一種多通道寬帶延時放大組件的設計研究

王連貴 雷興旺 沈亮 顧江川

摘 要 本文主要介紹了一種多通道寬帶延時放大組件的工作原理、設計仿真以及實現。實際制作出的延時組件具有多通道集成、高延時精度、大寬帶以及小型化的特點，產品滿足高性能、高可靠性的需求，具有易于批量生產的特點。

關鍵詞 延時組件;多通道;寬帶;共面波導

引言

目前，相控陣雷達寬帶化成為發展的趨勢。寬帶雷達具有精度高、抗干擾能力強等優點，但雷達瞬時帶寬的提高，會產生寬帶大掃描角度帶來的波束空間指向色散問題。在相控陣天線的寬角掃描情況下，要獲得大的瞬時信號帶寬方法之一就是在陣列各單元或各子天線陣級別上采用實時延時線[1]。

由于延時線的插損較大，在實際工程使用中往往需要在電路中加入微波功率放大的功能。另外，由于微波信號在共面波導中傳輸的色散低于其他類型的平面傳輸，因此本次設計采用共面波導形式實現微波信號的延時放大。本次研究旨在探索延時組件的超寬帶、高精度、大延時的技術，解決寬帶雷達色散問題。

1組件設計

1.1 電路原理

本項目研制的延時組件工作頻率高，單元間距較小，主要完成射頻信號的延時、低噪聲放大、功率合成及發射信號功率放大等功能。

為了實現多通道、寬帶、大延時組件的小型化設計，本方案采用多通道集成的方式。延時組件內采用一個一分四Wilkinson功分器[2]，功分器為接收、發射共用。發射與接收同頻分時工作，即發射的時候不接收，接收的時候不發射。發射時，將一路發射信號功分為四路，分別進行延時、功率放大后，經收發環形器輸出至天線端。接收時，信號經收發環形器進入接收通道，通過限幅、放大和延時后，經四合一功率合成網絡將信號合為一路，送入下一級電路。

組件單通道集成電原理圖如圖1所示。

1.2 設計仿真

開關延時線的原理如圖2所示，每位延時單元由2個FET開關和2條微波傳輸線組成[3]，通過FET開關在2路不同的傳輸線之間切換，得到不同的相移量，產生射頻信號相位差[4]：

式中：為相位常數，為相速，f為頻率，和為兩條不同通路的傳輸線長度[4]。

此次研制采用共面波導（CPWG）微帶線傳輸形式，實現了0.5λ，1λ，2λ，4λ，4λ，8λ共19.5λ長度的延時。介質基板采用Rogers5880板（介電常數2.2，厚度0.127mm），理論計算各延時傳輸線在中心頻點處的長度分別為L0mm、2*L0mm、4*L0mm、8*L0mm、8*L0mm、16*L0mm。其中L0mm延時線的仿真結果如圖3所示，由圖可知，相位在中心頻點f0處的相位約為0°，在（f0±X）GHz處的相位對稱，帶狀線結構的線性度較好。

1.3 關鍵指標計算

延時組件接收支路鏈路指標計算如表1所示，組件單通道增益理論值22dB，噪聲理論值2.79dB。

延時組件發射支路工作時，以占空比20%計算組件功耗：其中公共電路0.3W，單通道發射驅放0.25W，接收支路0.8W，功放輸出32.5dBm（1.78W）功率時，功耗5W。理論計算多通道延時組件在占空比20%時，效率為17%。

2測試結果

根據以上設計，最終研制出的多通道延時放大組件實物如圖4所示，實測值如表2所示。

如表可知，延時放大組件接收增益≥23.2dB，噪聲系數≤2.5dB，延時誤差≤2.5%，飽和輸出功率≥32.6dBm。

3結束語

本文介紹了一種多通道寬帶延時放大組件的設計方法，最終研制的T/R組件可實現共19.5λ的延時放大，延時誤差小于3%，通道間一致性小于±1dB，接收鏈路增益大于23dB，發射飽和輸出功率大于32.7dBm。尺寸為125mm×110mm×10mm，重量小于240g。經過測試，滿足實際應用要求。

參考文獻

[1] MOESSINGER R，MARIN R，MUELLER S，et al. Electronically reconfigurable reflectarrays with nematic liquid crystals [J]. Electronics Letters，2006，42（16）：899-900.

[2] E.Wilkinson.An N-Way Hybrid Power Divider[J]. IRE Trans.on Microwave Theory and Techniques，1960（8）：116-118.

[3] Hu W，ISMAIL M Y，CAHILL R，et al. Liquid-crystal-based reflectarray antenna with electronically switchable monopulse patterns [J]. Electronics Letters，2007，43（14）：744-745.

[4] 劉曉莉，于明紅.基于LTCC技術的大延遲收發組件[J].現代電子技術，2015，38（15）：66-68.

作者簡介

王連貴（1990-），男，安徽淮南人;學歷：碩士學位，職稱：工程師，現就職單位：中國電子科技集團公司第五十五研究所，研究方向：微波電路設計。