毫米波TR组件
5G毫米波TR组件设计
设计应用esign & ApplicationD5G毫米波TR组件设计Design of 5G millimeter-wave TR module陶长亚（1.电子信息测试技术安徽省重点实验室，安徽 蚌埠 2330062.中国电子科技集团公司第41研究所，安徽 蚌埠 2330063.中电科仪器仪表（安徽）有限公司，安徽 蚌埠 233006）摘 要：为了对5G毫米波通信信号进行测试，本文利用锁相技术、混频技术、滤波技术和功率控制技术设计出一种宽带毫米波TR组件，经过实际测试，所有指标都达到了设计要求。
并成功用于5G信号综合测试仪中，实现了5G频段24.25 GHz～30 GHz的通信信号测试。
关键词：TR组件 5G 毫米波 本振源基金项目：电子信息测试技术安徽省重点实验室项目，由安徽省“三重一创”项目资助，国家科技重大专项（2017ZX03001020）0 引言对于TR 组件的设计，已有很多人做了深入的研究[1-4]。
但是对于5 G 毫米波TR 组件研制的文献却很少。
5 G 通信信号具有毫米波、大带宽等的特点。
为了对5 G 信号进行测试，本文设计出一种5 G 毫米波TR 组件，并成功用于5 G 信号综合测试仪中，实现了5 G 频段 24.25 GHz ～30 GHz 的通信信号测试。
1 方案设计１．１ 设计指标频率范围：24.25 GHz ～30 GHz 功率输出范围：-90 dBm ～10 dBm 功率输出步进：1 dB 调制带宽：200 MHz 分析带宽：200 MHz作者简介：陶长亚（1975-），男，高级工程师。
研究方向：通信测量仪器的研究与开发。
通信地址：安徽省蚌埠市禹会区长征路726号电子第41研究所研发一部１．２ 设计方案本设计方案的原理框图如图1所示。
对于上行发射通道，中频基带模块产生的0.25 GHz ～6 GHz 中频基带信号通过开关选择，经过衰减、放大等功率调整与 12 GHz 点频低相噪本振2次谐波混频获得24.25 GHz ～ 30 GHz 的5G 通信频段信号，经过滤波、功率调整后发射出去。
毫米波TR组件-6
5
测试结果分析
从测试结果可以看出，系统发射通路输出功率>1W、杂散抑制 度>37dB、和差发射通路的隔离度>40dB；接收通路增益>25dB、收 发隔离度>40dB，噪声系数<6dB，达到指标要求。和差转换时间由 于缺乏相关设备没有测试，但组件装配在整机上后，和差转换速度 满足使用要求。
6
（二）发射和差通路隔离度的测试
本振 信号源
直流供电
TTL 控制电平
中频 信号源
毫米波 T/R组件
和/差 逻辑"0"
差/和 逻辑"1"
频谱仪 匹配负载
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。
1
接收支路的测试
3
测试结果：
结论：在fIF0±250MHz内噪声系数<5.9dB，增益>25dB，满足要求。
4
（二）收发隔离度的测试
本振 信号源
直流供电
TTL 控制电平
中频 信号源
毫米波 T/R组件
中频输出
和 逻辑"1"
频谱仪 匹配负载
测试原理图
结论：测得的中频功率均小于-15dBm，满足和差隔离>40dB的要求。
（一）噪声系数及增益测试
TTL 控制电平
直流供电
本原理图
2
测试系统包括： 1）本振信号源：Agilent E8257D（频率范围：250kHz～40GHz）。 2）噪声系数分析仪：Agilent N8975A NFA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。
毫米波有源相控阵tr组件集成技术
毫米波有源相控阵tr组件集成技术
毫米波有源相控阵TR组件集成技术是一种新兴的技术，它可以实现高效的毫米波无线通信和高精度的雷达探测。
该技术主要是通过将多个TR组件集成在一起，构成一个整体的毫米波有源相控阵系统，从而实现对天线信号进行实时控制和调节。
相比于传统的毫米波有源天线系统，该技术具有更高的灵活性和可靠性，可以有效地提高无线通信和雷达探测的性能和可靠性。
同时，该技术还能够大幅降低系统的成本和复杂度，为毫米波无线通信和雷达探测的广泛应用提供了有力的支持。
- 1 -。
TR组件
有源相控阵的天线设计的核心：T/R组件有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。
