[发明专利]毫米波小型化多通道收发组件及其相位补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达组件技术领域。

背景技术

收发组件是雷达不可或缺的组成部分，与不同的天线结合，可以广泛地应用在移动通信、军事探测、电子对抗等领域。针对不同的应用背景，对收发组件提出了不同的技术要求，但是小型化、集成化是提高收发组件实用性的有效途径。同时，单一通道的收发组件无法满足高性能雷达装置的需要，只有多通道的收发组件才具有更深刻的学术价值和工程价值。结合雷达装置的极化特征、空间功率合成等技术指标要求，对于多通道收发组件的通道间相位关系提出了更严格的要求。

对于毫米波多通道收发组件而言，随着微电子工艺的发展，为了实现小型化目的，有源器件均是采用MMIC(毫米波单片集成电路)技术实现。基于现有的国内国外制造水平，芯片级有源器件易于实现输出信号幅度的一致性，但是相位一致性无法保证，并且相位误差为±180度范围之内。普通毫米波多通道收发组件均采用添加毫米波移相器的方法进行相位补偿，其插损较大，达到7dB；并且调相精度差，相位最小可调角度为11.25度；增加一个移相器也会增加10毫米长度，使系统体积增大。对于毫米波小型化多通道收发组件，在保证输出功率不变的条件下，在通道间幅度误差0.5dB以内以及相位误差10度以内的系统要求约束下，过去添加毫米波移相器的方法与小型化系统结构及指标要求发生无法调和的矛盾，并且在国内外尚无相关有效的实现方法，因此在高集成度有源电路中如何简便补偿收发通道间幅相误差是实现毫米波小型化多通道收发组件的关键难点。

发明内容

本发明的主要目的是解决以上的技术问题。尤其是，本发明的一个目的是提供一种收发组件装置，它能以高度集成化的方式实现特定相位关系的毫米波小型化多通道收发组件，并且与相关传统产品相比不需要使用毫米波移相器。

本发明的另一个目的是提供一种毫米波小型化多通道收发组件的通道间相位补偿方法，是一种无源补偿方法，并且无需增加组件的体积。

为了实现以上目的，在发明的一个方面，本发明提供了一种毫米波小型化多通道收发组件装置，包括发射支路、接收支路、开关、功分电路和金属盒体。各功能器件都设置在金属盒体内部，并且发射支路和接收支路都具有由介质加载微带线构成的相位补偿网络。

毫米波小型化多通道收发组件，其中的各功能器件是以MMIC(毫米波单片集成电路)技术为基础的毫米波全平面集成电路，有源放大器由高性能的MMIC芯片实现。发射支路，包括有源放大器、微带线(MS)和相位补偿网络(PC)。其中，有源放大器，包括末级功率放大器(PA)及推动级推动放大器(A)，有源放大器由高性能的MMIC芯片实现，推动级放大器(A)根据末级功率放大器(PA)需要推动的功率值确定，假如推动功率足够也可以没有推动级放大器(A)；微带线(MS)，级联各功能器件，利用金线键合实现功能器件与微带线(MS)的联接；相位补偿网络(PC)，加载介质设置在金属盒体内部并且在微带线(MS)上方的空气屏蔽腔内，设置在发射支路功分电路(Dv)输出级之后到末级功率放大器(PA)的输入级之前的微带线上，这样可以保证发射信号幅度的一致性。

接收支路，包括有源放大器、混频器(MX)、微带线(MS)和相位补偿网络(PC)。其中，有源放大器，包括低噪声放大器(LNA)，由高性能的MMIC芯片实现，低噪声放大器(LNA)使用数目的选取根据系统要求的接收机增益确定；混频器(MX)，将毫米波接收信号线性不失真地转换到更低的频率；微带线(MS)，级联各功能器件，利用金线键合实现功能器件与微带线(MS)的联接；相位补偿网络(PC)，加载介质设置在金属盒体内部并且在微带线(MS)上方的空气屏蔽腔内，设置在接收支路功分电路(Dv)输出级之后到混频器(MX)的输入级之前的微带线上，这样可以保证接收信号幅度的一致性

功分电路(Dv)，实现多个通道对毫米波信号源模块的复用；开关(SPDT)，实现收发通道对毫米波天线的复用，以上两个器件的目的都是为了减少MMIC芯片数量保证组件小型化特点。

本发明提供的这种收发组件装置具备小型化、易实现等特点，并且可以应用于宽带毫米波雷达。

相位补偿量与加载介质的材料、长度、厚度、宽度以及摆放的位置相关，但是实现相位补偿的原理是一致的。

加载介质的材料只要是与空气的介电常数不同并且在毫米波频段的损耗角较小，便都可以实现有效的收发组件相位补偿功能。相位补偿网络中的加载介质是毫米波频段的损耗角小并且介电常数大于空气的高介电常数介质，常用的加载介质是聚四氟乙烯、陶瓷粉末或陶瓷，其介电常数分别为2.2、3.48、9.8。