CN111025235B - 一种超宽工作带宽的微波tr组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽工作带宽的微波TR组件，由双向放大器、一分四功分器、八个连通天线的TR通道组成发射链路和接收链路；每个TR通道均包括功率放大器、隔离器、收发开关芯片、限幅器、一级低噪声放大器，和集成在LTCC多层电路基板上的多功能芯片、发射信号可调移相器、发射信号驱动放大器、可调衰减器、接收信号可调移相器、二级低噪声放大器；通过在LTCC多层电路基板上集成多功能芯片，尽可能减少了微波芯片数量及其互联电路，同时利用LTCC多层电路基板的微波接地连续性更好，使得工作带宽更宽，结合在每个发射和接收通道中设置的可调移相器和可调衰减器固定调节信号的相位和幅度，确保了每个TR通道收发信号的幅相一致性。

Description

一种超宽工作带宽的微波TR组件

技术领域

本发明涉及有源相控阵雷达领域，尤其涉及的是一种超宽工作带宽的微波TR组件。

背景技术

雷达设备主要用于目标探测和轨迹跟踪；通信设备主要用于信息和情报的传输；电子对抗设备用于监视、截获信息、识别危险和告警，引导进行干扰；随着各***各自的发展，性能都得到了提高，每个***的成本、重量、平台空间占用增大。

雷达电子战一体化综合射频***是以相控阵雷达为载体，采用一个共同的有源相控阵天线，使用多个波束实现雷达、通信、电子战等多功能，不但可以降低电子***成本，而且重量和空间占用均会有所降低，未来一体化也是一个大趋势。

为实现雷达电子战一体化综合射频***的多功能要求，微波发送器与接收器（Transmitter and Receiver，缩略词为TR）组件是有源相控阵雷达***的最重要部件之一，其性能必须满足超宽带、高功率以及每个波束的方位角、仰角、频率、波束宽度形状和功率都可以单独控制的要求。

TR组件与天线单元一一对应，为满足超宽带、宽角的要求，天线单元间距较小，由此TR组件的尺寸将会受到约束。

而传统组件的工作带宽一般为10%，例如中心频率为6GHz，工作带宽为5.7-6.3GHz，要实现超宽工作带宽，就必需加设频综模块，这使得TR组件结构更加复杂，无法实现轻小化；且带宽越宽，相位和幅度一致性也越难以调节。

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，本发明提供一种超宽工作带宽的微波TR组件，工作带超宽，且幅相一致性好。

本发明的技术方案如下：一种超宽工作带宽的微波TR组件，由两个设备侧SMP射频连接器、两个双向放大器、两个一分四功分器、八个连通至天线的TR通道组成发射链路和接收链路；每个TR通道均包括发射信号功率放大器、发射链路隔离器、大功率收发开关芯片、天线侧SMP射频连接器、接收链路限幅器、一级低噪声放大器，以及集成在LTCC多层电路基板上的多功能芯片、发射信号可调移相器、发射信号驱动放大器、接收信号可调衰减器、接收信号可调移相器和二级低噪声放大器；其中：

在射频信号处于发射工作状态时的发射链路中，两个双向放大器均处于发射打开和接收关断的状态，两个发射射频信号分别经由各自的设备侧SMP射频连接器进入相应的两个双向放大器，每个发射射频信号经过各自的双向放大器放大之后进入相应的一分四功分器，并被各自的一分四功分器分配成四个发射射频信号；八个发射射频信号分别进入八个TR通道中的多功能芯片进行衰减、移相和放大处理；之后每个发射射频信号依次经过各自的发射信号可调移相器、发射信号驱动放大器和发射信号功率放大器分别进行相位固定调整、幅度放大和饱和放大；之后每个发射射频信号通过各自的发射链路隔离器进入相应的大功率收发开关芯片，在射频信号处于发射工作状态时所有的大功率收发开关芯片均处于发射打开和接收关断的状态，每个发射射频信号经过各自的大功率收发开关芯片之后通过各自TR通道中的天线侧SMP射频连接器输出至天线，并由天线向外发射；

