一种有源相控阵雷达系统及T/R组件的制作方法

一种有源相控阵雷达系统及t/r组件
技术领域
1.本实用新型涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种有源相控阵雷达系统及t/r组件。


背景技术：

2.t/r(transmitter and receiver，发射/接收)组件是有源相控阵雷达系统的关键部件，其主要功能是完成射频信号的接收与发射任务。随着雷达性能要求的不断提高，t/r组件也经历了多次技术变革，趋向小型化的方向发展。实现t/r组件的小型化设计，一直是本领域追求的目标。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提供一种有源相控阵雷达系统及t/r组件，以实现t/r组件的小型化设计。
4.一种有源相控阵雷达系统的t/r组件，所述t/r组件的单路通道包括：低通滤波器1、第一衰减器2、第一中频放大器3、第二中频放大器4、第一双路切换开关5、第一混频器6、第一带通滤波器7、第二双路切换开关8、第三中频放大器9、第四中频放大器10、第三双路切换开关11、第四双路切换开关12、第二混频器13、第二带通滤波器14、第五双路切换开关15、驱动放大器16、第二衰减器17、功率放大器18、低噪声放大器19、限幅器20和环形器21；
5.其中，每个双路切换开关都包括两个支路端和一个公共端；
6.低通滤波器1的一端用于发射信号，另一端接第一中频放大器3的输出端；第一衰减器2的一端用于接收信号，另一端接第二中频放大器4的输入端；第一中频放大器3的输入端和第二中频放大器4的输出端分别接第一双路切换开关5的两个支路端；
7.第一双路切换开关5的公共端接第一混频器6的第一端，第一混频器6的第二端接第四双路切换开关12的公共端；第一混频器6的第三端经第一带通滤波器7接第二双路切换开关8的公共端；
8.第二双路切换开关8的两个支路端分别接第三中频放大器9的输入端和第四中频放大器10的输出端；第三中频放大器9的输出端和第四中频放大器10的输入端分别接第三双路切换开关11的两个支路端；
9.第三双路切换开关11的公共端接第二混频器13的第一端；第二混频器13的第三端经第二带通滤波器14接第五双路切换开关15的公共端；
10.第五双路切换开关15的两个支路端分别接驱动放大器16的输入端和低噪声放大器19的输出端；驱动放大器16的输出端经第二衰减器17和功率放大器18接环形器21的第一端；低噪声放大器19的输入端经限幅器20接环形器21的第二端；环形器21的第三端用于收发射频信号。
11.可选的，每个双路切换开关均为单刀双掷开关。
12.可选的，所述所述t/r组件的单路通道还包括：波导22；所述波导22连接在环形器
21的第三端。
13.可选的，驱动放大器16为两个驱动放大器模块的串联。
14.可选的，低通滤波器1为lc低通滤波器。
15.可选的，所述t/r组件为单通道t/r组件或多通道t/r组件。
16.可选的，所述t/r组件的盒体材料为铜，采用一体化成型方式加工；并且，所述t/r组件的机壳及内部模块采用镀金处理。
17.一种有源相控阵雷达系统，包括：多个如上述公开的任一种有源相控阵雷达系统的t/r组件。
18.可选的，所述t/r组件的每路通道均以第三双路切换开关11的公共端为界划分为两段；每个t/r组件的每路通道的第一段设置在同一基板的正面，每个t/r组件的每路通道的第二段设置在所述基板的反面。
19.可选的，所述有源相控阵雷达系统为有源相控阵天气雷达系统。
20.从上述的技术方案可以看出，本实用新型公开的t/r组件的单路通道包括发射链路和接收链路，收发分时工作，发射链路和接收链路共用第一混频器6、第一带通滤波器7、第二混频器13和第二带通滤波器14，节省占用空间和成本，实现了产品小型化设计。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型实施例公开的一种有源相控阵雷达系统的t/r组件的单路通道的电路原理图；
23.图2为本实用新型实施例公开的又一种有源相控阵雷达系统的t/r组件的单路通道的电路原理图；
24.图3为本实用新型实施例公开的又一种有源相控阵雷达系统的t/r组件的单路通道的电路原理图；
25.图4为本实用新型实施例公开的又一种有源相控阵雷达系统的t/r组件的单路通道的电路原理图；
26.图5为本实用新型实施例公开的一种有源相控阵雷达系统的多通道t/r组件的分布图；
27.图6为本实用新型实施例公开的一种有源相控阵雷达系统的多通道t/r组件的分布图；
