T/R双模微波功率模块技术及其应用

微波功率模块(MPM)是真空电子器件和固态电子器件组合而成的一种新型微波功率器件,具有频率高、频带宽、功率大、体积重量小等特点,它使常规行波管的应用变得更加便利和广泛。现代战争向雷达、电子战综合一体化方向发展,这就要求功放既能工作在高峰值功率、低占空比的高模工作方式,也能工作在低峰值功率、准连续波的低模工作方式,针对这一需求,结合电子系统收发共孔径的要求,提出了T/R双模MPM技术。T/R双模MPM技术的核心是T/R双模行波管,基于三端口双向T/R行波管,通过在慢波系统的衰减器附近设置一个耦合口,实现行波管的信号反向接收功能;通过T/R双模行波管设计、双模放大均衡组件、双调制栅极电源等技术实现MPM的双模双向功能。T/R双模MPM应用前景广阔,特别是在基于无人机平台的作战应用中的具有明显优势。

一种4 GHz瞬时带宽的6~18 GHz超宽带T/R组件设计

针对现代电子对抗设备的大瞬时带宽要求,文中设计了一种瞬时带宽4 GHz的6~18 GHz超宽带T/R组件。采用砖块式多芯片组件(Multi-Chip Module,MCM)和超宽带信号传输等技术实现了T/R组件高集成、小型化和模块化的要求。对T/R组件组成构架、收发通道指标预算、宽带信号传输特性仿真和电磁兼容性设计进行了详细描述。测试结果显示,T/R组件在12 GHz工作带宽内具有良好的性能,发射功率大于35 dBm,接收增益大于20 dB,噪声系数小于5 dB,延时总量达762 ps。

一种三维集成的Ku波段高功率T/R模块

基于硅基微电子机械系统(MEMS)三维(3D)异构集成工艺,设计并制作了用于相控阵天线系统的三维堆叠式Ku波段四通道高功率收发(T/R)模块。该模块由两层硅基封装堆叠而成,层间采用球栅阵列(BGA)植球堆叠,实现模块小型化;采用高低阻抗匹配建模,保证低损耗输出,采用导热垫加微流道散热板达到了良好的散热效果,实现模块高功率输出;对模块的微波垂直互连结构和散热进行建模和仿真。测试结果表明,在14~18 GHz内发射通道饱和输出功率大于40 dBm,接收通道增益大于21 dB,噪声系数小于3.5 dB,模块尺寸仅为14.0 mm×14.0 mm×3.3 mm。该模块在兼顾高集成度的同时性能指标得到了进一步提升。

缓蚀剂对雷达T/R组件腐蚀行为的影响

T/R组件作为雷达系统的重要组成部分,在严酷海洋大气环境的侵蚀作用下,容易发生腐蚀,从而导致雷达系统性能下降,甚至引发故障。基于实测的某型机雷达舱环境数据,编制加速腐蚀试验环境谱,针对喷涂和未喷涂TFHS-20缓蚀剂的T/R组件开展当量加速腐蚀对比试验,并以收发通道芯片的微观腐蚀形貌、铝合金外壳蚀坑深度、T/R组件收发性能和输出功率等为指标参数,表征缓蚀剂对T/R组件腐蚀行为的影响。结果表明,TFHS-20缓蚀剂仅使T/R组件的输出功率降低0.59%~0.78%、接收增益降低0.11 dB~0.21 dB,缓蚀剂对T/R组件收发性能影响非常小。未喷涂缓蚀剂的T/R组件,在加速腐蚀试验的第4周期时,发射通道性能和接收通道功能失效;喷涂缓蚀剂的T/R组件,在加速腐蚀试验的8个周期时,接收通道功能失效。所以,TFHS-20缓蚀剂能够有效地提高T/R组件的使用寿命。

基于硅基堆叠SIP技术的超宽带T/R组件

传统的超宽带T/R组件采用的是两维砖块式结构,体积和重量已不适应目前小型化、低剖面、易共形的相控阵天线要求。文中提出的基于硅基堆叠系统级封装(SIP)技术,将四通道的射频芯片高度集成在硅基介质基板上,将多层介质基板厚金压合,实现多层堆叠的三维封装。通过采用芯片多功能集成技术和超宽带射频信号的垂直互连技术,设计出三维堆叠的四通道超宽带T/R组件。T/R组件带宽为6 GHz~18 GHz,单通道的发射功率优于23 dBm,接收增益优于20 dB,可实现6位数控衰减及6位数控移相,尺寸仅有13.0 mm×13.0 mm×3.4 mm。该技术可以实现多通道超宽带T/R组件的SIP封装,有利于工程应用。

基于GaN的Ku波段四通道T/R组件设计

本文介绍了一种基于GaN功放芯片的Ku波段四通道T/R组件。该组件具有高效率、高集成、小体积、重量轻、模块化等特点。文章从T/R组件射频链路框架、收发通道指标推算、射频转接仿真方面进行阐述。最终测试结果显示,该组件在2GHz工作带宽内性能优良,发射功率大于40dBm,效率高于28%;接收增益大于29.5dB,噪声系数小于3.6。