在射频信号处于接收工作状态时的接收链路中，天线接收射频信号，通过八个TR通道中的天线侧SMP射频连接器输入至各自的大功率收发开关芯片，在射频信号处于接收工作状态时所有的大功率收发开关芯片均处于发射关断和接收打开的状态，每个接收射频信号经过各自的大功率收发开关芯片之后通过各自TR通道中的接收链路限幅器进入一级低噪声放大器进行第一次低噪声放大；之后每个接收射频信号依次经过各自的接收信号可调衰减器、接收信号可调移相器、二级低噪声放大器分别进行幅度调整、相位调整和第二次低噪声放大；之后每个接收射频信号进入各自的多功能芯片进行衰减、移相和放大处理；八个接收射频信号通过与八个TR通道相连接的两个一分四功分器合并成两个接收射频信号分别进入相应的双向放大器；在射频信号处于接收工作状态时接收链路中的两个双向放大器均处于发射关断和接收打开的状态，两个接收射频信号分别经由各自的设备侧SMP射频连接器输出。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，还包括两个用于输入控制信号和电源信号的微矩形电连接器、两个双向发射电源调制芯片和两个双向接收电源调制芯片，每个TR通道还包括集成在LTCC多层电路基板上的波控芯片、发射电源调制芯片和接收电源调制芯片；控制信号和电源信号经由两个微矩形电连接器分别进入八个TR通道，由各自TR通道中的波控芯片将串行控制数据转换成并行控制数据，以控制多功能芯片工作，并直接给各自TR通道中的多功能芯片提供工作所需的+5V电源；

在射频信号处于发射工作状态时，所述波控芯片控制相应的发射电源调制芯片调制发射信号驱动放大器和发射信号功率放大器所需要的电压，控制大功率收发开关芯片打开发射通道，以及控制相应的双向发射电源调制芯片调制双向放大器所需要的电压；

在射频信号处于接收工作状态时，所述波控芯片控制相应的接收电源调制芯片调制一级低噪声放大器和二级低噪声放大器所需要的电压，控制大功率收发开关芯片打开接收通道，以及控制相应的双向接收电源调制芯片调制双向放大器所需要的电压。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述多功能芯片采用中国电子科技集团公司第十三研究所研制出品的型号为NC15329C-618PD的多功能芯片；所述波控芯片采用中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JCNS1366的波控芯片。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述一分四功分器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC6507C-618U的功分器芯片；所述微矩形电连接器采用21芯气密性电连接器。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述LTCC多层电路基板上设置有两个第一沉腔、八个第二沉腔和八个第三沉腔，每个第一沉腔用于集成一个双向放大器和一个一分四功分器，并在每个第一沉腔的口部铺设一片第一盖板；每个第二沉腔用于集成一个多功能芯片和一个波控芯片，并在每个第二沉腔的口部铺设一片第二盖板；每个第三沉腔用于集成一个发射信号可调移相器、一个接收信号可调移相器、一个发射信号驱动放大器、一个二级低噪声放大器和一个接收信号可调衰减器，并在每个第三沉腔的口部铺设一片第三盖板；所述第一盖板、第二盖板和第三盖板均为陶瓷片。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述LTCC多层电路基板设置在微波TR组件的壳体内，所述壳体的每个TR通道均设置由一道隔墙筋隔开形成相应的腔体；每个TR通道的大功率收发开关芯片、接收链路限幅器、一级低噪声放大器均位于与其相对应的腔体内并靠近腔体外侧端的位置，且大功率收发开关芯片、接收链路限幅器、一级低噪声放大器均通过热沉焊接在壳体上，并通过大功率收发开关芯片与相对应的天线侧SMP射频连接器电性连接；每个TR通道的发射信号功率放大器分别位于与其相对应的腔体内并靠近腔体内侧端的位置，且发射信号功率放大器通过热沉焊接在壳体上；每个TR通道的发射链路隔离器位于与其相对应的腔体内的中间位置，且发射链路隔离器直接焊接在壳体上。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述发射信号功率放大器芯片采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的NC11669C-618P10的GaN芯片，所述热沉采用金刚石铜材料制作。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述大功率收发开关芯片采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC1602C-118A的低损耗大功率收发开关芯片；所述发射链路隔离器采用定制边导模隔离器。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述发射信号驱动放大器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11278C-618的驱动放大器芯片；所述发射信号可调移相器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC12125C-618的可调移相器芯片。

所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其中：所述接收链路限幅器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC1808C-618的限幅器芯片；所述接收信号可调衰减器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC13139C-120的可调衰减器芯片；所述一级低噪声放大器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11261C-618的低噪声放大器芯片；所述接收信号可调移相器均采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC12125C-618的可调移相器芯片；所述二级低噪声放大器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC10260C-518的低噪声放大器芯片。

