CN114614855A - 一种瓦片式多通道t/r组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种瓦片式多通道T/R组件，包括N个通道，每一个通道包含1个A模块和1/2个B模块，A模块的发射支路包含功放芯片、衰减器以及驱动放大器芯片，接收支路包含单刀三掷开关、限幅器和低噪放芯片；B模块是双通道芯片，具有移相、衰减功能，功分器将一路信号分为两路，每一路上均包含移相器、衰减器和单刀双掷开关芯片；C芯片为双向放大器芯片，具有放大功能。本发明采用多芯片集成技术及微波信号垂直过渡技术，解决瓦片式T/R组件由于小型化、高密度及多通道问题引起的组件布局难度，解决了通道数目与体积的矛盾，在小体积内实现了多通道，满足某型相控阵雷达使用要求，为组件小型化设计提供了新思路。

Description

一种瓦片式多通道T/R组件

技术领域

本发明涉及相控阵雷达领域，尤其是一种小型化、高密度、低成本的多通道T/R组件，主要应用于某型相控阵雷达系统中，主要功能是接收时完成将天线接收到的微弱回波信号进行放大、移相、衰减；发射时完成激励信号的放大、移相并通过天线发射出去。

背景技术

T/R组件按照组装方式可以分为砖块式和瓦片式两种结构。近年来，砖块式的结构在相控阵中得到了广泛的应用，因为其技术成熟度高，电路设计简单并且容易组装。但缺点是集成度低、纵向尺寸大，不利于共形，散热路径常。而瓦片式结构技术难度大，单元尺寸小，必须采用高密度集成技术和小型化、高性能高可靠射频垂直互联结构。瓦片式组件可以采用整体液冷散热。随着现在芯片集成度不断提高，瓦片式T/R组件比小型化砖块式T/R组件的体积减少20％～80％。由于纵向尺寸大幅度缩减，散热效应也相应提高，具有更高的可靠性，但随着组件的多通道、小型化、芯片的高密度化、瓦片式组件的设计也居于一定的难度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种瓦片式多通道T/R组件。采用多芯片集成技术及微波信号垂直过渡技术来解决瓦片式T/R组件由于小型化、高密度及多通道问题引起的组件布局难度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种瓦片式多通道T/R组件，整个瓦片式T/R组件包括N个通道，共包含N个A模块，N/2个B模块和一个C芯片，每一个通道包含1个A模块和1/2个B模块，其中A模块具有放大作用，A模块的发射支路包含功放芯片、衰减器以及驱动放大器芯片，接收支路包含单刀三掷开关、限幅器和低噪放芯片；B模块是双通道芯片，具有移相、衰减功能，功分器将一路信号分为两路，每一路上均包含移相器、衰减器和单刀双掷开关芯片；C芯片为双向放大器芯片，具有放大功能，在发射支路及接收支路分别有一个放大器。

所述瓦片式多通道T/R组件中，信号发射时，一路射频信号经过C芯片放大后，通过一分N/2功分器将射频信号分为N/2路射频信号，进入到B模块，B模块将射频信号再次功分为二路后每一路射频信号分别经移相、衰减后进入到A模块放大后输出；接收信号时，接收到的射频信号先经过A模块放大进入B模块，经移相、衰减后，每一个B芯片将两路射频信号合成一路射频信号，N/2个B芯片将N路射频信号合成了N/2路射频信号后经过N/2路功分器合成为一路射频信号，经过C芯片放大后输出。

所述瓦片式多通道T/R组件位于组件外壁(1)所在的腔体中，组件内部的隔墙(4)将内部腔体分割为组件上腔体(2)和组件下腔体(3)，组件内部的隔墙(4)的上表面为上腔体的印制板(7)，组件内部的隔墙(4)的下表面为下腔体的印制板(8)，组件内部的隔墙(4)上设置有连接上下腔体射频信号传输的N/2个绝缘子(6)，同时组件内部的隔墙(4)上设置有连接组件上下腔体控制信号传输的过渡板(5)，在组件内部的隔墙(4)中间设有穿过组件下腔体到达组件上腔体的连接器(9)，射频信号通过连接器(9)进入到组件上腔体(2)，经C芯片及N/2功分器后；组件上腔体(2)的N/2路射频信号分别通过N/2个绝缘子(6)到达组件下腔体(3)进入到B模块以及A模块；A模块以及B模块的低频控制信号通过过渡板(5)从组件上腔体(2)进入到组件下腔体(3)中，通过组件下腔体(3)的印制板(8)到达组件下腔体(3)中的A模块及B模块，实现对A模块及B模块的控制；组件上腔体(2)和组件下腔体(3)的通孔要一一对应，并且通过过渡板(5)控制组件下腔体(3)中任意四个通道的A模块及B模块。

本发明的有益效果在于瓦片式T/R组件解决了通道数目与体积的矛盾，在小体积内实现了多通道，满足某型相控阵雷达使用要求，为组件小型化设计提供了新思路，其中多处成功经验为其它电路的设计提供可借鉴经验。

