CN208999557U - 一种四通道微波t/r组件 - Google Patents
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Abstract
一种四通道微波T/R组件，是组成相同的四个独立的T/R通道合一的共腔体结构，全部组成件都是MMIC，集成制作在同一块多层电路基板上，其特征在于：微波器件是集成有移相器、衰减器、工作状态开关、限幅低噪声放大器以及驱动器的多功能MMIC裸芯片，多层电路基板是HTCC多层电路基板。结构紧凑，体积小，布线密度高，材料成本低，机械强度高，化学性能稳定，耐腐蚀，耐高温，具有多通道、高性能、高可靠性、高集成度、轻型化、低功耗、散热性好的特点，并可以监测每个T/R通道的发送与接收幅相。在相同功能和指标的条件下相比现有微波T/R组件，重量和体积减少30%以上。可以广泛用于机载、舰载、星载相控阵雷达和通信领域中。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷达相控阵天线，特别是涉及一种四通道微波T/R组件。
背景技术
微波发送器与接收器（Transmitter and Receiver，缩略词为T/R）组件是有源相控阵雷达系统的最重要部件之一，其一端连接天线，另一端连接中频处理单元，构成无线发送与接收系统，功能是对信号进行放大、移相、衰减。它的性能直接影响了整个有源相控阵雷达系统的探测效果，现代有源相控阵雷达的快速发展对T/R组件的电性能、体积、重量提出了更高的要求, 尤其是机载、舰载、星载雷达中的T/R组件，其体积、重量受到更严格的限制。目前国内外微波T/R组件的功能和性能，基本上均采用分离的单功能芯片完成。随着国内外工艺及设计水平的提高，越来越多的产品及研究项目采用多功能芯片。多功能芯片组件应用在片式组件以及常规长条式组件均具有较大优势，应用在片式组件可大大降低设计难度，提高可靠性，减小体积重量；应用在常规组件可大大减小体积、重量与成本。
在微波T/R组件中采用高温共烧陶瓷（High-Temperature Co-fired Ceramics，缩略词为HTCC）多层电路基板，与采用其他多层电路基板相比，机械强度高，布线密度高，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。目前尚未见有采用HTCC多层电路基板的微波T/R组件。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种四通道微波T/R组件。
本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种四通道微波T/R组件，是组成相同的四个独立的T/R通道合一的共腔体结构，包括将四个独立的T/R通道并联连接的四功分网络，全部组成件都是单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit，缩略词为MMIC），集成制作在同一块多层电路基板上，采用多芯片组件（Multi-ChipModule，缩略词为MCM）技术实现MMIC多芯片互连，四个独立的T/R通道分别提供独立的幅度和相位控制，分别包括发送与接收共用的微波器件。
这种四通道微波T/R组件的特点是：
所述微波器件是集成有发送与接收共用的六位放大器补偿移相器、六位衰减器、工作状态开关、限幅低噪声放大器以及用于控制移相、衰减和开关的驱动器的多功能单片微波集成电路（Monolithic Microwave Integrated Circuit，缩略词为MMIC）裸芯片。采用多功能芯片组件可以大大降低设计难度，提高可靠性，减小体积、重量与成本；
所述多层电路基板是高温共烧陶瓷（High-Temperature Co-fired Ceramics，缩略词为HTCC）多层电路基板。采用HTCC多层电路基板可以提高机械强度、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。
本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述微波器件是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC15318C-812PD的多功能MMIC裸芯片。
所述HTCC多层电路基板是至少为8层的HTCC多层电路基板。
优选的是，所述HTCC多层电路基板是18层的HTCC多层电路基板。
所述HTCC多层电路基板是由92%~96%氧化铝陶瓷外加4%~8%烧结助剂在温度1500℃~1700℃下烧结而成的HTCC多层电路基板，其介电常数为9~9.8，每一层生胚材料的厚度为0.025mm~0.100mm，损耗角的正切值为0.2%~0.3%。
所述HTCC多层电路基板的表层至第7层的表面集成控制信号和电源信号，第8层至第18层的表面集成微波信号、控制信号和电源信号，其中第9层的表面和第18层的背面是大面积接地层。微波传输线通过大面积接地层、金属柱屏蔽，可以保证微波信号、控制信号和电源信号之间隔离良好，相互不受干扰；微波传输线多层布置，可以显著提高微波T/R组件的集成度，明显减轻微波T/R组件的重量。