本发明所提供的一种超宽工作带宽的微波TR组件，由于在LTCC多层电路基板上定制了多功能芯片，尽可能减少了微波芯片数量及其互联电路，同时利用LTCC多层电路基板的微波接地连续性更好，使得工作带宽更宽，并结合每个发射和接收通道中设置的可调移相器和可调衰减器固定调节信号的相位和幅度，确保了每个TR通道收发信号的幅相一致性。

附图说明

图1是本发明超宽工作带宽的微波TR组件实施例的射频链路图；

图2是本发明超宽工作带宽的微波TR组件实施例的内部电路布局图；

图3是本发明图2的侧视图；

图4是本发明图2中局部A的放大图；

图5是本发明超宽工作带宽的微波TR组件实施例所用壳体的立体图；

图6是本发明图2中局部B的放大图；

图中标号汇总：LTCC多层电路基板101、双向放大器(102a和102b)、一分四功分器(103a和103b)、多功能芯片104、波控芯片105、发射信号可调移相器106a、接收信号可调移相器106b、发射信号驱动放大器107、发射电源调制芯片(108、109和110)、发射信号功率放大器111a、热沉111b、发射链路隔离器112、大功率收发开关芯片113、接收链路限幅器114、一级低噪声放大器115a、二级低噪声放大器115b、接收信号可调衰减器116、接收电源调制芯片(117和118)、双向接收电源调制芯片119a、双向发射电源调制芯片119b、设备侧SMP射频连接器(120a和120b)、天线侧SMP射频连接器120c、微矩形电连接器(121a和121b)、壳体122、第一沉腔122a、第二沉腔122b、第三沉腔122c、隔墙筋122e、腔体122d、第一盖板123a、第二盖板123b、第三盖板123c。

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是本发明超宽工作带宽的微波TR组件实施例的射频链路图，该超宽工作带宽的微波TR组件由两个设备侧SMP射频连接器(120a和120b)、集成在LTCC多层电路基板101上的两个双向放大器(102a和102b)、两个一分四功分器(103a和103b)、八个连通至天线的TR通道组成发射链路和接收链路；八个TR通道的原理、构造均相同，以TR通道四为例，每个TR通道均包括天线侧SMP射频连接器120c、发射信号功率放大器111a、发射链路隔离器112、大功率收发开关芯片113、接收链路限幅器114、一级低噪声放大器115a，以及集成在LTCC多层电路基板101上的多功能芯片104、发射信号可调移相器106a、发射信号驱动放大器107、接收信号可调衰减器116、接收信号可调移相器106b和二级低噪声放大器115b。

当射频信号处于发射工作状态时，发射链路中的两个双向放大器(102a和102b)均处于发射打开和接收关断的状态，两个发射射频信号分别经由各自的设备侧SMP射频连接器(120a或120b)进入相应的两个双向放大器(102a或102b)，每个发射射频信号经过各自的双向放大器(102a或102b)放大之后进入相应的一分四功分器(103a或103b)，并被各自的一分四功分器(103a或103b)分配成四个发射射频信号；八个发射射频信号分别进入八个TR通道中的多功能芯片104进行衰减、移相和放大处理；之后每个发射射频信号依次经过各自的发射信号可调移相器106a、发射信号驱动放大器107和发射信号功率放大器111a分别进行相位固定调整、幅度放大和饱和放大；之后每个发射射频信号通过各自的发射链路隔离器112进入相应的大功率收发开关芯片113，在射频信号处于发射工作状态时所有的大功率收发开关芯113片均处于发射打开和接收关断的状态，每个发射射频信号经过各自的大功率收发开关芯片113之后通过各自TR通道中的天线侧SMP射频连接器120c输出至天线，并由天线向外发射。

当射频信号处于接收工作状态时，天线接收射频信号，通过八个TR通道中的天线侧SMP射频连接器120c输入至各自的大功率收发开关芯片113，在射频信号处于接收工作状态时所有的大功率收发开关芯片113均处于发射关断和接收打开的状态，每个接收射频信号经过各自的大功率收发开关芯片113之后通过各自TR通道中的接收链路限幅器114进入一级低噪声放大器115a进行第一次低噪声放大；之后每个接收射频信号依次经过各自的接收信号可调衰减器116、接收信号可调移相器106b、二级低噪声放大器115b分别进行幅度调整、相位调整和第二次低噪声放大；之后每个接收射频信号进入各自的多功能芯片104进行衰减、移相和放大处理；八个接收射频信号通过与八个TR通道相连接的两个一分四功分器(103a和103b)合并成两个接收射频信号分别进入相应的双向放大器(102a或102b)；在射频信号处于接收工作状态时接收链路中的两个双向放大器(102a和102b)均处于发射关断和接收打开的状态，两个接收射频信号分别经由各自的设备侧SMP射频连接器(120a或120b)输出。