28.图7为图5所示结构的基板正面视图。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.参见图1，本实用新型实施例公开了一种有源相控阵雷达系统的t/r组件，所述t/r组件的单路通道包括：低通滤波器1、第一衰减器2、第一中频放大器3、第二中频放大器4、第一双路切换开关5、第一混频器6、第一带通滤波器7、第二双路切换开关8、第三中频放大器9、第四中频放大器10、第三双路切换开关11、第四双路切换开关12、第二混频器13、第二带通滤波器14、第五双路切换开关15、驱动放大器16、第二衰减器17、功率放大器18、低噪声放大器19、限幅器20和环形器21；
31.其中，每个双路切换开关都包括三个端子，分别是两个支路端和一个公共端；
32.低通滤波器1的一端用于发射信号，另一端接第一中频放大器3的输出端；第一衰减器2的一端用于接收信号，另一端接第二中频放大器4的输入端；第一中频放大器3的输入端和第二中频放大器4的输出端分别接第一双路切换开关5的两个支路端；
33.第一双路切换开关5的公共端接第一混频器6的第一端，第一混频器6的第二端接第四双路切换开关12的公共端；第一混频器6的第三端经第一带通滤波器7接第二双路切换开关8的公共端；
34.第二双路切换开关8的两个支路端分别接第三中频放大器9的输入端和第四中频放大器10的输出端；第三中频放大器9的输出端和第四中频放大器10的输入端分别接第三双路切换开关11的两个支路端；
35.第三双路切换开关11的公共端接第二混频器13的第一端；第二混频器13的第三端经第二带通滤波器14接第五双路切换开关15的公共端；
36.第五双路切换开关15的两个支路端分别接驱动放大器16的输入端和低噪声放大器19的输出端；驱动放大器16的输出端经第二衰减器17和功率放大器18接环形器21的第一端；低噪声放大器19的输入端经限幅器20接环形器21的第二端；环形器21的第三端用于收发射频信号。
37.下面对图1所示t/r组件的单路通道的工作原理进行详述：
38.图1所示t/r组件的单路通道包括发射链路和接收链路，t/r组件发射和接收采取脉冲方式按一定的时序交替工作即收发分时工作，在设计时为实现产品小型化设计，让发射链路和接收链路共用第一混频器6、第一带通滤波器7、第二混频器13和第二带通滤波器14。
39.在发射状态时，所有双路切换开关开关均置于发射链路，两个混频器均处在上变频状态，p2端信号顺次经过第一衰减器2、第二中频放大器4、第一混频器6、第一带通滤波器7、第三中频放大器9、第二混频器13、第二带通滤波器14、驱动放大器16、第二衰减器17、功率放大器18、环形器21后输出至p1端，实现了对发射信号进行放大、衰减等基本功能，发射链路采用上变频将中频信号变为射频信号发射出去。
40.在接收状态时，所有双路切换开关开关均置于接收链路，两个混频器均处在下变频状态，p1端信号顺次经过环形器21、限幅器20、低噪声放大器19、第二带通滤波器14、第二混频器13、第四中频放大器10、第一带通滤波器7、第一混频器6、第一中频放大器3、低通滤波器1后输出至p3端，实现了对接收信号进行放大、衰减等基本功能，接收链路采用下混频将射频信号变为中频信号。
41.图1中的环形器21用于发射和接收链路间的双向作用和隔离，防止波束扫描期间
天线单元输入阻抗的变化，引起功率放大器的负载波动。
42.其中，t/r组件发射接收中频，如果采用一次变频体积较大，为实现产品小型化设计，本实用新型实施例采用了两次变频的方案，即在t/r组件的单路通道中串联两个混频器。
43.可选的，第一混频器6在两个频率固定的本振l01、l02间切换，第二混频器13的本振为跳频本振l03，例如：
44.t/r组件的工作频率范围例如是x频段(根据ieee 521-2002标准，x频段是指频率在8～12ghz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波。而在某些场合中，x频段的频率范围则为7～11.2ghz)；p2端信号传输为0.4ghz信号，p3端信号为0.06ghz信号，第一混频器6采用第四双路切换开关12在2.4ghz和2.06ghz两个本振频率间切换，如图2所示，第一混频器6的第二端信号频率与第一混频器6的第一端信号频率之差为第一混频器6的第三端信号频率；在发射状态时，第一混频器6采用第四双路切换开关12切换至2.4ghz本振频率；在接收状态时，第一混频器6采用第四双路切换开关12切换至2.06ghz本振频率，从而将将接收中频和发射中频搬移到同一频率2.0ghz；