这种四通道微波T/R组件，还包括控制芯片、电源模块，以及末级功放组件、环形器隔离器组件、限幅低噪声放大器芯片、发射电源调制器芯片、接收电源调制器芯片、耦合组件，与微波器件共同实现微波T/R组件的发送与接收功能。
所述控制芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为NC2059-1C的专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，缩略词为 ASIC）裸芯片，其功能是是将串行输入的数据转换为并行数据。
所述电源模块包括直流电源模块和高峰值功率的脉冲电源模块，电源输入为直流电源+12V和+28V， 直流电源+12V经过DC/DC转换器变换为±5V，给多功能MMIC裸芯片、控制芯片、限幅低噪声放大器芯片、发射电源调制器芯片、接收电源调制器芯片供电，以减少供电电源品种，提高供电传输效率；直流电源+28V直接给末级功放组件供电。
所述末级功放组件是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为BW1164的功放组件，其功能是将微波信号进行高效率的功率饱和放大。
所述环形器隔离器组件是株洲华毅微波技术科技有限公司出品的型号为HHW5048S的环形器隔离器组件，其功能是完成发射通道和接收通道的微波隔离，同时在发射工作时隔离来自天线的反射信号。
所述限幅低噪声放大器芯片是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为BW2661的限幅低噪声放大器裸芯片，其功能是完成接收微波信号的低噪声放大，同时防止大功率信号输入时烧毁芯片。
所述发射电源调制器芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JS2318的硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor，缩略词为MOS）电源调制器裸芯片，其功能是提供负基准电压，给末级功放芯片的栅压供电。
所述接收电源调制器芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JS1111的硅基MOS电源调制器裸芯片，其功能是提供限幅低噪声放大器芯片的漏压供电。
所述耦合组件是两个分别包括二合一合成器、一分二功分器和检波电路的后端天线单元，其功能是将大功率信号在空间再次进行功率合成，将耦合射频信号输出至天线，并且提供阵面修正和监测系统所需的每个通道的发送与接收幅相，监测其中一个通道的发送与接收幅相时，另一个通道关闭，并同时对发射功率进行检波，输出检波出的电压信号。
本实用新型的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述共腔体结构，包括盖板、围框、底板，以及射频连接器和低频连接器。
所述盖板和围框采用铝硅材料封装，使微波T/R组件的重量减轻20%。
所述底板是铝基碳化硅底板，有效解决了可生产加工性、气密性、散热和线胀系数匹配的问题。
所述射频连接器，包括T/R通道连接器、两只耦合通道连接器和射频总口连接器，是气密SSMA射频连接器，并通过焊接与围框固定。
所述低频连接器，包括低频输入连接器和电源输入连接器，是气密型微矩形低频连接器，以保证组件的微型化。
所述微波T/R组件是X波段T/R组件，所述X波段是符合IEEE 521-2002标准的频率为8 GHz～12 GHz的无线电波波段。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
本实用新型结构紧凑，体积小，布线密度高，材料成本低，机械强度高，化学性能稳定，耐腐蚀，耐高温，具有多通道、高性能、高可靠性、高集成度、轻型化、低功耗、散热性好的特点，发射脉冲输出功率≥20W，接收噪声系数≤3.5dB，移相精度≤3.5°（均方根值RMS），并可以监测每个T/R通道的发送与接收幅相。在相同功能和指标的条件下相比现有微波T/R组件，体积和重量减少30%以上。可以广泛应用于机载、舰载、星载相控阵雷达和通信领域中，尤其适用于对二维大角度扫描相控阵雷达中。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式的射频链路图；
图2是图1中的多功能芯片组成方框图；
图3是图1中的组成件在HTCC多层电路基板布局图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型进行说明。
一种如图1~3所示的频率为8 GHz～12 GHz的X波段四通道微波T/R组件，是组成相同的四个独立的T/R通道合一的共腔体结构，包括将四个独立的T/R通道并联连接的四功分网络，全部组成件都是MMIC，集成制作在同一块多层电路基板上，采用MCM技术实现MMIC多芯片互连，四个独立的T/R通道分别提供独立的幅度和相位控制，分别包括发送与接收共用的微波器件、控制芯片101、电源模块，以及末级功放组件103、环形器隔离器组件104、限幅低噪声放大器芯片106、发射电源调制器芯片、接收电源调制器芯片、耦合组件105，与微波器件共同实现微波T/R组件的发送与接收功能。