与此同时，该超宽工作带宽的微波TR组件还包括集成在LTCC多层电路基板101上的两个用于输入控制信号和电源信号的微矩形电连接器(121a和121b)、两个双向发射电源调制芯片(119b和119d)和两个双向接收电源调制芯片(119a和119c)，每个TR通道还包括集成在LTCC多层电路基板101上的波控芯片105、发射电源调制芯片(108、109和110)和接收电源调制芯片(117和118)；控制信号和电源信号经由两个微矩形电连接器(121a和121b)分别进入八个TR通道，由各自TR通道中的波控芯片105将串行控制数据转换成并行控制数据，以控制多功能芯片104工作，并直接给各自TR通道中的多功能芯片104提供工作所需的+5V电源；并行控制数据可以加快多功能芯片的响应速度，实现快速的移相和衰减；且，

在射频信号处于发射工作状态时，所述波控芯片105控制相应的发射电源调制芯片(108、109和110)调制发射信号驱动放大器107和发射信号功率放大器111a所需要的电压，控制大功率收发开关芯片113打开发射通道，以及控制相应的双向发射电源调制芯片(119b和119d)调制双向放大器(102a和102b)所需要的电压；

在射频信号处于接收工作状态时，所述波控芯片105控制相应的接收电源调制芯片(117和118)调制一级低噪声放大器115a和二级低噪声放大器115b所需要的电压，控制大功率收发开关芯片113打开接收通道，以及控制相应的双向接收电源调制芯片(119a和119c)调制双向放大器(102a和102b)所需要的电压。

结合图2和图3所示，图2是本发明超宽工作带宽的微波TR组件实施例的内部电路布局图，图3是本发明图2的侧视图，其中(a)是左视图，(b)是右视图；两个设备侧SMP射频连接器(120a和120b)分别位于微波TR组件的壳体122左侧的上下两处，两个微矩形电连接器(121a和121b)均位于微波TR组件的壳体122左侧的中部，八个天线侧SMP射频连接器120c均布在微波TR组件的壳体122右侧，微波TR组件的LTCC多层电路基板101设置在该壳体122内。

在本发明超宽工作带宽微波TR组件的优选实施方式中，所述设备侧SMP射频连接器(120a和120b)焊接在靠近射频信号源一侧的壳体122的围框上，用于信号源与微波TR组件之间的传输，所述天线侧SMP射频连接器120c焊接在靠近天线一侧的壳体122围框上，用于外界射频信号与微波TR组件之间的传输；所述微矩形电连接器(121a和121b)均焊接在射频信号发射端的壳体122围框上，其中，TR通道一至TR通道四中的发射电源调制芯片(108、109和110)和接收电源调制芯片(117和118)的输入端与微矩形电连接器121a电性连接，由微矩形电连接器121a为TR通道一至TR通道四提供控制信号和电源；TR通道五至TR通道八中的发射电源调制芯片(108、109和110)和接收电源调制芯片(117和118)的输入端与微矩形电连接器121a电性连接，由微矩形电连接器121b为TR通道五至TR通道八提供控制信号和电源，较好的是，所述微矩形电连接器（121a、121b）选用21芯气密性电连接器；所述LTCC多层电路基板101，即低温共烧陶瓷（Low Temperature co-fired Ceramics，缩略词LTCC）多层电路基板，用于实现各芯片之间的信号传输，其具有介电常数低、损耗角正切值小、频率响应平坦、厚度一致性好等特点，可以把电阻、电容和电感以埋置的方式集成在多层基板中，使封装密度得以大幅度提高；同时，与LTCC多层电路基板101相匹配的壳体122的制造工艺简单，组件装配难度低，生产环节少，更适合大批量生产。