TR组件内置微通道热沉的电热力综合设计

为了设计出满足TR组件实际应用的硅基微通道热沉,采用数值模拟方法分别研究了硅基微通道热沉的接地性能、散热性能和耐压性能,并基于仿真结果确定了硅基微通道热沉的关键尺寸和接地方式。研究表明,硅基微通道热沉的外形尺寸为10 mm×10 mm×0.725 mm,散热流道槽宽30 μm,槽深200 μm,导热衬底厚度150 μm时,可满足频段为2~6 GHz、输出功率为44.40 dBm以上的 TR组件应用需求,散热能力达到600 W/cm^(2),并可耐受2.5 MPa的流体压力。

基于加速寿命试验的多芯片T/R组件寿命评估方法

T/R组件是有源相控阵天线构成的重要组成部分,多芯片集成技术在T/R组件上的广泛应用,使长期使用的可靠性成为至关重要的问题。对于多芯片T/R组件的长期可靠性评估,加速寿命试验是最常用的方法。本文选取典型多芯片T/R组件,分析整体结构和关键部位,确定试验敏感参数;通过结温测试得到其薄弱环节和试验条件;根据多应力评估试验法的基本原理,搭建试验平台,基于威布尔分布模型开展多应力加速寿命评估试验;试验分别选取85 ℃、105 ℃、125 ℃三个温度点,分析试验数据可知三个试验温度下样品参数变化趋势一致,因此不同试验温度下样品失效模式与失效机理是相同的。最后通过威布尔估计法进行寿命预计,并使用阿伦尼斯方程进行曲线拟合,得到了不同温度下的加速寿命曲线,为微波集成多芯片T/R组件可靠性分析及评价提供了参考依据。

数字T/R组件的自动测试系统设计与实现

数字T/R组件是数字阵列系统的重要组成部分,针对数字T/R组件测试指标复杂、数据处理繁多等测试需求,设计开发了一种自动测试系统。该系统通过GPIB总线控制测试仪器,通过网口控制光纤采集板实现T/R组件指标的全自动测试。介绍了测试系统的硬件设计,软件功能开发,系统校验与指标测试。该测试系统在实际应用中缩短了测试时间,有效提高了研制生产效率。

两级串并驱动有源相控阵T/R组件

从实际应用出发,介绍了一种有源相控阵发射/接收(T/R)组件的两级串并驱动设计方案。该设计方案中移相/衰减数据的控制包含两级串并驱动,第一级串并驱动将数据锁存后送给第二级串并驱动,第二级串并驱动再将数据锁存后用于控制组件通道收发待机和移相衰减。和传统的一级串并驱动控制方式相比,该控制方式可以有效降低T/R组件对串并驱动芯片的依赖程度,缩短T/R组件研制周期,降低研制成本。经测试验证,设计的两级串并驱动T/R组件具有较低的驻波系数、较高的移相精度,且各通道的增益平坦度及通道间的增益一致性均较好。

星载微组装T/R组件的封装设计

有源相控阵天线在星载雷达上的应用越来越广泛,而T/R组件是有源相控阵天线的核心部件,直接影响天线的性能。封装可以为微组装T/R组件内部电子元器件和电路提供一个良好的工作环境,面对星载雷达对微组装T/R组件的高功率、高集成、高可靠性等要求,封装设计技术已成为微组装T/R组件设计的关键技术之一。基于封装设计技术在星载微组装T/R组件上的应用需求,文中介绍了T/R组件的基本组成,就封装材料与电连接器选用、封装结构设计以及环境适应性设计等封装设计关键问题进行了分析,并探讨了星载微组装T/R组件封装的发展方向。最后以某星载大功率T/R组件的封装设计作为示例,介绍了这些关键技术在设计过程中的应用情况,为后续星载微组装T/R组件的封装设计提供了参考。

宽带数字T/R组件发射链路噪声分析

一体化的宽带数字T/R组件发射链路的输出信噪比直接影响着信号质量,较低的信噪比将导致信号被接收时出现较高的误码率。通过对T/R组件发射链路各部分电路的噪声分析,总结出了线性链路的信噪比恶化量与噪声系数的关系式,可定量地指导发射链路设计;同时,分析了浅饱和功率放大器的噪声情况,提出了适合T/R组件的数字预失真解决方案,对宽带数字T/R组件的发射链路设计具有一定的指导意义。

一种集成环行器的X波段三维异构集成T/R模组

微电子机械系统(MEMS)环行器被广泛应用于射频(RF)T/R微系统中,解决共用天线且收发隔离的问题。基于硅基三维(3D)异构集成工艺,设计了一种集成MEMS环行器的X波段T/R模组。该模组以高阻硅为介质基板,在硅基板上、下表面电镀金属图形,并堆叠多层硅基晶圆,在硅基模组上封装了集成无源器件(IPD)环行器,完成了多种微波芯片和MEMS环行器的系统级封装(SiP),将环行器紧凑集成在硅基T/R模组中。模组尺寸为12.0 mm×11.3 mm×2.0 mm。测试结果表明,在8~12 GHz频带内,模组接收通道增益为27 dB,接收通道噪声系数小于3.2 dB;发射通道增益为33 dB,饱和输出功率大于2 W。

