一种新型36通道X波段收发组件论文和设计-钱程

全文摘要

本实用新型公开了一种新型36通道X波段收发组件，涉及微波技术领域，该收发组件区别于普通的T\/R组件，采用3D结构构建，将收发组件的芯片有源电路、无源网络和、液冷散热微流道以及贴片天线共同一体化集成在一起，每个收发单元单独隔开，实现收发功能，从而完成了多通道收发模块的高度集成设计，而且相比于传统的收发组件，本申请公开的收发组件具有易散热、可靠性高、重量轻、体积小、通道间隔离更完善，使用更灵活方便等优点，可用于导航、定位、搜救等军民领域。

主设计要求

1.一种新型36通道X波段收发组件，其特征在于，所述新型36通道X波段收发组件包括第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板、射频端口、电源端口、进液口和出液口，所述第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板层叠设置，所述进液口和出液口分别连通所述散热冷板；所述第一电路基板上布设有6×6阵列形式的36个射频收发前端电路；所述第二电路基板上布设有6×6阵列形式的36个幅相控制电路，所述第二电路基板上还布设有功分合成网络，所述功分合成网络和所述36个幅相控制电路布设在所述第二电路基板的不同电路层；所述第一电路基板上的各个射频收发前端电路分别用于和一个贴片天线相连，所述第一电路基板上的各个射频收发前端电路和所述第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板间垂直互联结构对应相连，所述第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板内垂直互联结构和所述功分合成网络相连；每组相连的射频收发前端电路和幅相控制电路构成一个收发通道，36个收发通道和所述功分合成网络形成所述新型36通道X波段收发组件的射频链路；所述第三电路基板上布设有所述新型36通道X波段收发组件的控制链路，所述控制链路分别通过板间垂直互联结构和所述第二电路基板上的各个幅相控制电路和功分合成网络相连实现与所述射频链路的连接，所述控制链路还和所述射频端口和电源端口相连。

设计方案

1.一种新型36通道X波段收发组件，其特征在于，所述新型36通道X波段收发组件包括第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板、射频端口、电源端口、进液口和出液口，所述第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板层叠设置，所述进液口和出液口分别连通所述散热冷板；

所述第一电路基板上布设有6×6阵列形式的36个射频收发前端电路；所述第二电路基板上布设有6×6阵列形式的36个幅相控制电路，所述第二电路基板上还布设有功分合成网络，所述功分合成网络和所述36个幅相控制电路布设在所述第二电路基板的不同电路层；所述第一电路基板上的各个射频收发前端电路分别用于和一个贴片天线相连，所述第一电路基板上的各个射频收发前端电路和所述第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板间垂直互联结构对应相连，所述第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板内垂直互联结构和所述功分合成网络相连；每组相连的射频收发前端电路和幅相控制电路构成一个收发通道，36个收发通道和所述功分合成网络形成所述新型36通道X波段收发组件的射频链路；

所述第三电路基板上布设有所述新型36通道X波段收发组件的控制链路，所述控制链路分别通过板间垂直互联结构和所述第二电路基板上的各个幅相控制电路和功分合成网络相连实现与所述射频链路的连接，所述控制链路还和所述射频端口和电源端口相连。

2.根据权利要求1所述的新型36通道X波段收发组件，其特征在于，所述36个幅相控制电路布设在所述第二电路基板的表面，所述功分合成网络布设在所述第二电路基板的内部，每个所述板内垂直互联结构分别包括微带线、同轴线和带状线，所述微带线设置在所述第二电路基板的表面并与一个幅相控制电路相连，所述带状线设置在所述功分合成网络所在的电路层并与所述功分合成网络相连，所述微带线和所述带状线通过所述同轴线相连；所述板间垂直互联结构包括但不限于绝缘子和毛纽扣。