附图说明

图1是本发明瓦片式T/R组件原理框图。

图2是本发明组件内部示意图。

图3是本发明16通道瓦片式T/R组件正面布局图。

图4是本发明16通道瓦片式T/R组件反面布局图。

其中，1为组件外壁；2为组件上腔体；3为组件下腔体；4为组件内部的隔墙；5为连接组件上下腔体控制信号传输的过渡板；6为连接上下腔体射频信号传输的N/2个绝缘子；7为上腔体的印制板；8为下腔体的印制板；9为穿过组件下腔体到达组件上腔体的连接器，10为通道1和通道2；11为通道3和通道4；12为通道5和通道6；13为通道7和通道8；14为通道9和通道10；15为通道11和通道12；16为通道13和通道14；17为通道15和通道16；18为通道1～4的正面低频控制信号；19为通道5～8的正面低频控制信号；20为通道9～12的正面低频控制信号；21为通道13～16的正面低频控制信号；22为通道1～8正面电源控制电路；23为通道9～16正面电源控制电路；24为通道1～4，通道9～12正面的射频信号；25为通道5～8，通道13～16正面的射频信号；26为通道1～4的反面低频控制信号；27为通道5～8的反面低频控制信号；28为通道9～12的反面低频控制信号；29为通道13～16的反面低频控制信号，30为通道1～4，通道9～12反面的射频信号，31为通道5～8，通道13～16反面的射频信号。32为反面的C芯片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

该发明中T/R组件为多通道瓦片式T/R组件，T/R组件的通道数从两方面考虑，一方面是T/R组件所在子阵的规模数；另一方面是T/R的装配难度及组件的成品率，两方面综合考虑，本发明以N个通道数为例说明。

T/R组件发射时，激励信号通过一分N功分器分为N路发射信号，N路发射信号进过功率放大器放大以后通过天线发射出去；T/R组件接收时，天线接收到的N路信号通过低噪声放大器放大以后，经过一分N功分器合成一路射频信号送给后端电路进行处理。T/R组件的原理图如下图1所示。为了实现组件的小型化设计，组件内部均选用裸芯片进行设计，结构采用瓦片式结构，工艺通过微组装来实现。

多芯片集成技术的实施如图1所示，瓦片式组件有N个通道，每一个通道包含1个A模块，1/2个B模块。整个瓦片式T/R组件有N个A模块，N/2个B模块，一个C芯片组成。其中A模块具有放大作用，发射支路包含功放芯片、衰减器以及驱动放大器芯片，接收支路包含单刀三掷开关、限幅器、低噪放芯片；B模块是双通道芯片，具有移相、衰减功能，功分器将一路信号分为两路，每一路上均包含移相器、衰减器、单刀双掷开关芯片；C芯片为双向放大器芯片，具有放大功能，在发射支路及接收支路分别有一个放大器。整个T/R组件的芯片数量为N(A模块)+N/2(B模块)+1(N路功分器芯片)+1(C芯片)＝(1.5N+2)个芯片，而传统的瓦片式组件的芯片数量为6×N+7×N/2+1(N路功分器芯片)+1(C芯片)＝(9.5N+2)个芯片，本发明将组件内部的芯片数量减少了将近80％。

发射时，一路射频信号经过C芯片放大后，通过一分N/2功分器将射频信号分为N/2路射频信号，进入到B模块，B模块将射频信号功分为二路后每一路射频信号分别经移相、衰减后进入到A模块放大后输出。

接收时，接收到的射频信号先经过A模块放大进入B模块，经移相、衰减后，每一个B芯片将两路射频信号合成一路射频信号，N/2个B芯片将N路射频信号合成了N/2路射频信号后经过N/2路功分器合成为一路射频信号，经过C芯片放大后输出。

图2组件内部示意图

微波垂直互联的实施如图2所示，图1中的1代表组件的外壁；2代表组件上腔体；3代表组件下腔体；4代表组件组件内部的隔墙；5代表连接组件上下腔体控制信号传输的过渡板；6代表连接上下腔体射频信号传输的N/2个绝缘子；7代表上腔体的印制板；8代表下腔体的印制板；9代表穿过组件下腔体，到达组件上腔体的连接器。

所述瓦片式多通道T/R组件位于组件外壁(1)所在的腔体中，组件内部的隔墙(4)将内部腔体分割为组件上腔体(2)和组件下腔体(3)，组件内部的隔墙(4)的上表面为上腔体的印制板(7)，组件内部的隔墙(4)的下表面为下腔体的印制板(8)，组件内部的隔墙(4)上设置有连接上下腔体射频信号传输的N/2个绝缘子(6)，同时组件内部的隔墙(4)上设置有连接组件上下腔体控制信号传输的过渡板(5)，在组件内部的隔墙(4)中间设有穿过组件下腔体到达组件上腔体的连接器(9)，射频信号通过连接器(9)进入到组件内部的上腔体，经C芯片及N/2功分器后；上腔体的N/2路射频信号分别通过N/2个绝缘子(6)到达组件的下腔体进入到B模块以及A模块；A模块以及B模块的低频控制信号通过过渡板(5)从组件的上腔体进入到组件的下腔体中，通过下腔体的印制板(8)到达组件下腔体中的A模块及B模块来实现对A模块及B模块的控制。