T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数，功率输出的高低，接收的噪声系数大小，幅度和相位控制的精度。
同时，辐射单元阵列形式的设计也至关重要。
1 芯片设计普遍的做法是将电路按功能进行了分类，然后放置于不同的芯片上，再通过混合的微电路进行连接，如图所示。
一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMICs组件和1个数字大规模集成电路(VLSI)，如图所示。
•高功率放大器(MMIC)•低噪声放大器加保护电路(MMIC)•可调增益的放大器和可调移相器(MMIC)•数字控制电路(VLSI)大多数X波段及以上频段T/R组件都采用基于GaAs工艺的MMICs技术。
该技术有个缺点就是热传导系数极低，因此基于GaAs的电路需要进行散热设计。
未来T/R组件的发展方向是基于GaN和SiGe的设计工艺。
基于GaN的功率放大器可实现更高的峰值功率输出，从而提升雷达的灵敏度或探测距离，输出功率是基于GaAS工艺电路的5倍以上。
SiGe工艺虽然传输的功率不如GaAs，然而该材料成本较低，适用于未来低成本、低功率密度雷达系统的设计。
2 功率输出通常情况下，在给定阵列的口径后，雷达系统所需要的平均功率输出也基本确定了。
天线可实现的最大平均功率与每个TR组件的输出功率、T/R组件的个数、T/R组件的效率和散热等条件相关。
在高功率放大器设计时，需要的峰值功率是重要的指标，定义为平均功率除以最小的占空比。
雷达系统的峰值功率是由整个天线阵列实现的，也就是说当峰值功率确定后，所需要的最少T/R组件个数也随之确定。
雷达系统TR组件设计需要综合考虑天线口径、T/R模块的输出功率以及T/R组件布局等因素，如为了实现同样的雷达探测性能且T/R组件个数相同，对于4m2口径天线，假定每个T/R组件的输出功率为P，那么对于2m2口径天线，每个T/R组件的输出功率为2P，如图所示。
相控阵雷达——毫米波TR组件研究
工作在毫米波频段低端的毫米波雷达的许多工作特性与微波雷达（例如Ｘ 频段或Ｋｕ频段雷达）是一样的，只是由于其波长更短，所以工作特性更极端 一些。例如，对于给定的天线孔径，毫米波雷达天线波束比较窄，仅仅是Ｘ频 段或Ｋｕ频段雷达的１／２—１／２０。毫米波雷达的窄波束特性具有某些重大的工作 优点：（１）小天线孔径可有较高天线增益；（２）高的跟踪精度和（或）制导精
毫米波的发展由其本身的固有特点所确定。短波长，宽频带以及与大气的 相应作用，是促进毫米波发展的三个基本因素。
在毫米波频段，电磁能量在大气中传播时与大气中气体、悬浮微粒以及含 水物质的相互作用要比微波能量与它们的相互作用强的多，这些相互作用通过 三种机理，即吸收、散射和折射产生。
毫米波的大气传输特性，决定了各频率的用途。毫米波频段有四个低损耗 大气“窗口”，它们的中心频率在３５，９４，１４０和２２０ＧＨｚ附近，其对应波长分 别为８．６，３．２，２．１和ｌ＿４ｒａｍ，一般地面与卫星通信系统大都工作于这些“窗口” 频率，其可用带宽分别为１６，２３，２６和７０ＧＨｚ，任何一个毫米波“窗口”的可 用带宽几乎都可以把包括微波频段在内的所有低频频段容纳在内。这些带宽特 性，在雷达中可用窄脉冲和宽带调频技术获得目标的细部特征。在通信系统中 能传送更多的信息，大大拓宽已十分拥挤的通信频谱，为更多用户提供互不干 扰的通道。宽带特性也能为各种系统提供高质量的电磁兼容特性。同样，对应 的中心频率为２２，６０，１２０和１８３ＧＨｚ这些大气高衰减区频段成为保密通信的 首选工作频率。
第二章首先简单介绍了微带传输线的特性；随后介绍了微带一波导过渡和 低通滤波器的基本理论并实际设计了微带一脊波导一标准波导的过渡和低通滤 波器。
第三章讨论了毫米波控制电路。本章有四部分内容，第一部分介绍了ＰＩＮ 二极管的特性；接下来的两部分分别介绍了毫米波开关和毫米波衰减器的基本 理论；每四部分较详细的介绍了毫米波移相器的分类，并具体分析了各种类型 移相器的优缺点，同时还设计了一个五位移相器，给出了测试结果并对结果进 行了分析。
TR组件电源调制电路的研制
TR组件电源调制电路的研制发布时间：2021-06-11T09:49:56.737Z 来源：《基层建设》2021年第6期作者：张勇潘华府[导读] 摘要：主要介绍了TR组件的研制和TR组件工作频率的波段。
中国电子科技集团第三十八研究所安徽合肥 230011摘要：主要介绍了TR组件的研制和TR组件工作频率的波段。