结合图4和图5所示，图4是本发明图2中局部A的放大图，图5是本发明超宽工作带宽的微波TR组件实施例所用壳体的立体图；由于超带宽八通道TR组件的电路集成度高、输出功率大，容易产生腔体效应，在一定条件下将产生振荡；较好的是，所述LTCC多层电路基板101上设置有两个第一沉腔122a、八个第二沉腔122b和八个第三沉腔122c，每个第一沉腔122a用于集成一个双向放大器(102a或102b)和一个一分四功分器(103a或103b)，并在每个第一沉腔122a的口部铺设一片第一盖板123a；每个第二沉腔122b用于集成一个多功能芯片104和一个波控芯片105，并在每个第二沉腔122b的口部铺设一片第二盖板123b；每个第三沉腔122c用于集成一个发射信号可调移相器106a、一个接收信号可调移相器106b、一个发射信号驱动放大器107、一个二级低噪声放大器115b和一个接收信号可调衰减器116，并在每个第三沉腔122c的口部铺设一片第三盖板123c；通过在LTCC多层电路基板101上局部挖腔，将芯片贴装于沉腔内，并在上方铺设盖板，例如0.5mm厚的陶瓷片，能有效防止腔体效应。

在本发明超宽工作带宽微波TR组件的优选实施方式中，所述双向放大器(102a和102b)既可以实现发射信号的放大，还可以实现接收信号的放大，这种设计有利于减少芯片数量，提高集成度；每一个双向放大器(102a或102b)都配置了双向接收电源调制芯片119a和双向发射电源调制芯片119b；其中，双向接收电源调制芯片119a为双向放大器102提供接收通道打开所需的电压，双向发射电源调制芯片119b为双向放大器102提供发射通道打开所需的电压；所述一分四功分器(103a或103b)用于拆分发射射频信号和合并接收射频信号，优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC6507C-618U的功分器芯片；所述多功能芯片104集成了放大、移相、衰减等多个功能，可以实现每一个通道独立的幅度和相位控制，实现360°方位角的扫描，满足雷达电子战一体化综合射频***的要求，用于发射和接收信号的移相、衰减、放大、收发转换等功能，所述多功能芯片104优选中国电子科技集团公司第十三研究所研制出品的型号为NC15329C-618PD的多功能芯片，其移相精度可达到6°，衰减精度可达到1.2dB；所述波控芯片105用于将串行输入的数据转换为并行数据，配置多功能芯片104发射、接收、衰减、移相的工作状态，由多功能芯片104实现射频信号的发射、接收、衰减、移相、放大的控制，还通过配置相应的电源调制芯片进而控制多功能芯片104的放大工作状态、发射信号功率放大器111a的工作状态、以及两个低噪声放大器芯片(115a和115b)的工作状态，所述波控芯片105优选中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JCNS1366的波控芯片；所述发射信号可调移相器106a用于固定调节发射信号的相位，接收信号可调移相器106b用于固定调节接收信号的相位，均优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC12125C-618的可调移相器芯片，其插损≤0.6dB，各态幅度变化±0.025dB；所述发射信号驱动放大器107用于进一步放大发射信号的幅度，因为多功能芯片104对发射信号只是小幅度放大，同时，发射信号在进入发射信号功率放大器芯片111a之前需要满足一定的幅度要求，所以需要经过发射信号驱动放大器107进一步将发射信号放大，所述发射信号驱动放大器107优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11278C-618的驱动放大器芯片；所述二级低噪声放大器115b的功能是将接收的微波信号进行二次低噪声放大，优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC10260C-518的低噪声放大器芯片；所述接收信号可调衰减器116用于固定调节接收信号的幅度，优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC13139C-120的可调衰减器芯片，其衰减量0~2dB。

需要说明的是，所述多功能芯片104的移相、衰减是由控制信号控制多功能芯片调节射频信号的位移和幅度，从而控制天线波束的方位、宽度等，实现不同频率的射频信号的收发；而发射信号可调移相器106a、接收信号可调移相器106b和接收信号可调衰减器116的移相、衰减则是用于固定调节信号的相位和幅度，使得每一个通道发射信号或接收信号的相位是一样的，保证组件内部各通道的幅相一致性，确保发射信号或接受的信号幅度和相位是一样的，而发射信号并不需要调节幅度，也就是不需要进行衰减；对有源相控阵雷达来说，微波TR组件的幅相一致性是一个重要的参数，对有源相控阵雷达整体性能影响非常大，幅相一致性较差，会直接导致有源相控阵雷达的波束指向的偏移、副瓣电平的抬高和天线增益的降低，并最终导致雷达性能恶化，同时，带宽越宽、通道越多，幅相一致性也越差；而本发明超宽工作带宽微波TR组件通过在LTCC多层电路基板101上集成多功能芯片104，让微波芯片的数量尽量少，从而减少了芯片的互联电路，且LTCC多层电路基板的微波接地的连续性更好，带宽更宽，使得TR组件的幅度平坦度、相位突变变得更好，结合每个发射和接收通道中设置的发射信号可调移相器106a、接收信号可调移相器106b和接收信号可调衰减器116，在组件调试时，根据测得每个TR通道的相位和幅度，通过发射信号可调移相器106a和接收信号可调移相器106b固定调节信号的相位，通过接收信号可调衰减器116固定调节信号的幅度，确保了同一个微波TR组件的每个TR通道的收发幅度一致性都满足±1dB、收发相位一致性都满足同频点≤±10°，较好地解决了超宽带八通道微波TR组件的幅相一致性问题。