3.根据权利要求1所述的新型36通道X波段收发组件，其特征在于，所述控制链路包括可编程逻辑器件、电源电路、时序电路、脉冲调制电路和温度控制电路，所述电源电路、温度控制电路、时序电路分别与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件、电源电路分别与所述脉冲调制电路连接，所述脉冲调制电路与射频链路相连接；所述电源电路包括负压监视电路和电源调整电路，所述负压监视电路用于在电源异常时关闭电源，所述电源调整电路用于保证所述射频链路的供电稳定性；所述时序电路基于时序控制芯片，所述时序电路用于对输入的收发脉冲信号进行延时处理，并发送至所述可编程逻辑器件；所述可编程逻辑器件用于对所述时序电路的输出信号进行处理，得到发射脉冲信号和接收脉冲信号并发送给所述脉冲调制电路，所述脉冲调制电路用于接收发射脉冲信号和接收脉冲信号、控制所述射频链路的分时上电和开关收发切换；所述温度控制电路基于温度控制芯片，所述温度控制电路用于实时监测所述新型36通道X波段收发组件的温度；

其中，所述负压监视电路包括第一二极管、第二二极管、三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一二极管的正极接接收到的负电压，所述第一二极管的负极分别接所述三极管的基极、所述第二二极管的负极和所述第三电阻，所述第三电阻的另一端接地，所述第二二极管的正极通过所述第二电阻连接接收到的正电压，所述三极管的发射极接地、集电极连接使能输出端，所述三极管的集电极通过第一电阻连接所述正电压；所述电源调整电路基于稳压芯片，所述稳压芯片的使能脚连接所述负压监视电路的使能输出端，所述稳压芯片的输入端接接收到的电源电压、输出端作为所述电源电路的输出。

4.根据权利要求1-3任一所述的新型36通道X波段收发组件，其特征在于，所述第一电路基板、第二电路基板和第三电路基板分别采用高频板材TSM-DS3R。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及微波技术领域，尤其是一种新型36通道X波段收发组件。

背景技术

T\/R组件是指一个无线收发系统中频处理与天线之间的部分，也是有源相控阵雷达的关键部分，其设计的成功与否决定了整部雷达的成本、可生产性和系统性能。

随着微波技术的发展，新型的T\/R组件采用了高度集成的组装、封装技术，具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、效率高等优点，在实现机载和舰载雷达系统的小型化、高性能方面，具有非常重要的战略和现实意义。但是，高密度的组装虽然降低了成本、质量和体积，却会导致组件工作温度较高，工艺难度大，电路间的隔离性能降低等问题。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型36通道X波段收发组件，该收发组件实现了多通道收发模块的高度集成设计且易散热、可靠性高、重量轻、体积小、通道间隔离更完善等优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型36通道X波段收发组件，该新型36通道X波段收发组件包括第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板、射频端口、电源端口、进液口和出液口，第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板层叠设置，进液口和出液口分别连通散热冷板；

第一电路基板上布设有6×6阵列形式的36个射频收发前端电路；第二电路基板上布设有6×6阵列形式的36个幅相控制电路，第二电路基板上还布设有功分合成网络，功分合成网络和36个幅相控制电路布设在第二电路基板的不同电路层；第一电路基板上的各个射频收发前端电路分别用于和一个贴片天线相连，第一电路基板上的各个射频收发前端电路和第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板间垂直互联结构对应相连，第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板内垂直互联结构和功分合成网络相连；每组相连的射频收发前端电路和幅相控制电路构成一个收发通道，36个收发通道和功分合成网络形成新型36通道X波段收发组件的射频链路；

第三电路基板上布设有新型36通道X波段收发组件的控制链路，控制链路分别通过板间垂直互联结构和第二电路基板上的各个幅相控制电路和功分合成网络相连实现与射频链路的连接，控制链路还和射频端口和电源端口相连。

其进一步的技术方案为，36个幅相控制电路布设在第二电路基板的表面，功分合成网络布设在第二电路基板的内部，每个板内垂直互联结构分别包括微带线、同轴线和带状线，微带线设置在第二电路基板的表面并与一个幅相控制电路相连，带状线设置在功分合成网络所在的电路层并与功分合成网络相连，微带线和带状线通过同轴线相连；板间垂直互联结构包括但不限于绝缘子和毛纽扣。