在T2组件调试过程中，我们可能用到MOS开关稳压芯片单机模块本机按键播放按键组件按键。
将控制电源一定要设置于电路的T2组件调试以内，这样使T2组件内部拥有自己的电源，使调试测试简单，并且减少了繁琐的过程。
T2组件具有脉冲负载的特性，其供电模式设计尤为重要。
随着技术的独特，性功能广泛应用于防御，海上防御各种雷达系统中，采用tur组建控制系统，可以大大提高雷达的灵活性和可靠性，传统雷达中的功率过大，电压过高，在现有的改变T而组建的雷达的时候，有缘控制雷达包含了上千的固态ter组件组成的天线阵，每一个组件都需要对电源的功率，体积有严格的要求，因为总功率较大，所以必须设计合理的电源，做到可靠性高密度性高效率性，因此控制TR雷达的组件电源是相关的关键的系统之一。
关键词：TR组件；分布式电源；高可靠性；电源调制一、引言近年来，随着电子科技的快速发展，对现代相关的雷达控制要求越来越高，TR组件是构成雷达源核心的部件之一，因此，对TR组建的各个功能提出了更高的要求，在微电子技术和电路的发展，相对于TR组件的设计提供了良好的基础的情况，下载体组建技术发展趋势应用于多层带版基础上，集成一片或多片功能性电路，在经过微电子互相连接而成，这种功能组件具有体积小性能指标高等特点，在相同功率下，一定数量的TR组件发射功率比较大，其雷达的可参照范围也相对扩大，因此，在研究最高功率TR组件就显得尤为重要，代替组建的设计。
设计师最关键的部分，就是要放大功率模块，因为这个组件常用于的是集成电路，需要很多的组件相互结合，技术运用，运用的基板LTCC基板根据现在的制造水平设计出一款平衡放大的通道，使平衡系两端。
TR组件
2.精度：这是衡量一个信号隔离变送器质量的标尺。业内一般能 做到量程±0.2[%]。个别品牌如M-SYSTEM 、ACI等能做到 ±0.1[%]。 3温度系数：表示隔离器等仪表在环境温度发生变化时，精度的 变化情况。 大多情况下用百分数表示（也有用单位250ppm/K表 示的），如：M-SYSTEM温度系数±0.015[%]/℃（相当于 150ppm/K）。 4.响应时间：表征信号隔离器的反应速度。 5.绝缘电阻：内部电源与外壳之间隔离直流作用的数值化表征。 6.负载电阻：反映了信号隔离器的带载能力。
隔离器主要技术参数
1.隔离强度：也叫隔离能力、耐压强度或测试耐压，这是 衡量信号隔离器的主要参数之一。单位：伏特@1分钟。它 指的是输入与输出，输入与电源，输出与电源之间的耐压 能力。它的数值越大说明耐压能力越好，隔离能力越强， 滤波性能越高。一般的，这种耐压测试是通过一次性样品 的耐压检验来确定的。
移相器实物图
移相器指标
• • • • • • • 移相精度 相移量 承受功率 插入损耗 输入驻波比 工作频带 动作时间
移相器的分类
• 电控移相器主要有模 拟式、数字式和模拟 -数字式。其具体分 类如右图所示。
四种常用移相器
θ
θ′
开关线型
加载线型
− jBn
− jBn
− jBn
− jX n
− jX n
滤波器
• 滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件。即对特定频 率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路。 滤波器的技术指标通常有以下几项： •1) 截止频率 •2) 频率范围和带宽 •3) 通带内插入损耗 •4) 回波损耗 •5) 波纹 •6) 带外衰减 •7) 形状系数 •8) 寄生通带 •9) 品质因素 •10) 插入相移和时延频率特性
毫米波TR组件的研究与设计
抑制使用的Ａｌｐｈａ的ＡＭ０３８ＲＩ．００，工作频带３３ＧＨｚ．４３ＧＨｚ，型变频损耗９ｄＢ，镜像抑制１８ｄＢ，引出的两路中
频信号其中一路多走入。／４，最后用Ｔ型结连接。
Ｆｔｏｔａｌ＝Ｆ。＋掣＋铡＋．．·矗去
公式，
中频滤波器采用交指型，如图３，通带２．２．７ＧＨｚ，在１．３．５ＧＨｚ以外衰减＞４０ｄＢ，尺寸小于２０ｍｍ Ｘ １６．４ｍｍ，仍作在６０１０基片上，而毫米波部分作在Ｄｕｒｉｏｄ ５８８０上，两种基片上的微带通过金丝跳接。中频 放大器采用Ｍｉｎｉ的ＥＲＡ．５，增益２０ｄＢ，ＮＦ为４．３ｄＢ。
为了减小功耗提高收发隔离度，对各单片即工作即供电，发射时接收支路低噪放、中频放大器断电， 并只保持差或和支路的功放有电，接收时相反，供断电由开关驱动器ＢＨＤｌ４推动的４个Ｎ沟道ＭＯＳＦＥＴ 管控制。并制作单片电源保护电路，避免了因加电顺序不当而烧毁，功放漏压供电受ＴＴＬ电平及栅压加 电条件控制，如图９所示。
