典型TR組件設(shè)計(jì)

朱焰

【摘 ?要】本文結(jié)合系統(tǒng)框圖介紹了典型T/R組件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)要分析了TR組件的各項(xiàng)主要指標(biāo)如何實(shí)現(xiàn)。并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題提出解決方案。

【關(guān)鍵詞】典型;TR 組件;鎖相頻率源;電路設(shè)計(jì);實(shí)際應(yīng)用。

Abstract：Combined with TR system block diagram this paper introduces the design method of typical T/R components，and briefly analyzes how to achieve indicators of typical components.Combined with practical application bring forward a way to solve the problem.

Keyword：Typical;TR component;phase-locked frequency source;circuit design;practical application

1引言

微波收發(fā)組件作為微??波通?信?的?前端，在整個(gè)通信有著重要的地位。本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，介紹典型的Ku波段收發(fā)組件的設(shè)計(jì)方案及難點(diǎn)。

2 TR 組件系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

本文的TR系統(tǒng)框圖如圖1所示：

組件功能框圖如圖1所示，主要包括鎖相源、發(fā)射支路、接收支路、電源及控制電路等主要部分。實(shí)現(xiàn)以下功能：

● ?在同一個(gè)參考源的基礎(chǔ)上，鎖相源同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)頻率相差參考源的微波信號(hào)分別做為發(fā)射泵源和接收本振。

● ?發(fā)射泵源通過發(fā)射開關(guān)選通和功率放大器產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)，輸出到整機(jī)接口;并實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)的脈沖調(diào)制，發(fā)射信號(hào)的分時(shí)切換。

● ?接收通道放大來自整機(jī)接口的高頻信號(hào)，通過接收開關(guān)選通、接收放大器放大、鏡像抑制混頻器混頻后形成中頻信號(hào)送回系統(tǒng)信號(hào)處理端。

● ?環(huán)行器由整機(jī)控制實(shí)現(xiàn)收發(fā)的雙工工作。

3 TR 組件主要指標(biāo)實(shí)現(xiàn)

● ?發(fā)射中心頻率： ?選用溫度穩(wěn)定度高、相噪佳的晶振作參考源，采用數(shù)字鎖相電路合成高穩(wěn)定度的發(fā)射泵源

晶振安裝采用硅橡膠材質(zhì)的減震墊，以便滿足振動(dòng)條件下發(fā)射信號(hào)相噪惡化較不振動(dòng)時(shí)的惡化值≤20dB@（1KHz～15KHz（范圍內(nèi)）

● ?發(fā)射高/低功率輸出：發(fā)射高功率根據(jù)整機(jī)要求通過芯片放大器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)

發(fā)射低功率通過調(diào)節(jié)多級(jí)并聯(lián)限幅器管芯的偏置電路實(shí)現(xiàn)

● ?接收總增益： ? ?選用低噪聲單片放大器級(jí)聯(lián)低噪聲芯片放大器的電路實(shí)現(xiàn)

整機(jī)要求的系統(tǒng)總增益

需要綜合考慮開關(guān)、隔離器、環(huán)形器、限幅器、混頻器、中

頻橋等對(duì)總增益的損耗

● ?噪聲系數(shù)： ? ? 接收支路低噪聲放大器之前的開關(guān)、隔離器、環(huán)形器、限幅

器等插損累加，低噪聲放大器本身噪聲系數(shù)及其后續(xù)電路的

換算噪聲貢獻(xiàn)構(gòu)成了接收支路總的噪聲系數(shù)，通過優(yōu)化電路

可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總噪聲系數(shù)≤7dB

4 TR 組件應(yīng)用中遇到的振動(dòng)問題解決方案

4.1 ?問題描述

組件裝入整機(jī)后在進(jìn)行缺陷剔除振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)整機(jī)靈敏度惡化較多的情況，超出了整機(jī)正常使用的范圍。

4.2 ?整機(jī)靈敏度惡化相關(guān)因素

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)、論證發(fā)現(xiàn)整機(jī)靈敏度下降與整機(jī)振動(dòng)條件下組件的中頻噪聲惡化密切相關(guān)，如圖2所示。

4.3引起中頻噪聲惡化的因素

1）外部泄露

組件安裝于整機(jī)密閉的環(huán)境中，若發(fā)射信號(hào)向外泄露過大，足夠強(qiáng)的泄露信號(hào)可反射進(jìn)入接收通道，與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)導(dǎo)致中頻噪聲電平上抬。

