一種射頻發射模塊、組件、相控陣天線及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高頻發射裝置，尤其涉及一種基于超寬帶功率放大器芯片的射頻發射模塊、組件、相控陣天線及其制造方法。
【背景技術】
[0002]現有的微波發射組件體積大、功耗大、質量大、功能簡單、電路集成度較低，且工作頻率較低，基本工作于，如C波段、X波段和Ku波段等，已經無法滿足雷達和電子對抗設備工作頻率不斷提高的要求。
[0003]如授權公告號為CN203299374U的中國實用新型專利“Ku波段4路發射組件”公開了一種工作于Ku波段的4通道發射組件，其沒有模塊化，各發射通道不能獨立控制，質量較重，達到450克，尺寸也較大，不利于多模塊集成形成相控陣雷達。
[0004]現有微波發射組件以單功能芯片集成為主，亦有采用分立器件實現的，其集成度、體積、重量、功耗、散熱能力方面存在劣勢。微波通信和雷達探測所用電磁波頻率越來越高，波長越來越短，就必須縮小發射機的尺寸。現有的平面微電子組裝密度已接近理論上的極限，已不能滿足新一代通信系統、微波或毫米波雷達的應用要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為解決目前微波發射組件工作頻率低、體積和重量大、散熱性能差和各發射通道不能獨立控制，無法滿足微波通信系統要求的技術問題。
[0006]為了解決上述技術問題，一方面，本發明提供一種基于超寬帶功率放大器芯片的射頻發射模塊，包括第一推動級放大器、功分網絡、四個發射通道、電源模塊和波控微波子板；
[0007]射頻信號依次經所述第一推動級放大器和所述功分網絡后分成四路，四路射頻信號分別送至四個所述發射通道；
[0008]各所述發射通道包括數字移相器和發射天線，所述波控微波子板分別連接各發射通道的所述數字移相器，各數字移相器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的相位調節至預設值或期望值后送至所述發射天線。
[0009]進一步地，還在所述數字移相器上集成有數字衰減器，所述波控微波子板還分別連接各所述數字衰減器，各數字衰減器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的增益調節至預設值或期望值后送至所述發射天線。
[0010]進一步地，還在各所述發射通道中設有第二推動級放大器，所述第二推動級放大器的輸入端連接所述數字移相器的輸出端，第二推動級放大器的輸出端連接所述發射天線。
[0011 ]進一步地，還在各所述發射通道中設有末級放大器，所述末級放大器的輸入端連接所述第二推動級放大器的輸出端，末級放大器的輸出端連接所述發射天線。
[0012]進一步地，所述末級放大器由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0013]進一步地，所述第二推動級放大器由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0014]進一步地，所述第一推動級放大器由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0015]進一步地，所述數字移相器為六位數字移相器。
[0016]進一步地，所述射頻發射模塊的工作波段為K波段或Ka波段。
[0017]進一步地，所述波控微波子板包括檢測單元、計算單元、驅動電路和接口電路，所述接口電路分別連接到上位機、所述檢測單元和所述計算單元;所述檢測單元分別連接至所述數字移相器和數字衰減器，用于實時檢測射頻信號相移量和衰減量，并將檢測結果通過所述接口電路送至所述計算單元;所述計算單元連接所述驅動電路，用于根據來自所述上位機的預設的射頻信號相位值及增益值和來自所述檢測單元的檢測結果，通過所述驅動電路將流經所述數字移相器的各路所述射頻信號的相位和流經所述數字衰減器的各路所述射頻信號的增益調節至預設值或期望值。
[0018]另一方面，本發明提供一種基于超寬帶功率放大器芯片的射頻發射組件，包括兩個上述的射頻發射模塊，兩個所述的射頻發射模塊面對面互為鏡像地貼合在一起。
[0019]進一步地，兩個所述射頻發射模塊之間設有導熱孔。
[0020]進一步地，所述導熱孔中設有導熱棒。
[0021]又一方面，本發明提供一種相控陣天線，所述相控陣天線包括η組上述的射頻發射組件，η為8或8的整數倍；
[0022]各所述射頻發射組件并排固定在一外殼中，以形成所述相控陣天線。
[0023]再一方面，本發明提供一種制造相控陣天線的方法，包括如下步驟:
[0024](I)形成射頻發射模塊:所述射頻發射模塊包括設于微波電路基片上的第一推動級放大器、功分網絡、四個發射通道、電源模塊和波控微波子板；
[0025]射頻信號依次經所述第一推動級放大器和所述功分網絡后分成四路，四路射頻信號分別送至四個所述發射通道；
[0026]各所述發射通道包括數字移相器和發射天線，所述波控微波子板分別連接各發射通道的所述數字移相器，各數字移相器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的相位調節至預設值或期望值后送至所述發射天線；