关键词：毫米波通信；Ｔ／Ｒ组件；鳍线滤波器；参数抽取
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｔ／Ｒ Ｍｏｄｕｌｅ
Ｙａｎｇ Ｆｅｉｌ，Ｙａｈ Ｂ０２，Ｘｕ ＲｕｉＩＩｌｉｎ３ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵＥＴＳＣ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｃｈｉｎａ ６１００５４
Ｋａ ｂａｎｄ．Ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｐｒｉｎｔｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｓｔｒｉｐｓ ｉｓ ｐｒｏ‘
ｐｏｓｅｄ．Ａ Ｅ—ｐｌａｎｅ ７．ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｕｎｉｌａｔｅｒａｌ ｆｉｎ—ｌｉ ｆｉｌｔｅｒ ｉｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｔｅｓｔｅｄ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｕｔｓｋｉｒｔ’Ｓ ａｔｔｅｎｕａ－
TR组件
开关电路
一般称为天线收发模块应用在收发器，其功能是在发送状态将天 线和发射器进行连接，而在接受状态时，将天线与接收器进行连 接。
PIN 二极管作为一个基本单元在这些开关中的使用时，他们就 会比电子 - 机械开关提供更高的可靠性，更好的机械强度和更 快的开关速度。
PIN二极管开关电路技术指标
插入损耗和隔离度：PIN管实际存在一定数值的电抗和损耗电阻， 因此开关在导通时衰减不为零，成为正向插入损耗，开关在断开时 其衰减也非无穷大，成为隔离度。二者时衡量开关的主要指标，一 般希望插入损耗小，而隔离度大。
隔离器基本原理
隔离器是一种采用线性光耦隔离原理 , 将输入信号进行转换 输出。输入 , 输出和工作电源三者相互隔离 , 特别适合与需要 电隔离的设备仪表配用。 隔离器又名信号隔离器 , 是工业控制系统中重要组成部分。
隔离器主要技术参数
1. 隔离强度：也叫隔离能力、耐压强度或测试耐压，这是 衡量信号隔离器的主要参数之一。单位：伏特 @1 分钟。它 指的是输入与输出，输入与电源，输出与电源之间的耐压 能力。它的数值越大说明耐压能力越好，隔离能力越强， 滤波性能越高。一般的，这种耐压测试是通过一次性样品 的耐压检验来确定的。
• 理论分析以单节限幅电 路为基础 ,单节二极管并
联时的等效电路图如图
1所示。其中: Cj、Rf为 PIN限幅二极管的高阻、 低阻状态时的等效元件; Z0、L分别是传输线的特 性阻抗和二极管两端的 等效电感 ,Z0 =50Ω。
微波限幅器主要参数定义
1.限幅电平：限幅器开始限幅时的功率值。 2.插入损耗：输入电平低于门限电平时输入信号 损耗，一般在-10dBm下测试。 3.承受功率：能承受的最大输入功率（脉冲功率， 脉冲平均功率，连续波功率）。 4.恢复时间：以输入脉冲终止开始，到限幅器损 耗比插入损耗大3dB为止的时间。
TR组件
拓扑结构
• 微波数字衰减器常用的拓扑结构有开关型、T 型、桥T型、π 型等。不同的拓扑结构在不同 衰减位的表现是不同的，有的拓扑结构在实 现小衰减量时性能很好，有些则比较适合用 于实现较大衰减量。设计多位数字衰减器时， 需要权衡选择。 各种拓扑结构如下图所示：
(a) T型 (b) PI型
(c)桥T型
滤波器类型及其特点
•
声表面波滤波器 声表面波是指声波在弹性体表面的传播，这个波被称为弹性声表面波。声表面波的传播速度 比电磁波的速度约小10万倍。声表面波滤波器是采用石英晶体、压电陶瓷等压电材料，利用 其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波专用器件，广泛应用于电视机及录 像机中频电路中，以取代LC中频滤波器，使图像、声音的质量大大提高。 声表滤波器、声表谐振器，是在压电基片材料表面产生并传播、且其振幅随深入基片本材料 的深度增加而迅速减少的的弹性波。声表面波(SAW)是传播于压电晶体表面的机械波，其声 速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。