结合图5和图6所示，图6是本发明图2中局部B的放大图，本发明超宽工作带宽的微波TR组件采用八通道结构，相比于传统的四通道或八通道结构更紧凑，更符合天线发射单元间距较小、扫描角度较宽的要求；且八通道结构更有利于TR组件的集成化和轻小化；为了进一步降低相邻通道之间的耦合和串扰，本发明超宽工作带宽的微波TR组件还采用了分腔结构，并把所述壳体122的每个TR通道都用一道隔墙筋122e隔开形成相应的腔体122d，由此不但可提高相邻TR通道间的隔离度，而且还可加强壳体122的结构强度和刚度；具体的，对于外形尺寸92mm×81.6mm×6.4mm的壳体122来说，每个TR通道的腔体122d宽度约9.2mm；每个TR通道的大功率收发开关芯片113、接收链路限幅器114、一级低噪声放大器115a均位于与其相对应的腔体122d内并靠近腔体122d外侧端的位置，且大功率收发开关芯片113、接收链路限幅器114、一级低噪声放大器115a均通过热沉111b焊接在壳体122上，并通过大功率收发开关芯片113与相对应的天线侧SMP射频连接器120c电性连接；每个TR通道的发射信号功率放大器111a分别位于与其相对应的腔体122d内并靠近腔体122d内侧端的位置，且发射信号功率放大器111a通过热沉111b焊接在壳体122上；每个TR通道的发射链路隔离器112位于与其相对应的腔体122d内的中间位置，且发射链路隔离器112直接焊接在壳体122上。

在本发明超宽工作带宽微波TR组件的优选实施方式中，所述大功率收发开关芯片113的功能是完成发射通道和接收通道的微波隔离，即实现接收信号和发射信号的隔离，同时在发射工作时结合发射链路隔离器112隔离来自天线的反射信号，所述大功率收发开关芯片113优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC1602C-118A的低损耗大功率收发开关芯片，其插损≤2dB，隔离度≥45dB；所述接收链路限幅器114用于防止接收的大功率微波信号输入时烧毁低一级噪声放大器芯片115a，所述接收链路限幅器114优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC1808C-618的限幅器芯片；所述一级低噪声放大器115a的功能是将接收的微波信号进行低噪声放大，优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11261C-618的低噪声放大器芯片；所述发射信号功率放大器111a为末级功率放大器，用于将发射信号饱和放大后输出，由于超带宽八通道的电路集成度高、输出功率大，所以TR组件热耗大，散热密度高，发射信号功率放大器111a下方的热密度可达到400W/CM2，而GaN较GaAs有更宽的禁带、更高的击穿场强和电子饱和速度，应用于大功率GaN的热导率是GaAs的3倍，由此所述发射信号功率放大器芯片111a可采用GaN芯片，优选中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11669C-618P10的功率放大器芯片；因为金刚石铜的导热系数为500W/(mk)，约为钼铜的3倍，所以热沉111b优选热膨胀系数更接近GaN、散热性能更好的金刚石铜材料制作。