微波器件是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC15318C-812PD的多功能MMIC裸芯片102，集成有发送与接收共用的六位放大器补偿移相器、六位衰减器、工作状态开关、限幅低噪声放大器以及用于控制移相、衰减和开关的驱动器。采用多功能芯片组件可以大大降低设计难度，提高可靠性，减小体积、重量与成本；
多层电路基板是18层的HTCC多层电路基板。采用HTCC多层电路基板可以提高机械强度、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。
18层的HTCC多层电路基板由94%氧化铝陶瓷外加6%烧结助剂在温度1600℃下烧结而成，其介电常数为9.5，每一层生胚材料的厚度为0.1mm，损耗角的正切值为0.25%；表层至第7层的表面集成控制信号和电源信号，第8层至第18层的表面集成微波信号、控制信号和电源信号，其中第9层的表面和第18层的背面是大面积接地层。微波传输线通过大面积接地层、金属柱屏蔽，可以保证微波信号、控制信号和电源信号之间隔离良好，相互不受干扰；微波传输线多层布置，可以显著提高微波T/R组件的集成度，明显减轻微波T/R组件的重量。
控制芯片101是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为NC2059-1C的ASIC裸芯片，其功能是是将串行输入的数据转换为并行数据。
电源模块包括直流电源模块和高峰值功率的脉冲电源模块，电源输入为直流电源+12V和+28V， 直流电源+12V经过DC/DC转换器107变换为±5V，给多功能MMIC裸芯片102、控制芯片101、限幅低噪声放大器芯片106、发射电源调制器芯片、接收电源调制器芯片供电，以减少供电电源品种，提高供电传输效率；直流电源+28V直接给末级功放组件供电。
末级功放组件103是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为BW1164的功放组件，其功能是将微波信号进行高效率的功率饱和放大。
环形器隔离器组件104是株洲华毅微波技术科技有限公司出品的型号为HHW5048S的环形器隔离器组件，其功能是完成发射通道和接收通道的微波隔离，同时在发射工作时隔离来自天线的反射信号。
限幅低噪声放大器芯片106是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为BW2661的限幅低噪声放大器裸芯片，其功能是完成接收微波信号的低噪声放大，同时防止大功率信号输入时烧毁芯片。
发射电源调制器芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JS2318的硅基MOS电源调制器裸芯片，其功能是提供负基准电压，给末级功放芯片的栅压供电。
接收电源调制器芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JS1111的硅基MOS电源调制器裸芯片，其功能是提供限幅低噪声放大器芯片的漏压供电。
耦合组件105是两个分别包括二合一合成器、一分二功分器和检波电路的后端天线单元，其功能是将大功率信号在空间再次进行功率合成，将耦合射频信号输出至天线，并且提供阵面修正和监测系统所需的每个通道的发送与接收幅相，监测其中一个通道的发送与接收幅相时，另一个通道关闭，并同时对发射功率进行检波，输出检波出的电压信号。
图3中的18层的HTCC多层电路基板布局的组成件如下：
区域1集成每个T/R通道的射频器件：末级功放组件103、环形隔离器组件104、耦合组件105，以及限幅低噪声放大器芯片106；
区域2集成电源调制芯片和驱动芯片；
区域3集成多功能芯片102和控制芯片101；
区域4主要包括DC/DC转换器107和差分芯片108。
本具体实施方式的共腔体结构，包括盖板、围框、底板，以及射频连接器和低频连接器。盖板和围框采用铝硅材料封装，使微波T/R组件的重量减轻20%。底板是铝基碳化硅底板，有效解决了可生产加工性、气密性、散热和线胀系数匹配的问题。射频连接器包括T/R通道连接器、两只耦合通道连接器和射频总口连接器，是气密SSMA射频连接器，并通过焊接与围框固定。低频连接器，包括低频输入连接器和电源输入连接器，是气密型微矩形低频连接器，以保证组件的微型化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种四通道微波T/R组件，是组成相同的四个独立的T/R通道合一的共腔体结构，包括将四个独立的T/R通道并联连接的四功分网络，全部组成件都是单片微波集成电路MMIC，集成制作在同一块多层电路基板上，采用多芯片组件MCM技术实现MMIC多芯片互连，四个独立的T/R通道分别提供独立的幅度和相位控制，分别包括发送与接收共用的微波器件，其特征在于：
所述微波器件是集成有发送与接收共用的六位放大器补偿移相器、六位衰减器、工作状态开关、限幅低噪声放大器以及用于控制移相、衰减和开关的驱动器的多功能MMIC裸芯片；
所述多层电路基板是高温共烧陶瓷HTCC多层电路基板。
2.如权利要求1所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述微波器件是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC15318C-812PD的多功能MMIC裸芯片。
