專利名稱：：毫米波射頻收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于毫米波
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為一種毫米波射頻收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
：導彈尋的制導使用的導引頭主要有光電導引頭、微波導引頭、毫米波導引頭等類型，由于毫米波導引頭具有靈敏度高、分辨力好，抗干擾性能強等特點，加之毫米波制導系統(tǒng)受導彈飛行中形成的等離子體的影響較小，同時兼有紅外和微波的優(yōu)點，因此國外先進的導彈末制導都采用了毫米波精確制導系統(tǒng)。毫米波尋的制導技術(shù)的研究始于20世紀70年代末，現(xiàn)在西方國家不僅在頻率上覆蓋了整個毫米波段，而且建立了從器件到導引頭的研制生產(chǎn)、測試試驗的完整研究體制。毫米波制導技術(shù)經(jīng)常應用在多模復合制導中，多模制導模式可以根據(jù)干擾情況自動切換制導模式，美國的"黃蜂"、"戰(zhàn)斧"等導彈均采用毫米波與紅外雙模制導系統(tǒng)。目前在毫米波
技術(shù)領(lǐng)域：
占主導地位的主要是西方軍事強國，我國在毫米波制導方面起步較晚，技術(shù)處于發(fā)展階段，隨著目前國內(nèi)毫米波技術(shù)能力的提升，我國彈載導引頭也從厘米波段向毫米波頻段發(fā)展，作為毫米波導引頭發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，高性能的專用測試儀器"毫米波信號模擬器"的性能水準就顯得尤為重要，特別是其射頻部分的技術(shù)指標直接關(guān)系到毫米波精確制導系統(tǒng)的測試手段是否完備和準確。毫米波信號模擬器主要包括毫米波信號收發(fā)裝置，作為專用測試設(shè)備的毫米波模擬信號源，毫米波信號收發(fā)裝置需要滿足高精度、信號穩(wěn)定等技術(shù)指標，目前國內(nèi)現(xiàn)有的毫米波收發(fā)裝置在性能指標上仍有待改進，并且單個裝置不能實現(xiàn)多種信號源，需要具有高精度性能水平的毫米波信號收發(fā)裝置填補國內(nèi)毫米波制導系統(tǒng)的技術(shù)空白。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有毫米波收發(fā)裝置在性能指標上仍有待改進，并且單個裝置不能實現(xiàn)多種信號源，需要具有高精度性能水平的毫米波信號收發(fā)裝置填補國內(nèi)毫米波制導系統(tǒng)的技術(shù)空白。本發(fā)明的技術(shù)方案是毫米波射頻收發(fā)裝置，發(fā)射裝置包括毫米波諧波上變頻、毫米波穩(wěn)幅放大和毫米波信號調(diào)制混合三個模塊，接收裝置包括毫米波諧波下變頻、穩(wěn)幅4放大兩個模塊；信號經(jīng)發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊變頻后輸入毫米波穩(wěn)幅放大模塊，毫米波穩(wěn)幅放大模塊的輸出連接毫米波信號調(diào)制混合模塊的輸入，毫米波信號調(diào)制混合模塊將信號分為兩路分別進行調(diào)制和衰減，單獨一路輸出為單脈沖調(diào)制信號，兩路合路輸出混合脈沖調(diào)制信號。本發(fā)明發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊為鰭線平衡混頻器電路；毫米波穩(wěn)幅放大模塊采用飽和放大電路。毫米波信號調(diào)制混合模塊采用魔T分路器將信號分為兩路分別進行調(diào)制和衰減，其中一路信號衰減后輸入高隔離單刀雙開關(guān)，高隔離單刀雙開關(guān)一路輸出連接魔T合路器；另一路信號衰減后輸入魔T合路器，高隔離單刀雙開關(guān)選擇單獨一路輸出單脈沖調(diào)制信號或魔T合路器輸出混合脈沖調(diào)制信號。其中高隔離單刀雙開關(guān)為二極管串并聯(lián)電路，利用串聯(lián)二極管衰減時的低通特性互補波導傳輸?shù)母咄ㄌ匦?，不僅實現(xiàn)大的隔離度，同時抑制了前面毫米波穩(wěn)幅放大模塊中產(chǎn)生的高次諧波，減小了大衰減輸出時高次諧波對儀器計量的影響。毫米波信號調(diào)制混合模塊的調(diào)制器為三腔六級GaAs二極管并聯(lián)電路形式，每兩級GaAs二極管分為一腔，三腔隔離。毫米波信號調(diào)制混合模塊的衰減器采用n型網(wǎng)絡進行濾波，波導與微帶的轉(zhuǎn)換采用探針耦合，衰減器電流為隔離度最大時的工作電流。本發(fā)明發(fā)射裝置各模塊，發(fā)射裝置毫米波信號調(diào)制混合模塊的各功能部分位于不同的金屬腔體內(nèi)，腔體縫隙放置毫米波吸收材料。由于毫米波頻段色散效應的影響遠大于微波頻段，同時其波長短極易諧振，因而加大了在毫米波頻段實現(xiàn)高性能模擬信號的難度。本發(fā)明采用了多腔電路設(shè)計有效遏制毫米波頻段色散效應和電磁串擾及諧振對信號大動態(tài)衰減和信號調(diào)制深度的影響，產(chǎn)生的毫米波脈沖信號調(diào)制深度大于90dB，前后沿小于8ns，并具有大于90dB的大動態(tài)數(shù)控精確衰減。本發(fā)明毫米波射頻收發(fā)裝置的發(fā)射裝置可產(chǎn)生兩路毫米波模擬信號，一路輸出單脈沖調(diào)制信號，另一路可輸出單脈沖調(diào)制或混合脈沖調(diào)制兩種信號，用于毫米波雷達及復雜通信信號的收發(fā)各參數(shù)指標的測試。發(fā)射裝置的毫米波穩(wěn)幅放大模塊使發(fā)射裝置在-1060'C溫度范圍內(nèi)的輸出信號各態(tài)幅度的溫度穩(wěn)定性得到大幅提高，便于對雷達接收機進行精確測量；發(fā)射裝置的毫米波信號調(diào)制混合模塊可實現(xiàn)毫米波雷達不同距離多普勒回波信號的模擬，產(chǎn)生的毫米波脈沖前后沿小于8ns，100ns窄脈沖下不失真(過沖不大于10%)，具有大于90dB的大動態(tài)數(shù)控精確衰減；接收裝置保證在40dB動態(tài)測試范圍內(nèi)脈沖不失真(過沖不大于10%)，便于測頻和脈沖分析；本發(fā)明易于實現(xiàn)，采用的各器件成本低，裝置尺寸小、便于攜帶。圖1為本發(fā)明毫米波射頻發(fā)射裝置原理圖。圖2為本發(fā)明毫米波射頻接收裝置原理圖。圖3為本發(fā)明發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊原理框圖。圖4為本發(fā)明發(fā)射裝置的毫米波穩(wěn)幅放大模塊原理框圖。圖5為本發(fā)明發(fā)射裝置的高隔離單刀雙開關(guān)電路原理圖。圖6為本發(fā)明魔T結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明毫米波信號調(diào)制混合模塊的調(diào)制器的電路原理圖。圖8為本發(fā)明毫米波信號調(diào)制混合模塊的衰減器的電路原理圖。具體實施例方式如圖1和圖2，本發(fā)明毫米波射頻收發(fā)裝置的發(fā)射裝置包括毫米波諧波上變頻、毫米波穩(wěn)幅放大和毫米波信號調(diào)制混合三個模塊，接收裝置包括毫米波諧波下變頻、穩(wěn)幅放大兩個模塊；信號經(jīng)發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊變頻后輸入毫米波穩(wěn)幅放大模塊，毫米波穩(wěn)幅放大模塊的輸出連接毫米波信號調(diào)制混合模塊的輸入，毫米波信號調(diào)制混合模塊采用魔T分路器將信號分為兩路，根據(jù)外部信號處理的控制信號分別進行相應的調(diào)制和衰減，實現(xiàn)毫米波雷達不同距離多普勒回波信號的模擬，其中一路信號衰減后輸入高隔離單刀雙開關(guān)，高隔離單刀雙開關(guān)連接魔T合路器，另一路信號衰減后輸入魔T合路器，高隔離單刀雙開關(guān)選擇單獨一路輸出單脈沖調(diào)制信號或魔T合路器輸出混合脈沖調(diào)制信號。