现结合实例、附图对本发明作进一步描述，图3为16通道瓦片式T/R组件正面布局图，图4为16通道瓦片式T/R组件反面布局图。

本发明以16路瓦片式T/R组件为例，图3和图4中，10代表通道1和通道2；11代表通道3和通道4；12代表通道5和通道6；13代表通道7和通道8；14代表通道9和通道10；15代表通道11和通道12；16代表通道13和通道14；17代表通道15和通道16；18代表通道1～4的正面低频控制信号；19代表通道5～8的正面低频控制信号；20代表通道9～12的正面低频控制信号；21代表通道13～16的正面低频控制信号；22代表通道1～8正面电源控制电路；23代表通道9～16正面电源控制电路；24代表通道1～4，通道9～12正面的射频信号；25代表通道5～8，通道13～16正面的射频信号；26代表通道1～4的反面低频控制信号；27代表通道5～8的反面低频控制信号；28代表通道9～12的反面低频控制信号；29代表通道13～16的反面低频控制信号；18和26、19和27、20和28、21和29上下腔体的通孔要对一一应，并且通过图2中的过渡板(5)控制下腔体中任意四个通道的A模块及B模块；30代表通道1～4，通道9～12反面的射频信号；31代表通道5～8，通道13～16反面的射频信号；24和30、25和31通过图2中的绝缘子(6)进行射频信号的传输；32为反面的C芯片。

按照图3和图4所示布局图进行设计，由于电路集成化成都较高，元器件种类及数量较大(裸芯片种类25余种，数量100多片)，采用传统砖块式结构，单单110mm*30mm的表面内仅够器件排布，没有空间用于走线，因此实际设计中采用多层板设计，射频信号的传输采用带状线，在多层板的表面布局电源管理芯片以及射频芯片。

实施例最终实现了16通道T/R组件，尺寸仅110mm×30mm×9mm，实现了功能与指标测试。

发射支路中，单通道输出功率≥27dBm，输入驻波≤1.5，输出包络脉冲顶降≤0.5dB；接收支路中，通道增益≥22dB，增益平坦度≤±1dB，噪声系数≤4dB，输入驻波比≤1.8，通道增益一致性：≤±1dB。

Claims (3)

1.一种瓦片式多通道T/R组件，其特征在于：

所述瓦片式多通道T/R组件，整个瓦片式T/R组件包括N个通道，共包含N个A模块，N/2个B模块和一个C芯片，每一个通道包含1个A模块和1/2个B模块，其中A模块具有放大作用，A模块的发射支路包含功放芯片、衰减器以及驱动放大器芯片，接收支路包含单刀三掷开关、限幅器和低噪放芯片；B模块是双通道芯片，具有移相、衰减功能，功分器将一路信号分为两路，每一路上均包含移相器、衰减器和单刀双掷开关芯片；C芯片为双向放大器芯片，具有放大功能，在发射支路及接收支路分别有一个放大器。

2.根据权利要求1所述的瓦片式多通道T/R组件，其特征在于：

所述瓦片式多通道T/R组件中，信号发射时，一路射频信号经过C芯片放大后，通过一分N/2功分器将射频信号分为N/2路射频信号，进入到B模块，B模块将射频信号再次功分为二路后每一路射频信号分别经移相、衰减后进入到A模块放大后输出；接收信号时，接收到的射频信号先经过A模块放大进入B模块，经移相、衰减后，每一个B芯片将两路射频信号合成一路射频信号，N/2个B芯片将N路射频信号合成了N/2路射频信号后经过N/2路功分器合成为一路射频信号，经过C芯片放大后输出。

3.根据权利要求1所述的瓦片式多通道T/R组件，其特征在于：：

所述瓦片式多通道T/R组件位于组件外壁(1)所在的腔体中，组件内部的隔墙(4)将内部腔体分割为组件上腔体(2)和组件下腔体(3)，组件内部的隔墙(4)的上表面为上腔体的印制板(7)，组件内部的隔墙(4)的下表面为下腔体的印制板(8)，组件内部的隔墙(4)上设置有连接上下腔体射频信号传输的N/2个绝缘子(6)，同时组件内部的隔墙(4)上设置有连接组件上下腔体控制信号传输的过渡板(5)，在组件内部的隔墙(4)中间设有穿过组件下腔体到达组件上腔体的连接器(9)，射频信号通过连接器(9)进入到组件上腔体(2)，经C芯片及N/2功分器后；组件上腔体(2)的N/2路射频信号分别通过N/2个绝缘子(6)到达组件下腔体(3)进入到B模块以及A模块；A模块以及B模块的低频控制信号通过过渡板(5)从组件上腔体(2)进入到组件下腔体(3)中，通过组件下腔体(3)的印制板(8)到达组件下腔体(3)中的A模块及B模块，实现对A模块及B模块的控制；组件上腔体(2)和组件下腔体(3)的通孔要一一对应，并且通过过渡板(5)控制组件下腔体(3)中任意四个通道的A模块及B模块。

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