三、T/R组件的设计技术
四、T/R组件的制作和测试
TR组件的概念
T/R是Transmitter and Receiver的缩写。
T/R组件通常意义下是指一个无线收发系 统中频与天线之间的部分，即T/R组件一 端接天线，一端接中频处理单元就构成 一个无线收发系统。
背景意义
• 有源相控阵雷达技术是当今雷达的主流技术。 随着科技的不断发展，我们对其核心部件TR组 件在体积、电性能及可靠性方面提出了更高的 要求。TR组件是有源相控阵雷达的核心。在雷 达系统中，每一个天线单元都有一个TR组件与 之对应，因此一部雷达内有数千甚至上万个TR 组件。舰载和机载雷达系统对TR组件的体积和 能耗有着极为苛刻的要求，实现TR组件的小型 化具有相当重要的现实意义。
w 频段 tr组件
w 频段 tr组件
TR组件是无线电收发设备中的重要组成部分，它通过对电磁波的调制、解调和放大等技术，实现了无线电信号的收发。
W 频段 TR 组件是一种工作频率在 75 GHz 至 110 GHz 之间的 TR 组件，广泛应用于毫米波通信、雷达、遥测遥控等领域。
W 频段 TR 组件一般由低噪声放大器、混频器、功率放大器等模块组成。
低噪声放大器是 W 频段 TR 组件的核心，它能够在保证放大信号的同时，最大程度地降低噪声。
混频器则负责将接收到的高频信号转变成低频信号，便于后续的处理。
功率放大器则可以将信号的功率放大，增加传输距离和信号质量。
W 频段 TR 组件的研发和制造需要高度的技术积累和精密加工设备，因此价格较高。
不过，随着技术的不断进步和市场的不断扩大，W 频段 TR 组件的价格已经逐渐下降，市场需求也越来越大。
总的来说，W 频段 TR 组件是一种十分重要和广泛应用的无线电收发设备组件，它的研发和制造对于无线电通信和雷达等领域的发展具有重要意义。
- 1 -。
毫米波TR组件
高阶交调产物 ······
（） 10 30 50 70
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。
X 0
Z0
Z0
tan 1 2 X Z0
K
Z0
tan
|
2
|
K
| X | Z0 Z0 1 ( K )2 Z0
用膜片、销钉实现 K变换器
各谐振腔的长度 li 和膜片的 缝隙 di 分别为：
膜片厚0.5mm l1=4.50mm d1=3.77mm l2=4.15mm d2=2.48mm l3=5.29mm d3=2.03mm l4=5.31mm d3=1.92mm
中频输入输出端口采用SMA接头 发射端口接标准BJ320 波导 接口与电路平面垂直且位置固定 功耗<25W 外形尺寸105.8mm×88.7mm×20mm 气密性良好
收发TTL电平（ TTL1） 置“1”
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。
毫米波窄带滤波器的设计
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：① 工作波长越短体积越小。 ② 与其他平面电路集成方便。
缺点：① Ｑ值低，矩形度不好。 ② 有寄生通带，且高端不好。 ③在毫米波频段需要腔体屏蔽。 ④ 在宽频带下要求腔体不谐振很困难。 ⑤ 损耗大且不易调谐。
TR组件知识讲解
4.响应时间：表征信号隔离器的反应速度。
5.绝缘电阻：内部电源与外壳之间隔离直流作用的数值化表征。
6.负载电阻：反映了信号隔离器的带载能力。
开关电路
一般称为天线收发模块应用在收发器，其功能是在发送状态将天 线和发射器进行连接，而在接受状态时，将天线与接收器进行连 接。
PIN二极管作为一个基本单元在这些开关中的使用时，他们就会比 电子-机械开关提供更高的可靠性，更好的机械强度和更快的开关速 度。
电压驻波系数：电压驻波系数仅仅反映端口输入输出匹配情况。端口电 压驻波系数最小，开关的损耗不一定最小；但是差损最小的开关其电压驻 波系数肯定小。 谐波：PIN二极管具有非线性，因此会产生谐波，当应用于较宽的场合时， 谐波可能落入带内而无法滤除，所以要给予重视。
下图即是一个电子T-R开关的基本电路，由一个与发射器串联 的PIN二极管，和一个并联在距离天线-TX-RX节点1/4波长位 置的二极管组成。
有源相控阵雷达的TR组件位于天线和 信号合成／分解网络之间，其主要功 能