3.如权利要求1或2所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述HTCC多层电路基板是至少为8层的HTCC多层电路基板。
4.如权利要求3所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述HTCC多层电路基板是18层的HTCC多层电路基板。
5.如权利要求4所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述HTCC多层电路基板是由92%~96%氧化铝陶瓷外加4%~8%烧结助剂在温度1500℃~1700℃下烧结而成的HTCC多层电路基板，其介电常数为9~9.8，每一层生胚材料的厚度为0.025mm~0.100mm，损耗角的正切值为0.2%~0.3%；
所述HTCC多层电路基板的表层至第7层的表面集成控制信号和电源信号，第8层至第18层的表面集成微波信号、控制信号和电源信号，其中第9层的表面和第18层的背面是大面积接地层。
6.如权利要求1所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
还包括驱动控制芯片、电源模块，以及末级功放组件、环形器隔离器组件、限幅低噪声放大器芯片、发射电源调制器芯片、接收电源调制器芯片、耦合组件。
7.如权利要求6所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述控制芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为NC2059-1C的专用集成电路ASIC裸芯片；
所述电源模块包括直流电源模块和高峰值功率的脉冲电源模块；
所述末级功放组件是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为BW1164的功放组件；
所述环形器隔离器组件是株洲华毅微波技术科技有限公司出品的型号为HHW5048S的环形器隔离器组件；
所述限幅低噪声放大器芯片是中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为BW2661的限幅低噪声放大器裸芯片；
所述发射电源调制器芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JS2318的硅基MOS电源调制器裸芯片；
所述接收电源调制器芯片是中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JS1111的硅基MOS电源调制器裸芯片；
所述耦合组件是两个分别包括二合一合成器、一分二功分器和检波电路的后端天线单元。
8.如权利要求1所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述共腔体结构，包括盖板、围框、底板，以及射频连接器和低频连接器。
9.如权利要求8所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述盖板和围框采用铝硅材料封装；
所述底板是铝基碳化硅底板；
所述射频连接器，包括T/R通道连接器、两只耦合通道连接器和射频总口连接器，是气密SSMA射频连接器，并通过焊接与围框固定；
所述低频连接器，包括低频输入连接器和电源输入连接器，是气密型微矩形低频连接器。
10.如权利要求1所述的四通道微波T/R组件，其特征在于：
所述微波T/R组件是X波段T/R组件，所述X波段是符合IEEE 521-2002标准的频率为8GHz～12 GHz的无线电波波段。
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2018
- 2018-09-29 CN CN201821596230.9U patent/CN208999557U/zh active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A four channel microwave T / R module Effective date of registration: 20200318 Granted publication date: 20190618 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Jiangning sub branch Pledgor: NANJING JIKAI MICROWAVE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000813 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20190618 Pledgee: Bank of Nanjing Co.,Ltd. Jiangning sub branch Pledgor: NANJING JIKAI MICROWAVE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980000813 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |