频信号输出。

在本发明的又一个实例中，提供一个具体实施案例：

雷达作为现代军事对抗中不可或缺的一部分，其任务已不仅仅是对目标位置和速度等信息的探测，更要具有反干扰和反隐身的能力，这就要求雷达的工作频带需要很大的带宽。超宽带是指中心频率在0.5GHz以上且信号带宽与中心频率之比大于25％，本发明提出的一种超宽带芯片的结构，其相对带宽超过100％，工作频带高达三倍频程以上，覆盖了现有主流相控阵雷达的所有工作频段，可作为超宽带相控阵雷达的核心器件。与常规雷达相比，超宽带相控阵雷达抗干扰能力强、穿透能力强，适合观测隐蔽的目标、可达厘米量级的分辨力、良好的目标识别能力以及超近程探测能力等，一部雷达系统即可实现多部传统雷达系统的功能，具有极大的性能和成本优势。

有源相控阵雷达，是基于砷化镓基赝配高电子迁移率晶体管PHEMT工艺技术而发明设计的超宽带多功能芯片，目的是在三倍频程的超宽带内，以单芯片的形式实现射频信号的移相、衰减、功率放大、开关收发切换和数字通讯串行转并行等功能；基于解决超宽带相控阵雷达的关键技术，提出一种超宽带芯片，解决现有相控阵雷达频带范围较窄、通用性和电子对抗的灵活性较差的瓶颈，保障国家相控阵雷达技术的先进性。

如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例提出一种超宽带T/R组件，包括上述的超宽带芯片的结构，所述超宽带T/R组件还包括：

将所述超宽带芯片系统嵌入超宽带T/R组件内；

超宽带芯片的结构通过微组装嵌入超宽带T/R组件内，也可以根据需求选择，提供芯片所需的直流电压，逻辑控制方式为串行的波控码控制。

本发明上述实施例中提供了一种超宽带芯片的结构，并给予该超宽带芯片的结构提供了一种射频信号的调控方法、应用、超宽带T/R组件，通过所述传输部输入6-20GHz的超宽频带的射频信号，并将射频信号传输至所述调控部，通过所述调控部对射频信号的相位和幅度进行调控，以得到调控后的射频信号，并通过所述传输部将调控后的射频信号输出，增大了可接收的射频信号的频带宽度，以使雷达系统能够实现更大范围的监测，提高了雷达技术的先进性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外，本申请的技术方案不只局限于上述的实施例，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，从而可以形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种超宽带芯片，其特征在于，包括：

传输部，所述传输部用于输入和输出6-20GHz的射频信号；

调控部，所述调控部与所述传输部相连接，所述调控部用于对所述传输部输入的射频信号进行调控，以得到调控后的射频信号；所述调控是对所述传输部接收的射频信号的相位进行移动并对射频信号幅度的衰减度进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带芯片，其特征在于，所述调控部包括：

移相模块，所述移相模块与所述传输部相连接，所述移相模块使用多至7位超宽带数控移相器，所述移相模块用于将所述传输部接收的射频信号的相位进行移动；

调幅模块，所述调幅模块与所述移相模块和所述传输部均相连接，所述调幅模块用于将所述传输部输入系统内的射频信号的幅度衰减度进行控制。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带芯片，其特征在于，所述传输部包括：

接收输入端口4，所述接收输入端口4用于芯片工作于接收状态时输入6-20GHz超宽频带的射频信号，并将输入的射频信号传输至所述调控部进行调控；

发射输出端口3，所述发射输出端口3用于芯片工作于发射状态时将系统调控后的射频信号发射输出；

共用端口2，所述共用端口2用于发射输入和接收输出射频信号的共用端口。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带芯片的结构，其特征在于，所述调控部靠近所述传输部的一端设置有调节部和限定部，所述调节部与所述调控部相连接，所述限定部与所述调控部和所述传输部相连接，所述调节部用于对射频信号进行增益幅度、功率进行调节，所述限定部用于限定所述调控部对射频信号的相位移动和幅度衰减度控制进行限定，并控制所述传输部的收发射频信号的状态。

5.根据权利要求4所述的一种超宽带芯片的结构，其特征在于，所述调节部包括：

功率模块，所述功率模块与所述调控部相连接，所述功率模块用于将调控后的射频信号放大；

均衡器，所述均衡器设置在所述功率模块和所述调控部之间，所述均衡器用于减小模块间干扰的影响；

温度模块，所述温度模块用于补偿系统内由于不同工作温度导致的幅度变化。

6.根据权利要求1所述的一种超宽带芯片的结构，其特征在于，所述传输部还包括发射状态。

7.根据权利要求6所述的一种超宽带芯片的结构，其特征在于，所述限定部包括：

接收模块，所述接收模块设置与外部电源数字电路相连接，所述接收模块用于提供电源供电，并将系统外的电源数字信号传输至所述限定部内；

转换模块，所述转换模块与所述接收模块相连接，所述转换模块用于将所述接收模块接收的数字信号转换成控制信号，并将转换后的控制信号传输至所述调控部进行对射频信号的相位的移动和幅度衰减度控制限定；

开关模块，所述开关模块用于控制所述传输部内形成的链路的切换，以用于控制改变所述传输部对射频信号的接收和发射状态。

8.一种射频信号的调控方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的超宽带芯片的结构，所述的射频信号的调控方法包括以下步骤：通过传输部输入6-20GHz的超宽频带的射频信号，并传输至调控部，再通过所述调控部对射频信号的相位和幅度进行相位的移动和幅度衰减度的控制，以得到调控后的射频信号。

9.一种如权利要求8所述的一种射频信号的调控方法在有源相控阵雷达中的应用。

10.一种T/R组件，其特征在于，所述T/R组件包括如权利要求1-7任一所述的一种超宽带芯片。

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