是根据外部控制信号对微波信号进行放 大、移相和衰减。
指标：
• 频率范围 • 发射功率 • 发射增益 • 接收增益 • 收发隔离度 • 噪声系数 • 效率 • 输入输出功率 • 衰减范围，精度 • 相移范围，精度
世界先进水平的T/R产品
PIN二极管开关电路技术指标
插入损耗和隔离度：PIN管实际存在一定数值的电抗和损耗电阻， 因此开关在导通时衰减不为零，成为正向插入损耗，开关在断开时 其衰减也非无穷大，成为隔离度。二者时衡量开关的主要指标，一 般希望插入损耗小，而隔离度大。
开关时间：由于电荷的存储效应，PIN管从截止转变为导通状态，以及从 导通状态转变为截止状态都需要一个过程，这个过程所需要的时间成为开 关时间。 承受功率：在给定的工作条件下，微波开关所能承受的最大输入功率。
TR组件ppt
三、T/R组件的设计技术
四、T/R组件的制作和测试
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TR组件的概念
T/R是Transmitter and Receiver的缩写。
T/R组件通常意义下是指一个无线收发系 统中频与天线之间的部分，即T/R组件一 端接天线，一端接中频处理单元就构成 一个无线收发系统。
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背景意义
• 有源相控阵雷达技术是当今雷达的主流技术。 随着科技的不断发展，我们对其核心部件TR组 件在体积、电性能及可靠性方面提出了更高的 要求。TR组件是有源相控阵雷达的核心。在雷 达系统中，每一个天线单元都有一个TR组件与 之对应，因此一部雷达内有数千甚至上万个TR 组件。舰载和机载雷达系统对TR组件的体积和 能耗有着极为苛刻的要求，实现TR组件的小型 化具有相当重要的现实意义。
调幅接收机 的混频器
混频器的 主要指标：
增益 噪声 线性范围 失真 口间隔离 阻抗
-
有源混频器：
晶体三极管混频电路
i1
T1
＋
v1
－
＋
v2
－
i1 T1
Re
-VEE
单平衡混频电路
无源混频器：
二极管- 混频电路
二极管双平衡混频电路
振荡器
振荡器作为混频器的本振源，产生正弦波作为本振信 号送入混频器。
LC
-
2.精度：这是衡量一个信号隔离变送器质量的标尺。业内一般能 做到量程±0.2[%]。个别品牌如M-SYSTEM 、ACI等能做到 ±0.1[%]。 3温度系数：表示隔离器等仪表在环境温度发生变化时，精度的 变化情况。 大多情况下用百分数表示（也有用单位250ppm/K表 示的），如：M-SYSTEM温度系数±0.015[%]/℃（相当于
Ka波段毫米波TR组件[实用新型专利]
![Ka波段毫米波TR组件[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4b4969226d175f0e7cd184254b35eefdc8d315a9.png)
(10)授权公告号 CN 202050038 U(45)授权公告日 2011.11.23C N 202050038 U*CN202050038U*(21)申请号 201120065413.X(22)申请日 2011.03.14H01P 1/16(2006.01)H04B 1/38(2006.01)(73)专利权人南京才华科技集团有限公司地址210049 江苏省南京市栖霞区青马村263号(72)发明人张君 欧阳建伟 武永(74)专利代理机构南京天翼专利代理有限责任公司 32112代理人王鹏翔(54)实用新型名称Ka 波段毫米波TR 组件(57)摘要本实用新型公开了Ka 波段毫米波TR 组件，包括屏蔽盒体和设置在屏蔽盒体内的微波电路，所述微波电路包括：本振模块：三倍频器、高通滤波器和功分器；本振输入信号依次经三倍频器和高通滤波器后进入功分器，再由功分器输出两路信号；毫米波上变频模块：上混频器和上滤波放大电路；所述功分器的一路输出信号与发射中频输入信号在上混频器中混频后，经上滤波放大电路后，再经波导输出；毫米波下变频模块：下滤波放大电路和下混频器；波导输入的信号经下滤波放大电路得到的信号，与所述功分器的另一路输出信号在下混频器中混频后，即为接收中频输出信号。
