毫米波收发组件研究

论文摘要

毫米波收发组件作为一个高频前端的子系统,是雷达、导航、电子战和通信等系统的一个重要组成部分。通过对毫米波收发组件发射支路和接收支路的研究本文提出了三种可行的实施方案。首先提出的是一种单混频器实施方案,然后通过方案仿真分析又提出了一种双混频器实施方案,并采用此方案制作了实物,最后通过测试和分析收发组件的实物,提出了一种具有可靠性设计的改进型单混频器实施方案。通过对三种方案的分析和比较,本文把这种改进型单混频器实施方案作为本课题的最终设计方案。毫米波电路是组成毫米波收发组件的基本单元,在很大程度上决定了毫米波收发组件的优劣。毫米波电路可以分为有源电路和无源电路两种,本文正是从有源电路和无源电路这两个方面对毫米波收发组件的理论和设计进行了研究。本文分析了毫米波带通滤波器（E面鳍线滤波器）、毫米波功分器（加贴片电阻的Wilkinson电桥）、毫米波波导-微带过渡（波导微带探针过渡）及毫米波定向耦合器等关键无源电路,并结合本毫米波收发组件的指标要求合理分析和选择了毫米波放大器、毫米波开关、毫米波混频器、开关驱动器等有源电路。可靠性是本文的重点问题之一,直接决定了产品的实用性。本文主要从可靠性设计、可靠性试验、可靠性建模与分配这三个方面研究了毫米波收发组件中的可靠性问题。根据最终的设计方案仿真,本文制作了一种基于混合集成技术的双通道发射、双通道接收的Ka频段的毫米波收发组件,并采用上下分腔的小型化技术安装在120mm×60mm×20mm的腔体内。通过对毫米波收发组件实物进行性能测试,其重要的系统指标如下:输出功率:500-600mW、两路输出功率差:≤28.9mW、相位噪声:≤-76.8dBc/Hz@10kHz、接收噪声系数:≤9.2dB、发射开关通断比:≥72.8dB,接收开关通断比:≥46.2dB、发射通道隔离度:≥63.4dB、开关速度:<4nS。通过了一系列的可靠性试验,证明了本文研制的Ka频段毫米波收发组件完全满足了实用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 毫米波特点及应用
• 1.2 国外发展动态
• 1.3 国内发展动态
• 1.4 本课题的研究意义及设计目标
• 1.5 本论文主要章节安排
• 第二章 毫米波收发组件的关键技术研究
• 2.1 发射支路分析
• 2.2 接收支路分析
• 2.3 毫米波滤波器设计
• 2.3.1 几种毫米波滤波器的比较
• 2.3.1.1 并联电感型滤波器
• 2.3.1.2 准椭圆函数型滤波器
• 2.3.1.3 E 面鳍线滤波器
• 2.3.2 E 面鳍线滤波器的设计
• 2.4 毫米波功分器
• 2.4.1 毫米波等功分器的设计
• 2.4.2 加贴片电阻的Wilkinson 电桥的设计
• 2.5 波导-微带过渡电路设计
• 2.5.1 分析、比较几种过渡结构
• 2.5.1.1 波导－脊波导－微带线过渡
• 2.5.1.2 波导－对极鳍线－微带过渡
• 2.5.1.3 波导－探针－微带过渡
• 2.5.2 E 面探针过渡结构的设计
• 2.6 毫米波定向耦合器的设计
• 第三章 毫米波收发组件的设计
• 3.1 方案分析
• 3.1.1 单混频器方案
• 3.1.2 双混频器方案
• 3.1.3 改进型单混频器方案
• 3.1.3.1 发射
• 3.1.3.2 接收
• 3.2 关键器件分析及选择
• 3.2.1 所选器件及其主要技术指标
• 3.2.2 开关驱动电路设计
• 3.2.2.1 MA4AGSW1 驱动电路设计
• 3.2.2.2 HMC347 驱动电路设计
• 3.3 毫米波收发组件的可靠性
• 3.3.1 可靠性的基本概念和特征量
• 3.3.1.1 可靠性的基本概念
• 3.3.1.2 可靠性的特征量
• 3.3.2 可靠性设计
• 3.3.2.1 系统级可靠性设计
• 3.3.2.2 电路级可靠性设计
• 3.3.2.3 环境适应性措施
• 3.3.3 可靠性试验
• 3.3.4 可靠性建模与分配
• 3.3.4.1 可靠性建模
• 3.3.4.2 可靠性分配
• 3.4 毫米波收发组件的实现
• 第四章 毫米波收发组件的测试结果与分析
• 4.1 毫米波收发组件的测试
• 4.1.1 常温测试框图
• 4.1.2 高低温测试框图
• 4.1.3 测试方法
• 4.2 毫米波收发组件的测试结果
• 4.2.1 常温测试结果
• 4.2.2 高低温测试结果
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 个人简历及发表的学术论文