需要说明的是，对于有源相控阵天线，由于天线单元的扫描角度比较大，加上天线单元之间的互耦作用，其阻抗变化较大，现有微波TR组件中通常采用环形器隔离器来实现收发隔离，同时实现功率放大器和天线单元之间的隔离，以防止天线单元阻抗变化对功率放大器的负载牵引，和防止组件输出端口反射的功率进入功率放大器的输出端而对其造成伤害；但是微波TR组件的整体厚度只有6.4mm（盖板厚度1mm），对于6-18GHz带宽的环形器隔离器，目前市场上还没有可满足上述尺寸的产品，单个环形器的宽度难以小于10mm，隔离器的高度也不能满足要求；而本发明超宽工作带宽微波TR组件采用低损耗的大功率开关芯片113代替环形器，满足了微波TR组件尺寸的设计要求，结合用于实现发射信号功率放大器111a和天线单元之间隔离的发射链路隔离器112，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，从而防止了天线单元阻抗变化对发射信号功率放大器111a的负载牵引，同时也防止了组件输出端口反射的功率进入发射信号功率放大器111a的输出端而对其造成伤害；较好的是，所述发射链路隔离器112采用定制边导模隔离器，高度小于5mm，插损比传统的边导模隔离器还要小。

另外，本发明超宽工作带宽的微波TR组件作为军工产品，需保证战时货源充足，因此所采用的元器件及芯片均为国产，且国内目前仅有中国电子科技集团公司第十三研究所、五十八所可以研发出满足上述需求的超宽带芯片。

本发明超宽工作带宽的微波TR组件为最大限度地实现超宽带信号传输，所有芯片的工作频率至少需满足6-18GHz；同时双向放大器(102a和102b)需满足饱和输出功率≥16dbm；多功能芯片104需满足饱和输出功率≥14dBm，发射增益≥5dB，接收增益≥3dB，并可实现高精度的六位移相和六位衰减；发射信号功率放大器111a需满足饱和输出功率≥40dbm，增益≥16dB，并可以连续波工作；发射信号驱动放大器107需满足饱和输出功率≥25dbm，增益≥16dB，并可以连续波工作；两个低噪声放大器(115a和115b)均需满足增益≥23dB，噪声系数≤1dB；接收链路限幅器114需满足插损≤0.5dB，输入输出驻波＜2，由此制作出的超宽带微波TR组件，其中心频率为12GHz，工作带宽达到100%，可实现6-18GHz的超带宽，可达到3倍频程，不失为一种超宽带、高功率、集成度高的轻小型微波TR组件。

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)

1.一种超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：由两个设备侧SMP射频连接器、两个双向放大器、两个一分四功分器、八个连通至天线的TR通道组成发射链路和接收链路；每个TR通道均包括发射信号功率放大器、发射链路隔离器、大功率收发开关芯片、天线侧SMP射频连接器、接收链路限幅器、一级低噪声放大器，以及集成在LTCC多层电路基板上的多功能芯片、发射信号可调移相器、发射信号驱动放大器、接收信号可调衰减器、接收信号可调移相器和二级低噪声放大器；其中：

在射频信号处于发射工作状态时的发射链路中，两个双向放大器均处于发射打开和接收关断的状态，两个发射射频信号分别经由各自的设备侧SMP射频连接器进入相应的两个双向放大器，每个发射射频信号经过各自的双向放大器放大之后进入相应的一分四功分器，并被各自的一分四功分器分配成四个发射射频信号；八个发射射频信号分别进入八个TR通道中的多功能芯片进行衰减、移相和放大处理；之后每个发射射频信号依次经过各自的发射信号可调移相器、发射信号驱动放大器和发射信号功率放大器分别进行相位固定调整、幅度放大和饱和放大；之后每个发射射频信号通过各自的发射链路隔离器进入相应的大功率收发开关芯片，在射频信号处于发射工作状态时所有的大功率收发开关芯片均处于发射打开和接收关断的状态，每个发射射频信号经过各自的大功率收发开关芯片之后通过各自TR通道中的天线侧SMP射频连接器输出至天线，并由天线向外发射；

在射频信号处于接收工作状态时的接收链路中，天线接收射频信号，通过八个TR通道中的天线侧SMP射频连接器输入至各自的大功率收发开关芯片，在射频信号处于接收工作状态时所有的大功率收发开关芯片均处于发射关断和接收打开的状态，每个接收射频信号经过各自的大功率收发开关芯片之后通过各自TR通道中的接收链路限幅器进入一级低噪声放大器进行第一次低噪声放大；之后每个接收射频信号依次经过各自的接收信号可调衰减器、接收信号可调移相器、二级低噪声放大器分别进行幅度调整、相位调整和第二次低噪声放大；之后每个接收射频信号进入各自的多功能芯片进行衰减、移相和放大处理；八个接收射频信号通过与八个TR通道相连接的两个一分四功分器合并成两个接收射频信号分别进入相应的双向放大器；在射频信号处于接收工作状态时接收链路中的两个双向放大器均处于发射关断和接收打开的状态，两个接收射频信号分别经由各自的设备侧SMP射频连接器输出。

