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X波段相控阵雷达单片微波集成电路芯片组
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一种利用六英寸0.5mm砷化镓PHEMT器件模型技术的X波段雷达
相控阵元芯片组介绍
自从二十世纪头十年的早些时候无线电波首次用于探测浓雾中的船只，无线电探测与测距或雷达就被人们逐渐认识。直到二十世纪40年代目前这种首字母缩写的形式才产生。特别是X-波段雷达出现于第二次世界大战爆发时，并一直受到广泛应用。典型的x-波段雷达应用包括空中交通管制、降雨探测、交通疏导和军事应用。军事应用包括探测及跟踪车辆、船只、导弹和其他意图危害我们任何武装力量的目标。这些武装力量肩负保卫我们的国家并维护其利益的责任。各种类型的雷达包括连续波（CW）雷达、双极点雷达、相控阵雷达、脉冲雷达、单极点雷达和合成孔径雷达。今天使用的许多高级x-波段雷达典型特征为基于需要使用多相位阵元部件的有源相控阵。
设计与工艺
Mimix Broadband公司乐意于提供了一种非常有竞争力的高性能X波段雷达相控阵元芯片组.图1是一个典型的X-波段雷达相控阵天线元框图。它的发送部分包括一个专门为脉冲雷达设计的，输出为10W的功率放大级（XP1006）。输出驱动级（XP1014）是一个1W的微波单片集成电路，它被设计用来驱动XP1006完成发送链路。公司不久就会为相控阵元的接收端提供一个低噪声放大/限幅MMIC,它具有卓越的噪声系数和高超的功率限制能力。最后，要完成相控阵元控制链路，有宽带衰减器（XA1000）和移相MMIC器件（XS1000）可供使用。
图1 用于典型相控阵天线元的X波段雷达芯片组框图
X-波段MMIC芯片组采用Mimix Broadband公司的6英寸0.5 μm的砷化镓伪形态高电子迁移率晶体管（PHEMT）器件模型技术，并利用光闸印刷保证高可重用性和一致性。利用0.5μm工艺可以使用于器件淀积的光印刷技术成本更低，而这种工艺与六英寸晶元面积结合可以为用户提供高可重复性，低成本MMIC芯片组解决方案。
所有Mimix公司的冲模产品都进行了表面钝化处理，这种处理起到了保护作用并提供了带背面通孔的粗糙部件，便于进行传导环氧或共晶焊模连接处理。公司的大部分产品都有冲模和封装两种版本，其中许多都为符合RoHS标准的表面贴装，兼容大量焊装。.法兰瓷和表面贴装放大器都可以提供优良的射频性能和热性能。
功率放大器
器件XP1006，如图2所示，是一个8.5到11.0GHz 10W三级功率放大器，该放大器大信号增益为21dB，能够提供极好的输入/输出回波损耗。饱和输出功
图2 XP1006芯片设计图
图3 XP1006饱和输出功率vs.温度
率为+40 dBm时功率添加效率为30%（见图3）。这种器件不仅包括片上偏置电路只需用户提供一个-5V的偏置输入，还提供了附加的栅偏置输入进行分离式栅偏置控制。所有设备提供了100%的晶片RF、DC检测和输出功率性能检测。此功放提供了冲模形式，不久之后还会提供法兰瓷封装。
位于休斯敦的公司研究室使用热成像仪器在不同偏置条件下对XP1006进行了热成像(见图4)。与用模型进行热阻抗预测不同，这种成像仪使Mimix能够测量MMIC上所有器件的信道温度，从而利用这个图像可以实际的测量此MMIC的所有设备的信道温度，由此得到一个更准确的热阻值。只要热阻计算出来，可靠性信息例如平均故障发生时间(MTTF)和单位时间内故障(FIT)的就可以计算出来，并能得到更准确的安全工作最佳基本温度。公司的网站上有更详细的使用说明描述XP1006的应用。
图4 XP1006热成像
激励放大器
如图5所示，XP1014 MMIC是一个8.5至11.0GHz，1W二级功率放大器，小信号增益为18dB。其饱和输出功率为+31dBm时的PAE为35%（见图6）。这种器件包括片上偏置电路使用户只需提供一个-5V的偏置输入。与前面的功率放大器类似，这些器件提供了100%的晶片RF、DC和输出功率性能检测。公司提供了它们的冲模形式，并在不久以后会放出法兰瓷封装。
图5 XP1014芯片设计图
衰减器
如图7所示，器件XA1000为一个DC-18GHz，5比特数字衰减器。此器件拥有27dB衰减范围（见图8），插入损耗5.5 dB。在各种状态下其输入输出回波损耗性能优良，输入的1dB 压缩点(P1dB)为 +24 dBm。如图9所示，其衰减误差小于1dB，相位误差小于20°。器件工作电压-7.5V ，5个满足LVCMOS 规范的二进制输入端口。这些器件提供了100%的晶片RF、DC和输出功率性能检测。该衰减器目前只有冲模形式，不久将会开发出封装器件。
图6 从多个器件得到XP1014饱和输出功率
图7 XA1000芯片设计结构
图8 所有状态下的XA1000
移相器
如图10所示，MMIC XS1000是一个7到13 GHz的6位移相器。器件LSB为5.625°（见图11），插入损耗为6.5 dB。在各种状态下它的输入输出回波损耗性能优秀，输入P1dB为 +25dBm。衰减误差小于1dB，RMS相位误差（见图12）小于3°。器件工作电压为7.5V，拥有6个控制输入端。所有器件提供了100%的晶片RF、DC检测和相位比特性能检测。该移相器目前只有冲模形式，2007年将推出封装器件。
图9 XA1000衰减误差
图10 XS1000芯片设计结构
图11 所有状态下XS1000相对相位
低噪声放大器/限幅器
最后我们来看相控阵元的限幅低噪声放大器的功能。因为雷达的前端容易被高输入功率发射机损伤，低噪声放大器需要多种措施保护其较低电平的输入器件免受损伤。虽然存在很多备选措施，但通常低损耗限幅器是这一应用的最佳选择。限幅器为前端噪声系数提供了最小的衰减，但当LNA需要保护时也能够同时提供足够等级的输入发送功率保护，因此限幅器能够提供低插入损耗解决方案。
x-波段的低噪声放大器/限幅器目前仍在开发中， 2006底有望生产出成品。更多的信息和其更新情况可以从公司的网站上获得。
图12 XS1000相位误差
总结
我们介绍了高性能的X波段相控阵雷达元芯片组，在发送端包括驱动和功放器件，接收端包括低噪声放大器/限幅器，控制端包括衰减器和移相器。这个新的芯片组利用Mimix Broadband公司的6英寸0.5mm镓化砷（GaAs）PHEMT器件模型技术生产，采用了光闸印刷工艺。新器件为雷达相控阵元界面提供了一种高可重复性，低成本MMIC芯片组解决方案。个体冲模采用了带有背孔的表面钝化处理，以便于传导环氧或共晶冲模连接。另外，这些器件提供了100%的RF和DC检测，确保他们的性能，并能使用户提高产量，降低成本。
所有器件现在都有冲模形式产品或者很快会放出法兰瓷封装和表面贴装。
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