其进一步的技术方案为，控制链路包括可编程逻辑器件、电源电路、时序电路、脉冲调制电路和温度控制电路，电源电路、温度控制电路、时序电路分别与可编程逻辑器件连接，可编程逻辑器件、电源电路分别与脉冲调制电路连接，脉冲调制电路与射频链路相连接；电源电路包括负压监视电路和电源调整电路，负压监视电路用于在电源异常时关闭电源，电源调整电路用于保证射频链路的供电稳定性；时序电路基于时序控制芯片，时序电路用于对输入的收发脉冲信号进行延时处理，并发送至可编程逻辑器件；可编程逻辑器件用于对时序电路的输出信号进行处理，得到发射脉冲信号和接收脉冲信号并发送给脉冲调制电路，脉冲调制电路用于接收发射脉冲信号和接收脉冲信号、控制射频链路的分时上电和开关收发切换；温度控制电路基于温度控制芯片，温度控制电路用于实时监测新型36通道X波段收发组件的温度；

其中，负压监视电路包括第一二极管、第二二极管、三极管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一二极管的正极接接收到的负电压，第一二极管的负极分别接三极管的基极、第二二极管的负极和第三电阻，第三电阻的另一端接地，第二二极管的正极通过第二电阻连接接收到的正电压，三极管的发射极接地、集电极连接使能输出端，三极管的集电极通过第一电阻连接正电压；电源调整电路基于稳压芯片，稳压芯片的使能脚连接负压监视电路的使能输出端，稳压芯片的输入端接接收到的电源电压、输出端作为电源电路的输出。

其进一步的技术方案为，第一电路基板、第二电路基板和第三电路基板分别采用高频板材TSM-DS3R。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种新型36通道X波段收发组件，该收发组件区别于普通的T\/R组件，采用3D结构构建，将收发组件的芯片有源电路、无源网络和、液冷散热微流道以及贴片天线共同一体化集成在一起，每个收发单元单独隔开，实现收发功能，从而完成了多通道收发模块的高度集成设计，而且相比于传统的收发组件，本申请公开的收发组件具有易散热、可靠性高、重量轻、体积小、通道间隔离更完善，使用更灵活方便等优点，可用于导航、定位、搜救等军民领域。

附图说明

图1是本申请公开的新型36通道X波段收发组件的结构示意图。

图2是电路基板上36个通道的电路的布设示意图。

图3是本申请公开的收发组件中四个电路平面的示意图。

图4是本申请公开的收发组件中形成的射频链路的电路图。

图5是本申请公开的收发组件中不同物理单元之间通过板间垂直互联结构相连的示意图。

图6是图5结构的仿真结果。

图7是本申请公开的收发组件中同一个电路基板上的不同电路平面之间通过板内垂直互联结构相连的示意图。

图8是图7结构的仿真结果。

图9是本申请的收发组件中的控制链路的结构示意图。

图10是控制链路中的电源电路的电路图。

图11是控制链路中的时序电路的电路图。

图12是控制链路中的温度控制电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种新型36通道X波段收发组件，该组件在电路构成上主要包括射频链路和控制链路这两部分功能电路，组件采用3D立体构建，将所有功能电路按照信号走向及功能划分横向均匀分布到射频收发前端、幅相控制、功分合成网络和控制链路四个电路平面上布设于三块电路基板上，请参考图1，该收发组件主要包括第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板、射频端口F、电源端口V、进液口IN和出液口OUT，第一电路基板、散热冷板、第二电路基板、第三电路基板层叠设置，进液口IN和出液口OUT分别连通散热冷板。第一电路基板、第二电路基板和第三电路基板分别采用高频板材TSM-DS3R。

第一电路基板上布设有6×6阵列形式的36个射频收发前端电路，布设结构示意图如图2所示，比如CH1-1即表示其中一个射频收发前端电路。请参考图3的电路平面连接示意图，每个射频收发前端电路主要包括环形器、高功率射频放大器HPA、低噪声放大器LNA1和限幅器LMT。射频收发前端电路的具体电路结构可以参考现有的射频收发前端电路的结构，本申请不详细介绍。

第二电路基板上布设有6×6阵列形式的36个幅相控制电路，布设结构示意图与图2相同。请结合图3，每个幅相控制电路主要包括低噪声放大器LNA2、驱动放大器DrA和幅相多功能电路，幅相多功能电路主要包括补偿放大器、数控衰减器、数控移相器和开关组等，幅相控制电路的具体电路结构可以参考现有的幅相控制电路的结构，本申请不详细介绍。