2.根据权利要求1所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：还包括两个用于输入控制信号和电源信号的微矩形电连接器、两个双向发射电源调制芯片和两个双向接收电源调制芯片，每个TR通道还包括集成在LTCC多层电路基板上的波控芯片、发射电源调制芯片和接收电源调制芯片；控制信号和电源信号经由两个微矩形电连接器分别进入八个TR通道，由各自TR通道中的波控芯片将串行控制数据转换成并行控制数据，以控制多功能芯片工作，并直接给各自TR通道中的多功能芯片提供工作所需的+5V电源；

在射频信号处于发射工作状态时，所述波控芯片控制相应的发射电源调制芯片调制发射信号驱动放大器和发射信号功率放大器所需要的电压，控制大功率收发开关芯片打开发射通道，以及控制相应的双向发射电源调制芯片调制双向放大器所需要的电压；

在射频信号处于接收工作状态时，所述波控芯片控制相应的接收电源调制芯片调制一级低噪声放大器和二级低噪声放大器所需要的电压，控制大功率收发开关芯片打开接收通道，以及控制相应的双向接收电源调制芯片调制双向放大器所需要的电压。

3.根据权利要求2所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述多功能芯片采用中国电子科技集团公司第十三研究所研制出品的型号为NC15329C-618PD的多功能芯片；所述波控芯片采用中国电子科技集团公司第五十八研究所出品的型号为JCNS1366的波控芯片。

4.根据权利要求2所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述一分四功分器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC6507C-618U的功分器芯片；所述微矩形电连接器采用21芯气密性电连接器。

5.根据权利要求1所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述LTCC多层电路基板上设置有两个第一沉腔、八个第二沉腔和八个第三沉腔，每个第一沉腔用于集成一个双向放大器和一个一分四功分器，并在每个第一沉腔的口部铺设一片第一盖板；每个第二沉腔用于集成一个多功能芯片和一个波控芯片，并在每个第二沉腔的口部铺设一片第二盖板；每个第三沉腔用于集成一个发射信号可调移相器、一个接收信号可调移相器、一个发射信号驱动放大器、一个二级低噪声放大器和一个接收信号可调衰减器，并在每个第三沉腔的口部铺设一片第三盖板；所述第一盖板、第二盖板和第三盖板均为陶瓷片。

6.根据权利要求1所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述LTCC多层电路基板设置在微波TR组件的壳体内，所述壳体的每个TR通道均设置由一道隔墙筋隔开形成相应的腔体；每个TR通道的大功率收发开关芯片、接收链路限幅器、一级低噪声放大器均位于与其相对应的腔体内并靠近腔体外侧端的位置，且大功率收发开关芯片、接收链路限幅器、一级低噪声放大器均通过热沉焊接在壳体上，并通过大功率收发开关芯片与相对应的天线侧SMP射频连接器电性连接；每个TR通道的发射信号功率放大器分别位于与其相对应的腔体内并靠近腔体内侧端的位置，且发射信号功率放大器通过热沉焊接在壳体上；每个TR通道的发射链路隔离器位于与其相对应的腔体内的中间位置，且发射链路隔离器直接焊接在壳体上。

7.根据权利要求6所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述发射信号功率放大器芯片采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的NC11669C-618P10的GaN芯片，所述热沉采用金刚石铜材料制作。

8.根据权利要求1所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述大功率收发开关芯片采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC1602C-118A的低损耗大功率收发开关芯片；所述发射链路隔离器采用定制边导模隔离器。

9.根据权利要求1所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述发射信号驱动放大器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11278C-618的驱动放大器芯片；所述发射信号可调移相器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC12125C-618的可调移相器芯片。

10.根据权利要求1所述的超宽工作带宽的微波TR组件，其特征在于：所述接收链路限幅器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC1808C-618的限幅器芯片；所述接收信号可调衰减器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC13139C-120的可调衰减器芯片；所述一级低噪声放大器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC11261C-618的低噪声放大器芯片；所述接收信号可调移相器均采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC12125C-618的可调移相器芯片；所述二级低噪声放大器采用中国电子科技集团公司第十三研究所出品的型号为NC10260C-518的低噪声放大器芯片。

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