干货!有源相控阵的天线设计的核心:TR组件

作者:澳门最正规网投平台 发布时间:2020-12-10 18:40

  理想情况下,所有模块的电路需要集成到一个芯片上,在过去的几十年,大家也都在为这个目标而努力。然而,由于系统对不同功能单元需求的差别,现有的工程技术在系统性能与实现难度上进行了折衷的考虑,因此普遍的做法是将电路按功能进行了分类,然后放置于不同的芯片上,再通过混合的微电路进行连接,如图所示。

  一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMICs组件和1个数字大规模集成电路(VLSI),如图所示。

  大多数X波段及以上频段T/R组件都采用基于GaAs工艺的MMICs技术。该技术有个缺点就是热传导系数极低,因此基于GaAs的电路需要进行散热设计。

  基于GaN的功率放大器可实现更高的峰值功率输出,从而提升雷达的灵敏度或探测距离,输出功率是基于GaAS工艺电路的5倍以上。SiGe工艺虽然传输的功率不如GaAs,然而该材料成本较低,适用于未来低成本、低功率密度雷达系统的设计。

  在高功率放大器设计时,需要的峰值功率是重要的指标,定义为平均功率除以最小的占空比。雷达系统的峰值功率是由整个天线阵列实现的,也就是说当峰值功率确定后,所需要的最少T/R组件个数也随之确定。

  雷达系统TR组件设计需要综合考虑天线口径、T/R模块的输出功率以及T/R组件布局等因素,如为了实现同样的雷达探测性能且T/R组件个数相同,对于4m2口径天线,假定每个T/R组件的输出功率为P,那么对于2m2口径天线,每个T/R组件的输出功率为2P,如图所示。

  通常情况下,每个天线阵列辐射单元必须精确保证其在阵列中的位置,并安装到刚性的背板上。在对于有天线RCS有缩减要求时,天线阵面的变形后会引起随机散射增强,且该影响无法进行消除。

  每个T/R模块通常安装在有散热板的背板上,以便及时将T/R组件产生的热量散发。对于每个相控阵天线而言,其具体T/R布局的方式各不相同,其中一种常见的布局方式是采用砖块式(stick)布局,如图所示。

  采用片式T/R组件的相控阵天线还包括直流功率、控制信号、射频信号的耦合缝隙等,如图所示。


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