本实用新型结构紧凑，容易调试，能有效地满足Ka 波段毫米波高速宽带无线收发系统的要求。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页1.Ka波段毫米波TR组件，其特征在于，包括屏蔽盒体和设置在屏蔽盒体内的微波电路，所述微波电路包括：本振模块：三倍频器、高通滤波器和功分器；本振输入信号依次经三倍频器和高通滤波器后进入功分器，再由功分器输出两路信号；毫米波上变频模块：上混频器和上滤波放大电路；所述功分器的一路输出信号与发射中频输入信号在上混频器中混频后，经上滤波放大电路后，再经波导输出；毫米波下变频模块：下滤波放大电路和下混频器；波导输入的信号经下滤波放大电路得到的信号，与所述功分器的另一路输出信号在下混频器中混频后，即为接收中频输出信号。
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逻辑电平控制与各功能模块的供电问题。
发射通路的方案选择
两次变频方案
× 2
Osc Transformer Amp 至接收本振
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。
基本工作原理
传统平面振幅和差单脉冲雷达原理
1 2 1 Σ 2
收发 开关 发射机
天线轴向 天线轴向 天线轴向
△
和差 比较器
混频器
中放 自动增 益控制 中放
自动距 离跟踪
相位 检波器 检波器 视放
1dB
P1dB=16.8dBm
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。
毫米波窄带滤波器的设计
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。
AMP
DEVICE=TGA1141-EPU MS21=17 P1DB=31dBm PSAT=33dBm
LO_receiver
t o r eceiver
HMC329——Hittite公司的双平衡混频器，25-40GHz HMC263——Hittite公司的低噪声放大器，24-36GHz AMMC-5040——Agilent公司的放大器，20-45GHz TGA1141-EPU——TriQuint公司的功率放大器，33-36 GHz TGS4302-EPU——TriQuint公司的单刀双掷开关，27-46GHz
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。
接收通路的方案选择
外差式高中频方案
ERA-5 (Mini) AM0381S1-00 (Alpha) ALH-369 (Northrop) TGS4302-EPU (Triquent)
AMP
DEVICE=AMMC-5040 MS21=22.4 MS11=-21 MS22=-13 P1DB=21dBm
AMP
DEVICE=TGA1141-EPU MS21=17 P1DB=31dBm PSAT=33dBm
to link
LO
AMP
DEVICE=AMMC-5040 MS21=22.4 MS11=-21 MS22=-13 P1DB=21dBm
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。
偶次谐波混频方案
至接收本振 SPDT1
Osc
Amp
Driver
HPA
差天线
TX
八次谐波混频器 Driver
SPDT2
和天线 Driver
无源谐波混频：
（滤波及匹配网络未示意）
HPA
SPDT3 至接收通路
VLO
VIF
损耗较大
VRF
有源谐波混频：
毫米波腔体滤波器
在毫米波频段较为常用的两种类型： 并联电感型 ① 契比雪夫函数型 E面金属膜片或鳍线型 一腔多膜式 —— 不同模式不同路径 ② 准椭圆函数型 交叉耦合式 —— 同一模式不同路径 K、J变换
并联电感型
-Φ
Z0
X 0
Z0
tan 1
2X Z0
K Z 0 tan |
和支路增益分析
设中频输入频率2.5GHz，中频输入功率0dBm，由Ansoft Designer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_Index PO2(format=delta_in_db) Budget_Index Bm(PO2(format=cum)) FD1 FD1 HMC329 -9.512489 HMC329 -9.512489 BPF -3.702709 BPF -13.215198 HMC263 20.130419 HMC263 6.915221 SPDT -1.517311 SPDT 5.397910 AMMC-5040 17.633958 AMMC-5040 23.031868 TGA1141-EPU 9.654422 TGA1141-EPU 32.686290 SPDT -1.500000 SPDT 31.186290 过渡 -0.50000 过渡 30.686290
