毫米波TR组件ppt课件.ppt

1 毫米波T R组件 2 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 3 T R组件的概念 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 限幅器和低噪声放大器等部分 相控阵雷达基础 T R组件 固态源和相控阵天线 T R组件内部构成因雷达体制的不同而异 T R组件 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 4 T R组件国内外动态 国外发展动态MMIC 日本的Higashi Koigakubo 等人设计了适用于自动雷达系统的77GHz的T R组件 包含一个采用0 15 mPHMET管工艺制造的MMIC低噪声放大器 0 1 mPHMET管工艺制作的VCO 输出功率6dBm 调谐带宽 200MHz 一个高功率放大器 在76 5GHz处的增益为13dB 饱和功率14dBm 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 CMOS Christina等人采用0 25 m的CMOS工艺制作的5 25GHz的射频前端 包括一个差损为2 65dB的开关 噪声系数为2 9dB的低噪声放大器 和输出P1dB为15dBm的功放 MCM NEC公司制作了72GHz的LTCC自差式的收发系统 发射模块的输出P1dB压缩点的功率为6 6dBm 输出信号经WR 15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 5 T R组件国内外动态 国内发展动态HMIC 混合集成 中电16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 287mW 开关响应速度快 32dB 体积小重量轻等特点 在雷达 通讯等领域有广阔的应用前景 LTCC 电子科大的夏磊 潘光胜等人研制的LTCC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25dB 噪声系数 7dB 6 项目简介 整个系统以单脉冲和差体制工作 具体指标如下 7 8 使用背景 成对使用在车载雷达中 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 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 9 基本工作原理 传统平面振幅和差单脉冲雷达原理 10 本项目使用纯粹的等信号法测角原理工作 11 发射和差通道快速切换 40dB 的实现 功率放大器的稳定性问题 发射通路杂散抑制度的要求 45dBc 收发通路之间的隔离度要求 40dB 系统功耗问题 25W 逻辑电平控制与各功能模块的供电问题 项目难点 12 两次变频方案 发射通路的方案选择 13 两次变频方案的优缺点优点 由于采用逐级滤波 最后的输出频谱较为纯净 对每个混频器后的滤波器指标要求较低 可以采用较常见的微带结构实现 缺点 结构较为复杂 成本较高 体积偏大 对输入输出端口位置固定的情况不好布版 结论 两次变频方案不适合本项目的实际情况 14 偶次谐波混频方案 损耗较大结构复杂 15 直接变频方案 16 发射支路的指标预分配 HMC329 Hittite公司的双平衡混频器 25 40GHzHMC263 Hittite公司的低噪声放大器 24 36GHzAMMC 5040 Agilent公司的放大器 20 45GHzTGA1141 EPU TriQuint公司的功率放大器 33 36GHzTGS4302 EPU TriQuint公司的单刀双掷开关 27 46GHz 17 和支路增益分析设中频输入频率2 5GHz 中频输入功率0dBm 由AnsoftDesigner得到的结果可以看出 理想情况下 和支路的总增益 27dB 满足输出功率的要求 部件增益 总增益预算 Budget IndexPO2 format delta in db Budget IndexBm PO2 format cum FD1FD1HMC329 9 512489HMC329 9 512489BPF 3 702709BPF 13 215198HMC26320 130419HMC2636 915221SPDT 1 517311SPDT5 397910AMMC 504017 633958AMMC 504023 031868TGA1141 EPU9 654422TGA1141 EPU32 686290SPDT 1 500000SPDT31 186290过渡 0 50000过渡30 686290 18 中频输入频率2 3GHz 输入功率为0dBm的总增益预算 19 中频输入功率 0 5 10dBm 输入频率为2 5GHz时的总增益预算 20 发射支路的杂散分析假设 混频器后没有滤波器 而是直接连到HMC263 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30dBm时就已经饱和 中频输入功率0dBm 本振输入功率为典型值13dBm 参考HMC329做下变频的杂散表可以初步得到 HMC329做上变频时 LO RF的隔离度40dB 三阶交调产物自身抑制 40dB n阶交调 n 3 产物自身抑制 20dB 21 滤波器指标 通带带宽 500MHz 本振频率衰减48dB 上边带衰减65dB 其他高阶交调产物能获得至少45dB的衰减 22 外差式高中频方案 接收通路的方案选择 23 LNA ALH369 Northrop NF20dB 24 40GHz MIXER AM038S1 00 Alpha 