2）內(nèi)部泄露

由于受到結(jié)構(gòu)、加工精度的限制，組件發(fā)射支路的信號(hào)形成內(nèi)部串?dāng)_，一部分信號(hào)泄露到接收支路，與本振信號(hào)混頻產(chǎn)生中頻信號(hào)造成中頻噪聲電平惡化。

4.4 機(jī)理分析

1）外部泄露

組件內(nèi)部為模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊的機(jī)加工精度、安裝尺寸存在差異，有可能造成發(fā)射支路的信號(hào)通過空間泄露反射回接收支路，在鏡像抑制混頻器中與接收本振信號(hào)混頻，產(chǎn)生中頻信號(hào)。

隨著振動(dòng)量級(jí)、振動(dòng)譜型的變化，蓋板、腔體產(chǎn)生的形變大小也不一樣，形變會(huì)使信號(hào)泄露大小發(fā)生變化，從而對(duì)中頻信號(hào)造成幅度調(diào)制，使主頻近端噪聲上抬。

2）內(nèi)部泄露

發(fā)射支路與接收支路位于相鄰的腔內(nèi)，發(fā)射支路工作時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生信號(hào)泄露。泄露的發(fā)射信號(hào)進(jìn)入接收通道后，在鏡像抑制混頻器中與接收本振信號(hào)混頻，產(chǎn)生中頻信號(hào)。

振動(dòng)條件下蓋板、腔體會(huì)產(chǎn)生形變大小不同，組件的振動(dòng)響應(yīng)不一樣。形變會(huì)使信號(hào)泄露大小發(fā)生變化，從而對(duì)中頻信號(hào)造成幅度調(diào)制，使主頻近端噪聲上抬變大，導(dǎo)致整機(jī)靈敏度不滿足使用要求。

4.5 解決方案

1）處理外部泄露引起的中頻噪聲電平惡化

在容易產(chǎn)生向外泄露放射信號(hào)的安裝縫隙，靠近中頻口方向的安裝縫隙內(nèi)填塞鋁箔、吸收材料等，達(dá)到減少功率信號(hào)向外泄露、向內(nèi)反射的目的。

增加測(cè)試工裝，測(cè)量泄露到組件外部的發(fā)射信號(hào)的大小?？刂瓢l(fā)射支路的信號(hào)的泄露值小于經(jīng)驗(yàn)值（-20dBm）。

2）處理內(nèi)部泄露引起的中頻噪聲電平惡化通過模擬振動(dòng)條件、預(yù)振動(dòng)試驗(yàn)剔除內(nèi)部泄露大的組件。

通過對(duì)組件內(nèi)部的模塊重新配合裝配、設(shè)法減小模塊間信號(hào)傳輸方向上的安裝間隙、通過工藝改進(jìn)減小各模塊的信號(hào)泄露達(dá)到：降低內(nèi)部泄露在振動(dòng)、非振動(dòng)狀態(tài)下的變化量，從而降低泄露信號(hào)對(duì)中頻信號(hào)造成的調(diào)制幅度，減小中頻噪聲電平惡化。

5結(jié)論

通過反復(fù)的試驗(yàn)、摸索、分析工作，驗(yàn)證了振動(dòng)條件下中頻噪聲電平近端的變化對(duì)整機(jī)靈敏度惡化的影響。提出了振動(dòng)條件下改善中頻噪聲電平變化的有效方法。從而切實(shí)提高了整機(jī)的靈敏度，在工程應(yīng)用中意義重大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 顧其諍，項(xiàng)家楨，彭孝康.微波集成電路設(shè)計(jì).人民郵電出版社，1978.

[2] 胡明春，周志鵬，嚴(yán)偉.相控陣?yán)走_(dá)收發(fā)組件技術(shù) [M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[3] TRIGG A.APPLIACATIONG OF INFRARED MICROSCOPY TO IC AND MEMS PACKUGING [J].ELECTRONICS PACKUGING MANUFACTURING，2003（26）：3.

[4] 盛重.功放芯片熱分析及散熱片結(jié)構(gòu)優(yōu)化 [J].電子與封裝，2015（02）：44-48.

[5] 謝小強(qiáng)，徐躍杭，夏雷.微波集成電路. 電子工業(yè)出版社，2018.

（作者單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所）