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。
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。
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
一、环形器的基本原理
环形器的原理依然是磁场偏置铁氧体材料各向异性 特性。微波结构有微带式、波导式、带状线和同轴 式，其中以微带三端环形器用的最多，用铁氧体材 料作介质，上置导带结构，加恒定磁场，就具有环 行特性。如果改变偏置磁场的方向，环行方向就会 改变。
二、环形器的技术指标
频率范围 （GHZ） 正向损耗 ( DB ) 反向隔离 ( DB ) 驻波系数 反射功率 （W） 温度范围 （℃） 1.27—1.38 ≤0.3dB ≥23dB ≤1.2 100W -40℃～+80℃
指标如下：
TI:Hi-Perf WiMAX 802.16, 2.5-3.5GHz BTS RX/TX
TI:TRF2443
指标如下：
混频器
混频器是通信收发组件中重要的组成部件。在发射机中 一般用上混频，它将已调制的中频信号搬移到射频段。 接收机一般为下混频，它将接收到的射频信号搬移到中 频上。接收机的混频器位于LNA之后，将LNA输出的射 频信号通过与本振信号相乘变换为中频信号。
端的元件被大信号烧毁 ,以及减小扫频振
荡器和相位检测系统中的幅度调制等。
微波半导体二极管有三种现象可用于限幅:
• 1)整流 ,适用于低频 ,此类有整流二极管等。 • 2)电容随电压的变化 ,此类有变容二极管等。 • 3)射频电导调制现象。当 PIN二极管偏置于0V且输入高功率的 射频信号时 ,在PIN二极管中会出现这种现象:微波大电流在射频 信号的正半周内在P+、N+的边界注入 ,而当射频信号反向时 ,并 不是所有的注入全部退回 ,而是部分流入I区 ,几个周期后形成稳 态分布之后 ,通过 PIN管的射频信号达到较高衰减 (即限幅作 用 ) ,只允许一部分称之为“泄漏功率 ”的射频信号通过。利用 PIN二极管这一现象可制作微波限幅器 ,并且有利于制作较大耐 功率的微波限幅器。
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
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
移ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器
• 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。
数字
模拟
铁氧体
半导体或MEMS
反射型
传输型
环形耦合
混合耦合
开关型
负载线
开关网络
放大器型
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。
低噪声放大器
射频放大电路的主要技术指标：
功率放大器的主要指标
上图为MA-COM 公司的 MAAPGM0024-DIE型 功 放芯片外观图，右边是其装配示意图
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
衰减器
概述：从微波网络观点看， 电阻型衰减器是一个二 端口有耗微波网络。它 属于一种通过型微波元 件。接收机中对本振输 出功率进行控制，获得 最佳噪声系数和变频损 耗，达到最佳接收效果。 在微波接收机中，实现 自动增益控制，改善动 态范围。
衰减器实物图
技术指标
(1) 工作频带 (2) 电压驻波比 (3) 衰减动态范围和衰减平坦度 (4) 衰减步进和衰减精度 (5) 衰减附加相移 (6) 功率容量
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。
相控阵雷达T/R 组件
小组成员： 陈建峰 郭凤英 范小龙 李旭 吴建星 吴迎春 韦晨君
主要内容：
一、相控阵雷达T/R组件概述
T/R组件的概念 T/R组件的背景意义 T/R组件的主要指标
混频器 振荡器 环形器 隔离器 开关电路 低噪声放大器 衰减器 移相器 功率放大器 微波限幅器 滤波器
二、T/R组件中基本的微波元件
SAW 声表器件是在压电基片上采用微电子工艺技术制作叉指形电声换能器和反射器耦合器等， 利用基片材料的压电效应，通过输入叉指换能器(IDT)将电信号转换成声信号，并局限在基片 表面传播，输出IDT将声信号恢复成电信号，实现电-声-电的变换过程，完成电信号处理过程， 获得各种用途的电子器件。采用了先进微电子加工技术制造的声表面波器件，具有体积小、 重量轻、可靠性高、一致性好、多功能以及设计灵活等优点。
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。
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。 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。
晶 体 振 荡 器
负 阻 振 荡 器
负阻振荡器：
负阻振荡器主要是指采用负阻器件和谐振回路组成的 振荡器，利用负阻器件的负电阻效应与谐振回路中的 损耗正电阻相抵消，维持谐振回路的稳定振荡。常用 的负阻器件有隧道二极管，负阻振荡器常用在微波断。
环形器
环形器是一个多端口器件，其中电磁波的传输 只能沿单方向环行。 右图中，信号只能沿① → ② → ③ → ④ → ①方向 传输，反方向是隔离的。 在近代雷达和微波多路通信系统中都要用单 方向环行特性的器件。 例如，在收发设备共用一副天线的雷达系统 中常用环形器作双工器。
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
i1 T1
＋
i1 T1
v1
有源混频器：
－ ＋
v2
－
Re -VEE
晶体三极管混频电路
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
反馈振荡器：
LC 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。
开关电长度
开关电抗
四种常用移相器
l2
输入

输出
Y1 Y2
输入 输出
l1
开关线型
加载线型

Y2

偏置
jBn
jBn
jBn
jX n
输入
jX n
输出
输入
jX n
输出
jX n
jX n
jX n
jBn
jBn
jBn
高低通型（T型）
高低通型（PI型）
反射型
微波限幅器
• 微波限幅器作为一种重要的微波控制器 件被广泛应用于微波信号接收机等系统 中 ,常用于防止系统运行过程中信号接收
移相器
• 概述：移相器是一种二端口网络， 用于提供输出和输入信号之间的 相位差，可以用控制信号（直流 偏置）来控制。它是整个T/R组件 的重要组成部分，如相控雷达通 过电的方式控制天线孔径面上各 辐射单元的相位，以实现波束的 快速扫描，对辐射单元相位的控 制是通过电控移相器进行的。在 每个辐射单元背后,都接有一个电 控移相器，可用电的方法控制器 移相，从而使天线口面的相位产 生变化。
(d)开关型
(e) SPDT开关
衰减器用途
• 调节微波源输出功率电平：接收机中对本振输出功率进行控制， 获得最佳噪声系数和变频损耗，达到最佳接收效果。在微波接收 机中，实现自动增益控制，改善动态范围。 • 去耦元件：作为振荡器与负载之间的去耦元件，消除负载失配对 信号源的影响，这是保证微波系统稳定工作的重要措施。 • 用于雷达对抗干扰中的跳变衰减器：是一种衰减能量的可变衰减 器，平时不引起衰减，遇到外界干扰时，突然加大衰减。 • 有效抑制天线副瓣：对T/R模块幅度的调整就必须运用衰减器对 不同路径上的信号实现幅度控制和增益均衡。衰减器在自适应阵 列天线中,每路信号的幅度和相位通过放置在功率放大器前的衰减 器和移相器独立调节和控制，从而天线波束能够实现电扫描功能。