本發(fā)明毫米波射頻收發(fā)裝置采用毫米波諧波上/下變頻，將厘米波段功能擴展到毫米波頻段，這樣可充分利用現(xiàn)有成熟的厘米波段的技術(shù)和資源，降低毫米波信號模擬器的成本。本發(fā)明發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊工作原理框圖如圖3，其中四次諧波混頻器技術(shù)要求為中頻頻率C波段；本振頻率X波段；輸出頻率Ka波段；上變頻器選用鰭線平衡混頻器電路形式，它具有寬頻帶、高中頻、易與波導連接等優(yōu)點，采用微組裝工藝技術(shù)實現(xiàn)。國外從80年代中期開始，出現(xiàn)了懸置帶線、鰭線、介質(zhì)波導等結(jié)構(gòu)形式的混頻器，但應用最多的還是鰭線結(jié)構(gòu)，因為它結(jié)構(gòu)緊湊，既有平面電路的特點，又可以和波導方便的連接，電路形式是信號通過對稱鰭線饋給一對混頻二極管，本振通過鰭線-共面線過渡傳輸?shù)交祛l二極管上，運用場分析優(yōu)化、電路阻抗匹配進行綜合設(shè)計，獲得較好的混頻特性。本發(fā)明發(fā)射裝置采用了毫米波穩(wěn)幅放大技術(shù)，使發(fā)射裝置在-1060'C溫度范圍內(nèi)的輸出信號各態(tài)幅度的溫度穩(wěn)定性得到大幅提高，便于對雷達接收機進行精確測量。穩(wěn)幅放大可以采用AGC增益控制電路和飽和放大電路兩種方式，考慮到脈沖信號在AGC電路中容易產(chǎn)生脈沖過沖的問題，本發(fā)明采用飽和放大電路形式，本發(fā)明發(fā)射裝置的毫米波穩(wěn)幅放大模塊工作原理方框圖如圖4，AMP表示放大器，BPF為濾波器，電路選用多級單片微波集成電路MMIC芯片，滿足增益、輸出功率要求，確保在最小輸入功率情況下，最后一級放大器工作于飽和狀態(tài)，從而實現(xiàn)穩(wěn)幅功能，在脈沖工作時，脈沖的頂部也不會出現(xiàn)過沖，電路采用微組裝工藝技術(shù)實現(xiàn)。發(fā)射裝置的毫米波信號調(diào)制混合模塊中，高隔離單刀雙開關(guān)為二極管串并聯(lián)電路，具有較大的隔離度，如圖5，利用串聯(lián)二極管衰減時的低通特性互補波導傳輸?shù)母咄ㄌ匦?，不僅實現(xiàn)大的隔離度，同時抑制了前面毫米波穩(wěn)幅放大模塊中產(chǎn)生的高次諧波，減小了大衰減輸出時高次諧波對儀器計量的影響。毫米波信號調(diào)制混合模塊中的魔T分路器和魔T合路器實際均為魔T，魔T是一種3dB定向耦合器，具有較高的隔離度，色散效應影響弱，常用于功率分配器，如圖6，它由ET和HT接頭合并而成，在接頭內(nèi)部加上匹配裝置，經(jīng)HFSS計算機場分析軟件優(yōu)化，使各路反射消失，達到最佳效果。因為在ET分支和HT分支與主波導連接處尺寸突變，所以有高次模式產(chǎn)生和出現(xiàn)反射波，如欲消除反射，可在雙T接頭內(nèi)部放入一些電抗元件，產(chǎn)生新的反射，使其與雙T接頭的不連續(xù)性產(chǎn)生的反射互相抵消，從而獲得匹配，放入的電抗元件，應不致破壞雙T的對稱性。本發(fā)明釆用的匹配元件是一個金屬圓錐體，它充當了一個E臂的功率分配器；90度E面的彎曲；以及四分之一波長的阻抗變換器，適當調(diào)整其頂部的金屬圓桿可以在H臂達到匹配，E臂端口的匹配由粘貼吸收材料來實現(xiàn)。該魔1在±10%頻帶內(nèi)，駐波比小于l.15。毫米波信號調(diào)制混合模塊的調(diào)制器為三腔六級GaAs二極管并聯(lián)電路形式,如圖7，每兩級GaAs二極管分為一腔，三腔隔離。利用GaAs器件的高速特性可實現(xiàn)前后沿小于5ns,100ns的毫米波窄脈沖，同時采用ADS優(yōu)化設(shè)計和HFSS場分析通過分腔設(shè)計，有效遏制毫米波頻段色散效應和電磁串擾對調(diào)制深度的影響，最終可獲得大于90dB調(diào)制深度的毫米波脈沖信號。本發(fā)明毫米波信號調(diào)制混合模塊的衰減器如圖8。