毫米波毫米波T/R组件组件1 1毫米波毫米波TRTR组件组件主要内容主要内容绪论方案选择组件的无源电路设计组件的有源电路设计腔体结构的设计组件的测试与结果分析结论2 2毫米波毫米波TRTR组件组件T/R组件的概念相控阵雷达中的收发系统相控阵雷达中的收发系统；包括固态功率放大器、驱动放大器、开关、移相器、限包括固态功率放大器、驱动放大器、开关、移相器、限幅器和低噪声放大器等部分幅器和低噪声放大器等部分；相控阵雷达基础相控阵雷达基础T/RT/R组件、组件、固态源和相控阵天线固态源和相控阵天线；T/RT/R组件内部构成因雷达体制的不同而异；组件内部构成因雷达体制的不同而异； T/RT/R组件组件能完成频率变换、大功率发射、低噪声接收能完成频率变换、大功率发射、低噪声接收和通道转换等功能的模块。和通道转换等功能的模块。3 3毫米波毫米波TRTR组件组件T/R组件国内外动态国外发展动态国外发展动态 MMICMMIC日本的日本的Higashi-KoigakuboHigashi-Koigakubo，等人设计了适用于自动雷达系，等人设计了适用于自动雷达系统的统的77GHz77GHz的的T/RT/R组件，包含一个采用组件，包含一个采用0.15m PHMET0.15m PHMET管工艺制造的管工艺制造的MMICMMIC低噪声放大器、低噪声放大器、0.1m PHMET0.1m PHMET管工艺制作的管工艺制作的VCOVCO（输出功率（输出功率6dBm6dBm，调谐带宽，调谐带宽200MHz200MHz）、一个高功率放大器（在）、一个高功率放大器（在76.5 GHz76.5 GHz处的增处的增益为益为13dB13dB，饱和功率，饱和功率14dBm14dBm）、一个本振缓冲放大器、一个单平衡）、一个本振缓冲放大器、一个单平衡混频器以及一个天线贴片单元。混频器以及一个天线贴片单元。 CMOSCMOSChristinaChristina等人采用等人采用0.25m0.25m的的CMOSCMOS工艺制作的工艺制作的5.25GHz5.25GHz的射的射频前端，包括一个差损为频前端，包括一个差损为2.65dB2.65dB的开关，噪声系数为的开关，噪声系数为2.9dB2.9dB的低噪声的低噪声放大器，和输出放大器，和输出P P1dB1dB为为15dBm15dBm的功放。的功放。 MCMMCM NECNEC公司制作了公司制作了72GHz72GHz的的LTCCLTCC自差式的收发系统，发射模自差式的收发系统，发射模块的输出块的输出P P1dB1dB压缩点的功率为压缩点的功率为6.6dBm6.6dBm，输出信号经，输出信号经WR-15WR-15波导耦合至波导耦合至天线；接收模块采用自差式混频器，避免了本振相位噪声的影响。天线；接收模块采用自差式混频器，避免了本振相位噪声的影响。 4 4毫米波毫米波TRTR组件组件T/R组件国内外动态国内发展动态国内发展动态 HMIC HMIC（混合集成）（混合集成）中电中电1616所陈荣飞等人研制的一种毫米波小型所陈荣飞等人研制的一种毫米波小型化收发前端，其具有输出功率大化收发前端，其具有输出功率大(287mW)(287mW)，开关响应速度快，开关响应速度快(3ns)(3ns)， 噪声小噪声小(7.7dB)(32dB)(32dB)，体积小重量轻，体积小重量轻等特点等特点, , 在雷达、通讯等领域有广阔的应用前景。在雷达、通讯等领域有广阔的应用前景。 LTCC LTCC电子科大的夏磊、潘光胜等人研制的电子科大的夏磊、潘光胜等人研制的LTCCLTCC双通道低噪声接双通道低噪声接收前端取得了较满意的结果，两通道的增益大于收前端取得了较满意的结果，两通道的增益大于25dB25dB，噪声系数，噪声系数7dB45dBc45dBc发射输出功率发射输出功率500mW500mW和差通道隔离度和差通道隔离度40dB40dB和差通道转换时间和差通道转换时间100ns10dBm10dBm噪声系数噪声系数6dB25dB25dB收发收发TTLTTL电平（电平（ TTL1TTL1）置置“ “1”1”本振本振倍频倍频输入频率输入频率C C频段频段输入功率输入功率2dBm2dBm倍频次数为倍频次数为8 8其他其他中频输入输出端口采用中频输入输出端口采用SMASMA接头接头发射端口接标准发射端口接标准BJ320 BJ320 波导波导接口与电路平面垂直且位置固定接口与电路平面垂直且位置固定功耗功耗25W25W外形尺寸外形尺寸1 105.8mm88.7mm20mm05.8mm88.7mm20mm气密性良好气密性良好7 7毫米波毫米波TRTR组件组件使用背景 成对使用在车载雷达中；成对使用在车载雷达中；以单脉冲和差体制工作；以单脉冲和差体制工作；采用纯粹的等信号法原理测角测距；采用纯粹的等信号法原理测角测距；与天线和其他信号处理系统一起协同完成目标的跟踪、与天线和其他信号处理系统一起协同完成目标的跟踪、定位与识别。定位与识别。8 8毫米波毫米波TRTR组件组件基本工作原理传统平面振幅和差单脉冲雷达原理传统平面振幅和差单脉冲雷达原理9 9毫米波毫米波TRTR组件组件本项目使用纯粹的等信号法测角原理工作本项目使用纯粹的等信号法测角原理工作1010毫米波毫米波TRTR组件组件发射和差通道快速切换发射和差通道快速切换(100ns)(40dB)(40dB)的实现。的实现。功率放大器的稳定性问题。功率放大器的稳定性问题。发射通路杂散抑制度的要求发射通路杂散抑制度的要求(45dBc)(45dBc)。收发通路之间的隔离度要求收发通路之间的隔离度要求(40dB)(40dB)。系统功耗问题系统功耗问题(25W(27dB27dB，满足输，满足输 出功率的要求出功率的要求。 部件增益： 总增益预算：Budget_Index PO2(format=delta_in_db) Budget_Index Bm(PO2(format=cum)FD1 FD1HMC329 -9.512489 HMC329 -9.512489 BPF -3.702709 BPF -13.215198HMC263 20.130419 HMC263 6.915221SPDT -1.517311 SPDT 5.397910 AMMC-5040 17.633958 AMMC-5040 23.031868 TGA1141-EPU 9.654422 TGA1141-EPU 32.686290 SPDT -1.500000 SPDT 31.186290 过渡 -0.50000 过渡 30.6862901717毫米波毫米波TRTR组件组件中频输入频率中频输入频率2-3GHz2-3GHz，输入功率为输入功率为0dBm0dBm的总增益预算的总增益预算 1818毫米波毫米波TRTR组件组件中频输入功率中频输入功率-0.5-10dBm-0.5-10dBm，输入频率为，输入频率为2.5GHz2.5GHz时的总增益预算时的总增益预算 1919毫米波毫米波TRTR组件组件发射支路的杂散分析发射支路的杂散分析 假设：假设： 混频器后没有滤波器，而是直接连到混频器后没有滤波器，而是直接连到HMC263HMC263。 除有用毫米波信号外，所有其他交调产物均为小信号，得到级联放除有用毫米波信号外，所有其他交调产物均为小信号，得到级联放大器的线性放大，而有用信号在大器的线性放大，而有用信号在30dBm30dBm时就已经饱和。时就已经饱和。 中频输入功率中频输入功率0dBm0dBm，本振输入功率为典型值，本振输入功率为典型值13dBm13dBm。参考参考HMC329HMC329做下变频的杂散表可以初步得到：做下变频的杂散表可以初步得到：HMC329HMC329做上变频时：做上变频时： LO-RFLO-RF的隔离度的隔离度40dB40dB 三三阶交调产物自身抑制阶交调产物自身抑制 40dB40dB n n 阶交调阶交调（n3n3）产物自身抑制产物自身抑制 20dB 20dB 2020毫米波毫米波TRTR组件组件滤波器指标：滤波器指标：通带带宽通带带宽 500MHz500MHz，本振频率衰减，本振频率衰减4 48dB8dB，上边带衰减，上边带衰减65dB65dB，其他高，其他高 阶交调产物能获得至少阶交调产物能获得至少45d45dB B的衰减。