自防护复合焊膏在微系统T/R组件封装中的应用

微系统封装由于极大提升了整个系统的功能与性能,已经逐步成为T/R组件最为重要的封装方式。航空、航天、军事、汽车等领域中的雷达等电子产品均对轻小型微系统T/R组件有着迫切的需求,但是目前微系统T/R组件常采用的低温/高温共烧陶瓷电路基板,与电装复合介质电路板之间的热膨胀系数失配度较大,极易造成中间连接的焊球(柱)焊点界面开裂,进一步造成整个系统的失效。针对HTCC基板与电路基板之间焊球的封装失效现象进行了研究,提出了一种复合添加环氧树脂制备自防护焊膏进行封装的工艺新方法,观察了封装界面的组织形貌并记录了焊点力学性能的演化规律,归纳并总结自防护焊膏提升可靠性的机理,为加速T/R组件微系统化的进一步落地提供了借鉴和指导。

嵌入微流道的四通道瓦片式TR组件设计

瓦片式TR组件因其集成度高、体积小,在集成度要求较高且功率要求不高的系统中得到广泛应用。随着以GaN为代表的第三代半导体的广泛使用,TR组件的发射功率日益提高,传统的散热方式已不能满足未来系统使用需求。如何实现高效散热成为瓦片式TR组件大功率应用的研究重点。微流道冷却技术作为一种新型的散热方式,大大提高了换热性能。在四通道瓦片式TR组件设计中将具有高效散热的微流道集成在盒体中,实现了瓦片式TR组件300 W/cm^(2)以上的局部高散热能力。

基于mini-core module伪装勘测SAR-X波段功率收发组件设计

伪装勘测SAR设备通过实时调整等效噪声散射系数可实现不同灵敏度下伪装效果的检验与评估。收发组件是该设备的核心部件之一。通过对射频链路的分析计算、散热方式的选择,以及对耦合电路的仿真,并基于mini-core module技术,设计了一种X波段功率收发组件,实现设备的在线调整等效噪声散射系数及功率发射功能,解决了机载平台风冷散热方式对功率收发组件体积、质量的限制。实际获得的结果表明该组件完全满足系统要求。

车载系统T/R组件强化试验技术应用

本文介绍了强化试验剖面的确定原则,结合车载系统T/R组件的特点制定了车载系统T/R组件强化试验方案并实施,有效析出车载系统T/R组件设计、工艺以及所用器件材料的缺陷并加以整改,提高了车载系统T/R组件的设计裕度及可靠性。

Ku波段高增益8通道T/R组件设计与实现

利用低温共烧陶瓷(LTCC)高集成化设计优势,设计并实现了一款Ku波段高增益8通道T/R组件。该组件通过双向放大器的合理运用,有效提高了组件的收发增益,同时利用液态金属材料的特性,将硅铝壳体与铝合金散热齿进行有机结合,大大提高了组件在连续波发射工作模式下的热量传导能力,保证了组件小体积下工作的可靠性。最终设计实现的Ku波段高增益8通道T/R组件,体积仅84 mm×48 mm×6 mm,质量约60 g,发射功率增益大于45 dB,发射输出功率大于1 W,接收增益大于29 dB,接收噪声系数小于3.5 dB。该组件8个通道收发性能一致性好,性能稳定,具有良好的工程实用价值。

相控阵测控系统瓦式一体化T/R组件设计

T/R组件作为相控阵测控系统的核心部件,其性能好坏直接决定了相控阵测控系统的效能表现。针对传统相控阵测控系统中采用的砖式T/R组件设计存在的集成度低、尺寸大、功耗高、安装复杂、后期维护性差等问题,设计了一种新型瓦式一体化T/R组件。该型T/R组件通过多层不同功能模块的瓦片式层叠和盲插互联结构实现了T/R组件高度的集成化、良好的散热性以及优异的安装维护性能。随着相控阵测控系统的通道数越来越多,集成度越来越高,新型瓦式一体化T/R组件的工程优异性也将会更加明显。

一种T/R组件的温度自补偿电路设计

T/R组件是有源相控阵天线的关键电路模块,其发出的热量会导致芯片特性发生变化,影响组件及天线的性能。本文提出了一种T/R组件的温度自补偿电路设计方法,对其电性能进行自动温度补偿,克服了数字芯片量化误差导致的主动温度补偿精度受限的缺陷。采用该自补偿方法研制了一种温度补偿电路模块,实测结果表明,组件馈电链路的传输相位温漂减小约67%,验证了本文自补偿方法的有效性。