第二电路基板上还布设有功分合成网络，功分合成网络和36个幅相控制电路布设在第二电路基板的不同电路层，且本申请将36个幅相控制电路布设在第二电路基板的表面，功分合成网络布设在第二电路基板的内部。功分合成网络的具体电路结构可以参考现有的功分合成网络的结构，本申请不详细介绍。

将电路划分成多个平面实现纵向集成引入最大的问题是如何将不同平面的信号进行可靠高效的互联。互联方式不仅要求占用的体积要小，更要求不同物理单元间可以轻松实现分离，以方便各物理单元进行测试评估及维修调试。请参考图3的电路平面连接示意图，第一电路基板用于通过板间垂直互联结构和天线阵面相连，天线阵面包括6×6阵列形式的36个贴片天线，第一电路基板上的各个射频收发前端电路分别通过板间垂直互联结构和一个贴片天线相连。第一电路基板上的各个射频收发前端电路和第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板间垂直互联结构对应相连。第二电路基板上的各个幅相控制电路分别通过板内垂直互联结构和功分合成网络相连。每组相连的射频收发前端电路和幅相控制电路构成了一个收发通道，每个收发通道包括驱动放大器DrA和高功率放大器HPA构成的发射支路以及限幅器LMT和两级低噪声放大器LNA1、LNA2构成的接收支路。整个收发组件形成36个收发通道，这36个收发通道和功分合成网络形成该组件的射频链路，其形成的射频链路的电路结构图请参考图4，射频链路完成发射信号的分配、数控移相及衰减、发射信号的饱和放大；接收信号低噪声放大、数控移相和衰减和接收波束合成。

如上可知，根据实际电路划分和物理分布，本申请的组件主要存在两种垂直互联结构，一是基板内部的板内垂直互联结构，二是不同物理单元之间的板间垂直互联结构。其中：

(1)、板间垂直互联结构。板间垂直互联结构包括但不限于绝缘子和毛纽扣，在本申请中，第一电路基板上的各个射频收发前端电路和贴片天线之间采用微波同轴绝缘子相连，第一电路基板上的各个射频收发前端电路和第二电路基板上的各个幅相控制电路之间也采用微波同轴绝缘子相连。请参考图5，两个物理单元之间通过绝缘子51相连，绝缘子不仅能实现不同物理单元之间的互联，还能方便将各物理单元分立，仿真结果请参考图6，从仿真结果可以看出在所需频段内，损耗小于0.1dB，驻波系数小于-15dB，可以较好地满足射频传输的要求。

(2)、板内垂直互联结构。高频多层板自身具有良好的射频传输能力，高频多层板内部的板内垂直互联结构主要是将正反面信号实现低损耗互通，请参考图7，每个板内垂直互联结构分别包括微带线71、同轴线72和带状线73，微带线71设置在第二电路基板的表面并与其中一个幅相控制电路相连，带状线73设置在功分合成网络所在的电路层并与功分合成网络相连，微带线71和带状线73通过同轴线72相连。射频信号在第二电路基本内通过三种传输结构(微带线-同轴线-带状线)进行传输。从图8示出的仿真结果可以看出，在所需频段内，损耗小于0.1dB，驻波系数小于-20dB，可以满足射频传输的要求。

第三电路基板上布设有该组件中的控制链路，控制链路用于完成电源控制和逻辑时序控制，控制链路和射频端口F以及电源端口V相连，用于通过相应端口外部获取所需的射频信号、控制信号和电源信号。控制链路分别通过板间垂直互联结构和第二电路基板上的各个幅相控制电路和功分合成网络相连，实现控制链路与射频链路的连接，从而使得控制链路为射频链路中的放大器供电，并根据射频信号和控制信号控制射频链路的工作。在本申请中，控制链路与各个幅相控制电路和功分合成网络之间通过毛纽扣相连。本申请中，控制链路主要完成对收发组件的负压监视、电源保护、电源稳压调整和逻辑时序控制等功能，控制链路主要包括可编程逻辑器件、电源电路、时序电路、脉冲调制电路和温度控制电路，请参考图9，电源电路、温度控制电路、时序电路分别与可编程逻辑器件连接，可编程逻辑器件、电源电路分别与脉冲调制电路连接，脉冲调制电路与射频链路相连接，具体的，脉冲调制电路和射频链路中的各个放大器相连。可编程逻辑器件可以由CPLD实现。控制链路在收发组件工作时从外部获取的信号包括但不限于负电压V1、正电压V2、电源电压V3、电源电压V5、收发脉冲信号TP和待机信号STDi。