為了對不同距離的多普勒回波信號進行模擬，要求發(fā)射系統(tǒng)具有較大的動態(tài)范圍，實現(xiàn)在輸出-80+10dB(90dB)范圍內(nèi)的精確衰減，同時為便于對接收信號進行精確測量，要求大衰減狀態(tài)下輸出信號幅度的溫度穩(wěn)定性。影響毫米波衰減隔離度的主要因素有以下幾方面器件工作點；主傳輸通路與直流通路的隔離；腔體的微波屏蔽性能。對此，本發(fā)明采用了如下措施-1)選擇恰當?shù)乃p器件和設(shè)計優(yōu)良的電路拓撲器件的最佳工作點會影響其最大隔離度，由于衰減器使用的芯片為電流器件，可以調(diào)節(jié)芯片電流為隔離度最大時的工作電流，從而進一步增大最大衰減量；2)微波與直流的隔離由于直流通路直接與微波通路相連，雖然直流傳輸線Q值對于微波來說極低，如果不做濾波處理，仍然會有少量的微波從直流通路泄漏，對于大衰減隔離度這樣的指標，這種程度的泄漏也是不可忽略的，采用n型網(wǎng)絡進行有效濾波是必須進行的工作，另外選用探針耦合的方法設(shè)計波導與微帶轉(zhuǎn)換，利用波導的高通性實現(xiàn)微波與直流的隔離；3)加強腔體間的屏蔽，增大衰減隔離度毫米波寄生效應非常明顯，腔體的來回反射也會形成微波振蕩，不合理的腔體結(jié)構(gòu)極易形成微波諧振，嚴重影響衰減性能。本發(fā)明采用分腔設(shè)計，腔體內(nèi)部距離小于該頻率的截止波長，將各器件分置于不同的腔體中，金屬導體的屏蔽作用使得空間串擾得到有效遏制，有效提高了隔離度。由于盒體安裝過程中不可避免會有少量的縫隙，放置少量毫米波吸收材料，可以抑制這些縫隙產(chǎn)生的毫米波諧振。為使整個發(fā)射裝置能有效遏制毫米波頻段色散效應和電磁串擾，以及諧振對信號大動態(tài)衰減和信號調(diào)制深度的影響，本發(fā)明發(fā)射裝置各模塊，發(fā)射裝置毫米波信號調(diào)制混合模塊的各功能部分位于不同的金屬腔體內(nèi)，腔體縫隙放置毫米波吸收材料。表1為本發(fā)明輸出功率的測試結(jié)果，變頻放大后的信號經(jīng)毫米波信號調(diào)制混合模塊的魔T分路器分為A、B兩路，A路調(diào)制衰減后輸入高隔離單刀雙開關(guān)，B路調(diào)制衰減后輸入魔T合路器。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其中FLO表示本振頻率，F(xiàn)IF表示中頻頻率。從表1可看出本發(fā)明毫米波射頻收發(fā)裝置的A路、B路輸出功率均大于10dBm，A+B路輸出功率大于8dBm。表2為A路、A+B路和B路在不同輸入頻率下的調(diào)制深度、衰減度測試結(jié)果。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表2可看出本發(fā)明毫米波射頻收發(fā)裝置的毫米波脈沖信號調(diào)制深度大于90dB，并具有大于90dB的大動態(tài)數(shù)控精確衰減。權(quán)利要求1、毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是發(fā)射裝置包括毫米波諧波上變頻、毫米波穩(wěn)幅放大和毫米波信號調(diào)制混合三個模塊，接收裝置包括毫米波諧波下變頻、穩(wěn)幅放大兩個模塊；信號經(jīng)發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊變頻后輸入毫米波穩(wěn)幅放大模塊，毫米波穩(wěn)幅放大模塊的輸出連接毫米波信號調(diào)制混合模塊的輸入，毫米波信號調(diào)制混合模塊將信號分為兩路分別進行調(diào)制和衰減，單獨一路輸出為單脈沖調(diào)制信號，兩路合路輸出混合脈沖調(diào)制信號。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是發(fā)射裝置的毫米波諧波上變頻模塊為鰭線平衡混頻器電路；毫米波穩(wěn)幅放大模塊采用飽和放大電路。