[0027]所述微波電路基片安裝在基板上；
[0028](2)形成射頻發射組件:所述射頻發射組件由步驟(I)中兩個所述射頻發射模塊面對面互為鏡像地貼合而成；
[0029](3)形成相控陣天線:所述相控陣天線由步驟(2)中η組所述射頻發射組件并排固定在一外殼中組合而成，η為8或8的整數倍。
[0030]進一步地，步驟(I)中所述微波電路基片由低溫共燒硅鋁陶瓷材料制成，所述微波電路基片對稱且等相位。
[0031 ]進一步地，步驟(I)中所述基板由招碳化娃或可伐合金材料制成。
[0032]進一步地，還在步驟(I)中所述數字移相器上一體提供數字衰減器，所述波控微波子板還分別連接各所述數字衰減器，各數字衰減器在波控微波子板的控制下將各路所述射頻信號的增益調節至預設值或期望值后送至所述發射天線。
[0033]進一步地，還在步驟(I)中各所述發射通道中提供第二推動級放大器和末級放大器，所述第二推動級放大器的輸入端連接所述數字移相器的輸出端，第二推動級放大器的輸出端連接所述末級放大器的輸入端，所述末級放大器的輸出端連接所述發射天線。
[0034]進一步地，步驟(I)中所述第一推動級放大器、第二推動級放大器和末級放大器均由超寬帶功率放大器芯片制成。
[0035]進一步地，步驟(2)中兩個所述射頻發射模塊之間形成導熱孔，在所述導熱孔中插入導熱棒。
[0036]本發明以四通道的射頻發射模塊為基礎，將兩個四通道的射頻發射模塊鏡像貼合在一起形成八通道射頻發射組件，，并在兩個四通道的射頻發射模塊之間設有導熱孔，通過8個或8的整數倍的八通道射頻發射組件并排組裝形成64通道或64的整數倍通道的波速電掃描相控陣天線，具有體積小，集成度高，功耗小，散熱能力好等優點;可在功分網絡前設置第一推動級放大器，在數字移相器后設置第二推動級放大器和末級放大器，各級功放均由超寬帶功率放大器芯片實現，該芯片使用低壓電源，成本低，非線性特性好，便于實現功率合成，且芯片體積小，集成度高;通過分腔、分模塊方式解決自激問題，可靠性高;使用數字移相器，由波控微波子板控制數字移相器的相移，從而實現微波發射波束的電掃描，具有控制簡單，無需D/A轉換單元、重復性好、功耗低、溫度穩定性好等優點；發射機組件采用低溫共燒陶瓷基板和單片微波集成電路板復合結構設計，給低頻供電和控制線以及RF信號分層提供了便利，基板加工精度和通孔尺寸也保證了布局的可實現性，使用硅鋁陶瓷材料進行射頻基板制作，具有重量輕、熱穩定性好、導熱能力強、易于加工等優勢，涉及的復合基板結構對供電、控制都進行了層間隔離，所有電氣連接通孔都使用雙孔實現，保證整個發射機系統的可靠性。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發明的四通道射頻發射模塊一個實施例的原理框圖；
[0038]圖2為圖1中波控微波子板一個實施例的原理框圖；
[0039]圖3為本發明的四通道射頻發射模塊在微波電路基片上的平面布置示意圖。
[0040]圖中:第一推動級放大器i;功分網絡2;數字移相衰減器3;第二推動級放大器4;末級放大器5;發射天線6;波控微波子板7;電源模塊8;低頻接插口 9;射頻接口 10;導熱孔11;發射通道12;微波電路基片13;基板14。
[0041]
【具體實施方式】
[0042]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0043]如圖1所示，為本發明四通道射頻發射模塊的一個實施例的原理框圖。射頻信號經輸入端進入第一推動級放大器1，經第一推動級放大器I放大后送至一分四的功分網絡2，將一路射頻信號分為四路，每路由數字移相衰減器3、第二推動級放大器4、末級放大器5和發射天線6構成一個發射通道，分別形成發射通道一至發射通道四，波控微波子板7分別連接到四路數字移相衰減器3，電源模塊8為四通道射頻發射模塊提供電源。其中數字移相衰減器3采用集成式器件，將6位數字移相器與數字衰減器集成在一起，以減小體積;第一推動級放大器1、第二推動級放大器4和末級放大器5均由超寬帶功率放大器芯片實現，該芯片使用低壓電源，成本低，非線性特性好，便于實現功率合成，且芯片體積小，集成度高。在一個實施例中，第一推動級放大器I的增益為20dB;功分網絡2采用功分芯片實現，功分損耗<2dB，隔離度2 18dB;數字移相衰減器3的移相位數為6bit，移相精度<4°，衰減為5dB;推動級放大器4增益為20dB，末級放大器5增益為24dB。
[0044]如圖2所示，為圖1中波控微波子板7的一個實施例的原理框圖，包括檢測單元、計算單元、驅動電路和接口電路，接口電路分別連接到上位機、檢測單元和計算單元;檢測單元連接至數字移相衰減器3，用于實時檢測射頻信號相移量和衰減量，并將檢測結果通過接口電路送至計算單元;計算單元連接驅動電路，用于根據來自上位機的預設的射頻信號相位值及增益值和來自檢測單元的檢測結果，通過驅動電路將數字移相衰減器3的相位和衰減量調節至期望值。對應每個數字移相衰減器3具有一個驅動電路，即包括驅動電路一至驅動電路四。
[0045]如圖3所示，四通道射頻發射模塊的四個發射通道12均勻布置在微波電路基