45.仍参见图2，第二混频器13的本振频率为11.3ghz～11.5ghz，跳频带宽200mhz；在发射状态时，将2.0ghz信号上变频至9.3ghz～9.5ghz；在接收状态时，将9.3ghz～9.5ghz信号下变频至2.0ghz；第二混频器13的第二端信号频率与第二混频器13的第一端信号频率之差为第二混频器13的第三端信号频率。
46.可选的，在上述公开的任一实施例中，为减小体积，驱动放大器16为两个驱动放大器模块的串联，如图3所示。
47.可选的，在上述公开的任一实施例中，每个双路切换开关均为单刀双掷开关。
48.可选的，在上述公开的任一实施例中，低通滤波器1为lc低通滤波器，但并不局限。
49.可选的，在上述公开的任一实施例中，所述所述t/r组件的单路通道还包括：波导22；波导22是用来定向引导电磁波的结构；所述波导22连接在环形器21的第三端，例如图4所示。
50.随着微波毫米波集成技术的迅速发展，多通道已成为t/r组件的发展趋势之一，例如双通道t/r组件、四通道t/r组件、八通道t/r组件等。每个t/r通道都包括发射/接收两个支路，每个t/r通道的结构相同。可选的，在上述公开的任一实施例中，所述t/r组件为单通道t/r组件或多通道t/r组件。
51.在多通道t/r组件中，如各通道间相位一致性差，通道数比较多，会导致各模块用电缆调相配相麻烦，调试成本高。因此本实用新型实施例收发链路中不含移相器(移相功能通过外部数字信号处理器实现)，保证了各个通道相位一致性，各个通道多模块模拟组件高密度集成，减少控制节点数，有利于进行轻量化，小型化设计，可适用于大规模阵列应用，长时间工作稳定，发射幅度可进行调整，接收系统具有很大的线性动态范围。
52.多通道tr组件具有发射功率较大、通道多的特点，因此结构设计上必须做好通道间的隔离，防止信号间串扰而影响tr组件的性能。另外，还需考虑tr组件的强度、散热和密封性等。比如说，盒体材料选铜，采用一体化成型方式加工，加工误差尽量控制在
±
0.05mm之内，该加工方式使得机壳具有较强的刚度和强度，较小的热应力以及热变形，同时保证产品整体均匀受力，防止在冲击和振动条件下因受力不均导致组件变形和内部模块的错位；
机壳及内部模块采用镀金处理，防止表面锈蚀。因为组件带宽较宽，需要严格控制公差，装配必须十分紧凑，载体公差须控制在0.01mm内，微波板与载体需做到无缝对接。散热方式推荐采用风扇强制对流散热。为了保证tr组件的密封性，初期选择锡焊方式，同时微波输入即射频输入采用玻璃绝缘子烧结经过微带探针馈入限高波导，输出采用smp(subminiature version a)，方便后期多通道模块互联，电源和控制采用j30jm烧结气密插座。tr组件涉及的工艺包括：金加工、表面处理、电路基板处理、贴装、电装、微组装和机装工艺等，在产品设计、生产时所选用工艺均为成熟、可靠的工艺。tr组件分立器件在烧结时必须拉开温度梯度，在经过大量试验后，根据不同需要，安排合理的工艺步骤。键合金丝数量多，键合金丝时需注意芯片到微波板的压丝弧度要尽量小，长度尽量短，电容到芯片的丝长度也必须短，对工艺组提出了很高的要求。
53.此外，本实用新型实施例还公开了一种有源相控阵雷达系统，包括上述公开的任一种t/r组件。具体的，t/r组件作为有源相控阵雷达系统的重要组成部分，在有源相控阵雷达系统中数目庞大，实现t/r组件的小型化对于有源相控阵雷达系统整体的小型化意义重大。
54.可选的，所述t/r组件的每路通道均以第三双路切换开关11的公共端为界划分为两段，每路通道的第一段设置在基板的正面，每路通道的第二段设置在所述基板的反面，如图5所示：图5仅以单个八通道t/r组件即具有八路tr通道、波导22例如为限高波导为例，图5中的两个本振分路器分别给两个混频器提供本振，另外在t/r组件中设计通道控制模块和电源管理模块是必须的。图5和图6基板正反两面结构对调。图5所示结构的基板正面视图如图7所示，图7中的附图标记a、b分别表示两个本振分路器。
55.可选的，上述公开的任一种有源相控阵雷达系统为有源相控阵天气雷达系统。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的有源相控阵雷达系统而言，由于其改进点在于实施例公开的t/r组件，所以描述的比较简单，相关之处参见t/r组件部分说明即可，不再赘述。
57.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.对于系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定