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是毫米波信號調(diào)制混合模塊采用魔T分路器將信號分為兩路分別進行調(diào)制和衰減，其中一路信號衰減后輸入高隔離單刀雙開關(guān)，所述高隔離單刀雙開關(guān)為二極管串并聯(lián)電路，高隔離單刀雙開關(guān)一路輸出連接魔T合路器；另一路信號衰減后輸入魔T合路器，高隔離單刀雙開關(guān)選擇單獨一路輸出單脈沖調(diào)制信號或魔T合路器輸出混合脈沖調(diào)制信號。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是毫米波信號調(diào)制混合模塊的調(diào)制器為三腔六級GaAs二極管并聯(lián)電路形式，每兩級GaAs二極管分為一腔，三腔隔離；毫米波信號調(diào)制混合模塊的衰減器采用ii型網(wǎng)絡進行濾波，波導與微帶的轉(zhuǎn)換釆用探針耦合，衰減器電流為隔離度最大時的工作電流。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是毫米波信號調(diào)制混合模塊的調(diào)制器為三腔六級GaAs二極管并聯(lián)電路形式，每兩級GaAs二極管分為一腔，三腔隔離；毫米波信號調(diào)制混合模塊的衰減器采用K型網(wǎng)絡進行濾波，波導與微帶的轉(zhuǎn)換采用探針耦合，衰減器電流為隔離度最大時的工作電流。6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是發(fā)射裝置各模塊，發(fā)射裝置毫米波信號調(diào)制混合模塊的各功能部分位于不同的金屬腔體內(nèi)，腔體縫隙放置毫米波吸收材料。7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是發(fā)射裝置各模塊，發(fā)射裝置毫米波信號調(diào)制混合模塊的各功能部分位于不同的金屬腔體內(nèi)，腔體縫隙放置毫米波吸收材料。8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是發(fā)射裝置各模塊，發(fā)射裝置毫米波信號調(diào)制混合模塊的各功能部分位于不同的金屬腔體內(nèi)，腔體縫隙放置毫米波吸收材料。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的毫米波射頻收發(fā)裝置，其特征是發(fā)射裝置各模塊，發(fā)射裝置毫米波信號調(diào)制混合模塊的各功能部分位于不同的金屬腔體內(nèi)，腔體縫隙放置毫米波吸收材料。全文摘要本發(fā)明發(fā)射裝置包括毫米波諧波上變頻、毫米波穩(wěn)幅放大和毫米波信號調(diào)制混合三個模塊，接收裝置包括毫米波諧波下變頻、穩(wěn)幅放大兩個模塊。本發(fā)明可產(chǎn)生單脈沖調(diào)制和混合脈沖調(diào)制兩種信號，用于毫米波雷達及復雜通信信號的收發(fā)各參數(shù)指標的測試；發(fā)射裝置的毫米波穩(wěn)幅放大模塊可提高輸出信號在-10～60℃各態(tài)幅度的溫度穩(wěn)定性，便于對雷達接收機進行精確測量；毫米波信號調(diào)制混合模塊可實現(xiàn)毫米波雷達不同距離多普勒回波信號的模擬，產(chǎn)生的毫米波脈沖前后沿小于8ns，100ns窄脈沖下不失真，具有大于90dB的大動態(tài)數(shù)控精確衰減；接收裝置保證在40dB動態(tài)測試范圍內(nèi)脈沖不失真，便于測頻和脈沖分析；本發(fā)明易于實現(xiàn)，采用的各器件成本低，裝置尺寸小、便于攜帶。文檔編號H04B1/38GK101262239SQ20081002445公開日2008年9月10日申請日期2008年3月21日優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日發(fā)明者劉墩文,毅孫,戚友琴,健王,王學芝,胡建凱,雍定超申請人:南京譽葆科技有限公司