典型变频损耗6 5dB 33 43GHz 中频放大器 ERA 5 Mini NF 4 3dB 增益 20dB DC 4GHz SPDT TGS4302 EPU TriQuint 差损 1dB 切换速度 4ns 27 46GHz 2倍频 KC2 50 Mini 无源倍频 损耗12 5dB 输出频率7 10GHz 4倍频 CHX2092a UMS 有源倍频 损耗1 5dB 输出频率36 40GHz AMP1 ERA 1SM Mini NF 4 3dB 增益 9dB DC 8GHz AMP2 HMMC5618 Agilent 增益 14dB 6 20GHz AMP3 AMMC 5040 Agilent 增益 25dB 20 45GHz 接收支路选片本振倍频链选片 24 接收支路噪声系数和增益分析 过渡开关低噪放混频器滤波器中放 部件噪声 总噪声系数 部件增益 总增益 25 P1dB 16 8dBm 1dB 接收支路输入频率2 5GHz时 输出电平随输入电平 20 5dBm 的变化 可以看出接收通路的P1dB 16 8dBm 10dBm 接收支路输出1dB压缩点分析 26 滤波器指标中心频率f0 34 38GHz某频点 带宽 500MHz 在f0 1 5GHz外衰减大于45dB 通带插损 5dB 毫米波微带滤波器优点 工作波长越短体积越小 与其他平面电路集成方便 缺点 值低 矩形度不好 有寄生通带 且高端不好 在毫米波频段需要腔体屏蔽 在宽频带下要求腔体不谐振很困难 损耗大且不易调谐 毫米波窄带滤波器的设计 27 7级发夹线滤波器 BJ320波导接口 测试 红色 与仿真 HFSS蓝色 CST绿色 28 毫米波腔体滤波器在毫米波频段较为常用的两种类型 契比雪夫函数型 准椭圆函数型 一腔多膜式 不同模式不同路径交叉耦合式 同一模式不同路径 并联电感型E面金属膜片或鳍线型 K J变换 29 并联电感型 用膜片 销钉实现K变换器 30 各谐振腔的长度li和膜片的缝隙di分别为 膜片厚0 5mml1 4 50mmd1 3 77mml2 4 15mmd2 2 48mml3 5 29mmd3 2 03mml4 5 31mmd3 1 92mm 缺点 分离的结构太多 加工精度上难以保证 抗振性能差 膜片调节起来也不方便 31 准椭圆函数型 有限个位置不固定传输零点 是椭圆函数型滤波器的一种逼近 更少的谐振单元实现相同的指标 交叉耦合和一腔多模是两种基本实现形式 缺点 对加工精度的依赖性 成本因素 32 E面鳍线滤波器 将印有金属膜片图形的介质基片夹在波导E面之间的一种结构 鳍线膜片可直接在常见的介质基片上采用照相制版 成本低廉 适于批量生产 与并联电感型滤波器的相同点 采用半波长波导做串联谐振器 有金属覆盖的膜片区域等效为阻抗变换器K a 单个膜片的等效T型网络 b K变换器的等效电路之一 33 不同宽度膜片等效电路的Xs和Xp的提取 34 测试结果 蓝色 与仿真结果 HFSS红色 CST绿色 7级鳍线滤波器 35 E面鳍线滤波器的特点 可采用一般微带电路的制作工艺制作 精度可靠 加工周期短 成本低廉 鳍线膜片可以与腔体分离 单独测试 灵活可靠 结构紧凑 对温度变化和震动不敏感 安装方便 能满足一般毫米波系统对杂散抑制的需要 36 腔体滤波器与平面微带电路的集成 保证有较小的损耗 不影响整体电路的布局 波导的E面与电路平面平行 两种方式 对极鳍线形式E面双探针形式 微带 波导 微带过渡形式 对极鳍线的过渡形式 37 E面双探针的过渡形式 探针波导的整体空间布局 测试结果 蓝色 与仿真结果 HFSS红色 CST绿色 38 其他无源电路的设计 本振倍频链中二倍频后的平行耦合线滤波器 本振倍频链中四倍频后的谐波吸收枝节 39 接收通路中频带通滤波器 微带 同轴线 微带的过渡 40 E面探针过渡背靠背测试结果 41 电源与逻辑控制 为了减小功耗 提高收发隔离度与和 差通道的隔离度 对各单片采用即工作即供电的办法 42 具体实现方法 电源的逻辑控制 43 a 电源版图 正面 b 电源版图 反面 44 内腔体示意图 未画出波导口短路活塞 鳍线滤波器半波导 盖板等 45 T R组件实物照片 46 发射支路的测试 一 输出功率及杂散抑制度的测试 组件的测试 测试原理图 47 测试系统包括 1 中频信号源 采用Agilent83732B 频率范围 10MHz 20GHz 2 本振信号源 采用AgilentE8257D 频率范围 250kHz 40GHz 3 频谱分析仪 AnritsuMs2668C 频率范围 20Hz 40GHz 4 直流供电及TTL电平 直接从直流稳压电源获得 48 测试结果 以 通道 与f0的频偏量 功率 杂散抑制度 来注解 差 250MHz 27 74dBm 41dBc差 125MHz 27 80dBm 41dBc 差 0MHz 27 38dBm 39dBc差 125MHz 27 29dBm 39dBc差 250MHz 27dBm 45dBc 49 和 250MHz 27 58dBm 45dBc和 125MHz 27 20dBm 45dBc 和 0MHz 27 05dBm 45dBc和 125MHz 27 17dBm 45dBc和 250MHz 26 96dBm 37dBc 50 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 51 接收支路的测试 一 噪声系数及增益测试 测试原理图 52 测试系统包括 1 本振信号源 AgilentE8257D 频率范围 250kHz 40GHz 2 噪声系数分析仪 AgilentN8975ANFA系列 3 噪声头N4002A 10MHz 26 5GHz 噪声头R347B 26 5 40GHz 4 直流供电及TTL电平 直接从直流稳压电源获得 53 测试结果 结论 在fIF0 2