X波段高功率T/R件的设计与制作

0 引 言

随着电子技术的发展，对现代有源相控阵雷达的要求越来越高，而T／R组件是构成有源相控阵雷达的核心部件之一，因此对T／R组件的各个性能提出了更高的要求。同时微电子技术和MMIC电路的发展为T／R组件的设计提供了良好的基础，当前组件技术的发展趋势是在利用HTCC，LTCC等多层微带基板的基础上，集成了一片或数片多功能MMIC电路，再经过微电子互连而成。而这种组件具有体积小、重量轻、性能指标高、一致性好的特点。

在数量相同的一组T／R组件中合成发射功率越大，其雷达照射的范围则越大，所以研究高功率T／R组件显得非常重要。而在T／R组件设计时，最关键的是功率放大模块。该组件运用了混合集成电路(HMIC)和多芯片组装(MCM)相结合的技术，根据现有的制造工艺，设计出一种平衡放大器作为发射通道的末级功放部分，该放大器是两只功放裸芯片和一个Wilkinson功分器组成的，最终提高了功率的输出。

1 T／R组件的原理与组成

T／R组件原理框图如图1所示，在发射通道，由激励信号源送来的信号送入组件发射通道经过功率放大器使信号放大后馈至天线辐射单元；在接收通道，从天线收到的微弱信号经接收通道传到接收机。

组件接收通道包括限幅器、低噪声放大器和数字衰减器。在组件发射期间，若天线有很大的功率反射，此时限幅器能起到保护低噪声放大器的作用。组件发射通道则是两级功放链路组成，前两级采用芯片，而末级高功率放大器为下文重点设计介绍的。控制电路部分由数字移相器、数字可变衰减器、数字开关和驱动控制芯片组成。为了设计的需要运用了正反向的环形器，一个当作隔离器用，另外一个作环形器用。对于电源部分，因为组件发射功率器件为GaAs器件，其必须要先加负压(Vgs)，后加正压(Vds，加负压保护电路就行。

2 设计思路与设计过程

设计T／R组件时，考虑最关键的就是末级功放部分，因此本文将对末级功放部分展开详细探讨。

2．1 设计思路

设计一个Wilkinson功分器，采用两个10 W功率放大器裸芯片进行合成，组成一个平衡放大器。Wil-kinson功分器采用了二等分功分器，原理框图如图2所示。因为信号在输入功分器的输出端是同相位的，所以，注入放大器A之前的信号和放大器B之后的信号需要相移，将其中的一臂增加了λ／4的线长，这样可以利用如下公式：

如果两个放大器完全相同，那么，S11=0，且S22=0，而且增益S21(S12也如此)等于耦合器的单边增益。2．2 Wilkinson功分器的设计与仿真基于现有的工艺水平，选用的导体为金，其厚度为0．01 mm，由于LTCC基板的工艺精度不佳，插损比较大，故而利用陶瓷作为介质，其介电常数εr=9．9，厚度为0．635 mm，损耗角正切值为0．006。通过软件仿真可以计算出两段50 Ω的线宽为W1=0．6 mm，70．7 Ω的线宽为W2=0．23 mm。电阻选为100 Ω的薄膜电阻。

按照上面的初始参数，利用HFSS仿真的结果计算，在X波段，三个端口的驻波均在1．19以下，两臂的公分比：端口二约为-3．1 dB，端口三约为-3．5 dB、两臂的隔离度在-27 dB以下和两端口的相位差为90°±5°。

2．3 x波段T／R组件的电磁兼容分析

T／R组件中存在着数字信号、模拟信号、微波信号、直流信号和脉冲信号等。因此，电磁兼容设计将是工程实现，调机联试中的难点，在设计阶段，必须充分认识到电磁兼容性设计的重要性。

作者：李俊生，蒙林，张德智 电子科技大学   来源：现代电子技术