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。
项目简介
整个系统以单脉冲和差体制工作，具体指标如下：
指标要求
中频输入频率2.2-2.6GHz 中频输入功率0dBm 为“0”
TTL电平控制
收发TTL电平（ TTL1）
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。
本振倍频链选片
×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。
输入频率C频段 输入功率2dBm 倍频次数为8 中频输入输出端口采用SMA接头 发射端口接标准BJ320 波导 接口与电路平面垂直且位置固定 功耗<25W 外形尺寸105.8mm×88.7mm×20mm 气密性良好
TTL电平控制
收发TTL电平（ TTL1）
置“1”
其他
使用背景
成对使用在车载雷达中；
中频输入频率2-3GHz，输入功率为0dBm的总增益预算
中频输入功率-0.5-10dBm，输入频率为2.5GHz时的总增益预算
发射支路的杂散分析
假设： ㈠ 混频器后没有滤波器，而是直接连到HMC263。
㈡ 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。
发射 和差 支路
输出频率Ka频段
工作频带外杂散抑制度>45dBc 发射输出功率>500mW 和差通道隔离度>40dB 和差通道转换时间<100ns
和差TTL电平（ TTL2）
“1” 发射和支路工作 “0” 发射差支路工作
指标要求 接收 支路 本振 倍频
接收中频频率2.2-2.6GHz 接收中频输出P1dB>10dBm 噪声系数<6dB 增益>25dB
IN LO
OUT
FL=35GHz FU=36GHz IL=5
AMP
DEVICE=HMC263 MS21=20 MS11=-10 MS22=-11 NF=2 P1DB=8dBm PSAT=10dBm
to link
DEVICE=HMC329 CONVGAINMAG=-9.5 NF=9.5 NRF=1 NLO=1
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。
T/R组件国内外动态国外发展 Nhomakorabea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0.15μm PHMET管工艺制造的 MMIC低噪声放大器、0.1μm PHMET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76.5 GHz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0.25μm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。
2
|
K X Z0 | | Z0 1 ( K )2 Z0
用膜片、销钉实现 K变换器
各谐振腔的长度 li 和膜片的 缝隙 di 分别为： 膜片厚0.5mm l1=4.50mm d1=3.77mm l2=4.15mm d2=2.48mm l3=5.29mm d3=2.03mm l4=5.31mm d3=1.92mm
AMP2—— HMMC5618 (Agilent)，增益≈14dB，6-20GHz。
AMP3—— AMMC-5040 (Agilent)，增益≈25dB ，20-45GHz
接收支路噪声系数和增益分析
MIXER
AMP
1 1.5 DEVICE=ALH369 MS21=20 MS11=-10 MS22=-11 NF=2 P1DB=8dBm PSAT=10dBm
IN LO
OUT
FL=2GHz FU=3GHz
AMP
DEVICE=ERA-5 MS21=18 PNUM=2 NF=4.3 RZ=50Ohm P1DB=18.4dBm IZ=0Ohm
PNUM=1 RZ=50Ohm IZ=0Ohm