义的一般原理可以在不脱离本实用新型实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，所述t/r组件的单路通道包括：低通滤波器(1)、第一衰减器(2)、第一中频放大器(3)、第二中频放大器(4)、第一双路切换开关(5)、第一混频器(6)、第一带通滤波器(7)、第二双路切换开关(8)、第三中频放大器(9)、第四中频放大器(10)、第三双路切换开关(11)、第四双路切换开关(12)、第二混频器(13)、第二带通滤波器(14)、第五双路切换开关(15)、驱动放大器(16)、第二衰减器(17)、功率放大器(18)、低噪声放大器(19)、限幅器(20)和环形器(21)；其中，每个双路切换开关都包括两个支路端和一个公共端；低通滤波器(1)的一端用于发射信号，另一端接第一中频放大器(3)的输出端；第一衰减器(2)的一端用于接收信号，另一端接第二中频放大器(4)的输入端；第一中频放大器(3)的输入端和第二中频放大器(4)的输出端分别接第一双路切换开关(5)的两个支路端；第一双路切换开关(5)的公共端接第一混频器(6)的第一端，第一混频器(6)的第二端接第四双路切换开关(12)的公共端；第一混频器(6)的第三端经第一带通滤波器(7)接第二双路切换开关(8)的公共端；第二双路切换开关(8)的两个支路端分别接第三中频放大器(9)的输入端和第四中频放大器(10)的输出端；第三中频放大器(9)的输出端和第四中频放大器(10)的输入端分别接第三双路切换开关(11)的两个支路端；第三双路切换开关(11)的公共端接第二混频器(13)的第一端；第二混频器(13)的第三端经第二带通滤波器(14)接第五双路切换开关(15)的公共端；第五双路切换开关(15)的两个支路端分别接驱动放大器(16)的输入端和低噪声放大器(19)的输出端；驱动放大器(16)的输出端经第二衰减器(17)和功率放大器(18)接环形器(21)的第一端；低噪声放大器(19)的输入端经限幅器(20)接环形器(21)的第二端；环形器(21)的第三端用于收发射频信号。2.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，每个双路切换开关均为单刀双掷开关。3.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，所述t/r组件的单路通道还包括：波导(22)；所述波导(22)连接在环形器(21)的第三端。4.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，驱动放大器(16)为两个驱动放大器模块的串联。5.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，低通滤波器(1)为lc低通滤波器。6.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，所述t/r组件为单通道t/r组件或多通道t/r组件。7.根据权利要求1所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件，其特征在于，所述t/r组件的盒体材料为铜，采用一体化成型方式加工；并且，所述t/r组件的机壳及内部模块采用镀金处理。8.一种有源相控阵雷达系统，其特征在于，包括：多个如权利要求1～7中任一项所述的有源相控阵雷达系统的t/r组件。9.根据权利要求8所述的有源相控阵雷达系统，其特征在于，所述t/r组件的每路通道均以第三双路切换开关(11)的公共端为界划分为两段；每个t/r组件的每路通道的第一段
设置在同一基板的正面，每个t/r组件的每路通道的第二段设置在所述基板的反面。10.根据权利要求8或9所述的有源相控阵雷达系统，其特征在于，所述有源相控阵雷达系统为有源相控阵天气雷达系统。

技术总结
本申请公开了一种有源相控阵雷达系统及T/R组件，实现了T/R组件的小型化设计。该T/R组件的单路通道包括：低通滤波器1、第一衰减器2、第一中频放大器3、第二中频放大器4、第一双路切换开关5、第一混频器6、第一带通滤波器7、第二双路切换开关8、第三中频放大器9、第四中频放大器10、第三双路切换开关11、第四双路切换开关12、第二混频器13、第二带通滤波器14、第五双路切换开关15、驱动放大器16、第二衰减器17、功率放大器18、低噪声放大器19、限幅器20和环形器21。其中，发射链路和接收链路共用第一混频器6、第一带通滤波器7、第二混频器13和第二带通滤波器14。带通滤波器14。带通滤波器14。


技术研发人员：杜明亮 刘强 崔劼 郭树坤 王京
受保护的技术使用者：北京敏视达雷达有限公司
技术研发日：2023.01.29
技术公布日：2023/7/23