电源电路包括负压监视电路和电源调整电路，请参考图10的电源电路，负压监视电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、三极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一二极管D1的正极接负电压V1，第一二极管D1的负极分别接三极管D3的基极、第二二极管D2的负极和第三电阻R3，第三电阻R3的另一端接地，第二二极管D2的正极通过第二电阻R2连接正电压V2，三极管D3的发射极接地、集电极连接使能输出端EN，三极管D3的集电极通过第一电阻R1连接正电压V2。电源调整电路包括两个支路，两个支路分别基于稳压芯片AV1和AV2，稳压芯片AV1和AV2的EN引脚均连接到负压监视电路的使能输出端EN，稳压芯片AV1的IN引脚连接电源电压V3，稳压芯片AV1的OUT脚作为供电电压V4输出，稳压芯片AV1将电源电压V3转换为供电电压V4。稳压芯片AV2的IN引脚连接电源电压V5，稳压芯片AV2的OUT脚作为供电电压V6输出，稳压芯片AV2将供电电电源电压V5转换为供电电压V6，电源调整电路中的两个支路的稳压芯片的其他外围电路请参考图10。电源调整支路的两个支路示出的供电电压V4和V6分别给射频链路中发射和接收支路的放大器供电，保证发射和接收支路放大器供电的稳定性，当收发组件内部电源未正常建立或负电源突发掉电即负电压V1异常时，负压监视电路输出使能信号，关闭正电源，调整电路的输出，由于电源调整电路的关闭速度在微秒量级，负压监视电路输出的控制信号同时关闭提供给射频链路中放大器的调制电源，以加快关闭速度，从而实现收发组件内部器件的保护。

时序电路用于对输入的收发脉冲信号TP进行延时处理并发送到可编程逻辑器件。时序电路对收发脉冲信号TP进行调整和拆分，完成对收发组件接收、发射和待机等状态的控制。具体的，如图11所示，时序电路基于时序控制芯片D1，时序电路接收收发脉冲信号TP并进行延时处理得到TD信号和RD信号，然后将TD信号和RD信号输出发送给可编程逻辑器件。

可编程逻辑器件将TD信号和TP信号相或，然后与负压监视电路的使能输出端EN输出的使能信号、温度控制电路的温度信号和待机信号STDi相与得到发射脉冲信号TP-0。可编程逻辑器件将RD信号与TP信号相与，然后与负压监视电路的使能输出端EN的信号、温度控制电路的温度信号和待机信号STDi相与得到接收脉冲信号TR-0。可编程逻辑器件将发射脉冲信号TP-0和接收脉冲信号TR-0发送给脉冲调制电路，发射脉冲信号TP-0和接收脉冲信号TR-0可以保证射频链路的接收支路和发射支路分时工作的切换时间满足系统要求和组件的正常安全工作。

脉冲调制电路用于接收发射脉冲信号TP-0和接收脉冲信号TR-0、控制射频链路中发射和接收支路的分时上电和开关收发切换，保证发射与接收状态的隔离，提高收发组件的电源效率。脉冲调制电路是常规收发组件中通用的重要组成部分，通常基于场效应管构建，本申请不再详细介绍。

请参考图12，温度控制电路基于温度控制芯片D2，比如采用型号为LM74CIMX-3的温度控制芯片，温度控制芯片与可编程逻辑器件连接。温度控制芯片用于收发对组件的温度进行实时监测，温度控制芯片将监测到的温度转换为二进制串码寄存在芯片内部，可编程逻辑器件向温度控制芯片发送时序信号SC和读写使能信号CS、读取串码信号SI。可编程逻辑器件对读取到的温度信号进行处理，若可编程逻辑器件判断温度达到额定温度，则将发送给脉冲调制电路的脉冲信号置为0，射频链路中的放大器芯片停止工作，起到温度保护作用。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种新型36通道X波段收发组件论文和设计

一种新型36通道X波段收发组件论文和设计-钱程

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