的衰减。2121毫米波毫米波TRTR组件组件 外差式高中频方案外差式高中频方案接收通路的方案选择2222毫米波毫米波TRTR组件组件LNAALH369 (Northrop)LNAALH369 (Northrop)，NF2dBNF20dB20dB，24-40GHz24-40GHz。MIXERAM038S1-00 (Alpha)MIXERAM038S1-00 (Alpha)，典型变频损耗典型变频损耗6.5dB6.5dB，3333-43GHz-43GHz。中频放大器中频放大器ERA-5 (Mini)ERA-5 (Mini) ，NF4.3dBNF4.3dB，增益增益20dB20dB，DC-4GHzDC-4GHz。 SPDTTGS4302-EPU (TriQuint)SPDTTGS4302-EPU (TriQuint)，差损，差损1dB1dB，切换速度，切换速度4ns10dBmP1dB16.8dBm10dBm。接收支路输出接收支路输出1dB1dB压缩点分析压缩点分析2525毫米波毫米波TRTR组件组件滤波器指标滤波器指标 中心频率中心频率f f0 0（34-38GHz34-38GHz某频点），带宽某频点），带宽500MHz500MHz，在，在f f0 01.5GHz1.5GHz外外 衰减大于衰减大于45dB45dB，通带插损，通带插损5dB45dBc 4848毫米波毫米波TRTR组件组件和-250MHz27.58dBm45dBc 和-125MHz27.20dBm45dBc和0MHz27.05dBm45dBc 和+125MHz27.17dBm45dBc 和+250MHz26.96dBm37dBc4949毫米波毫米波TRTR组件组件（二）发射和差通路隔离度的测试（二）发射和差通路隔离度的测试测试原理图 结论：在断电的情况下，驱动放大器、功率放大器失去放大的作用，成为了衰 减器，测试的结果显示两通道均达到大于40dB的隔离度要求。5050毫米波毫米波TRTR组件组件接收支路的测试接收支路的测试 （一）噪声系数及增益测试（一）噪声系数及增益测试 测试原理图 5151毫米波毫米波TRTR组件组件测试系统包括：测试系统包括： 1 1）本振信号源：）本振信号源：Agilent E8257DAgilent E8257D（频率范围：（频率范围：250kHz250kHz40GHz40GHz）。）。 2 2）噪声系数分析仪：）噪声系数分析仪：Agilent N8975A NFAAgilent N8975A NFA系列。系列。 3 3）噪声头）噪声头N4002A (10MHz-26.5GHz)N4002A (10MHz-26.5GHz)；噪声头；噪声头R347B (26.5-40GHz)R347B (26.5-40GHz)。 4 4）直流供电及）直流供电及TTLTTL电平：直接从直流稳压电源获得。电平：直接从直流稳压电源获得。5252毫米波毫米波TRTR组件组件测试结果测试结果： 结论：在fIF0250MHz内噪声系数25dB，满足要求。5353毫米波毫米波TRTR组件组件（二）收发隔离度的测试（二）收发隔离度的测试结论：测得的中频功率均小于-15dBm，满足和差隔离40dB的要求。测试原理图 5454毫米波毫米波TRTR组件组件测试结果分析测试结果分析 从测试结果可以看出，系统发射通路输出功率从测试结果可以看出，系统发射通路输出功率1W1W、杂散抑制、杂散抑制度度37dB37dB、和差发射通路的隔离度、和差发射通路的隔离度40dB40dB；接收通路增益；接收通路增益25dB25dB、收、收发隔离度发隔离度40dB40dB，噪声系数，噪声系数6dB6dB，达到指标要求。和差转换时间由，达到指标要求。和差转换时间由于缺乏相关设备没有测试，但组件装配在整机上后，和差转换速度于缺乏相关设备没有测试，但组件装配在整机上后，和差转换速度满足使用要求。满足使用要求。5555毫米波毫米波TRTR组件组件