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1、S波段AESA雷达系统的紧凑型瓦片组件2007年第2期电子工程信息S波段AESA雷达系统的紧凑型瓦片组件NiklasBillstrom,MattiasNilsson,PerWestling瑞典爱立信微波系统部摘要本文介绍了用于二维AESA阵列的S波段接收机组件的设计和校验.设计包括S波段芯片组和利用紧凑型瓦片(tile)结构的LTCC组件.即便其主要目的是进行系统验证,但也极其强调实现低成本和高可制造性组件这一概念.在2周内通过对120个组件的成功生产和充分测试证明了这一方法和概念.1引言小尺寸,轻重量和低成本微波组件
2、是下一代有源电扫天线(AESA)系统的一个关键器件.通过将主要的前端微波功能性集成到多功能MMIC中,并利用多层陶瓷基片,就研制出了紧凑型MCM.本报告描述了紧凑型S波段接收机组件(SRM)的要求,设计和测量结果.图1AESA验让设备的后视图.配有16个S波段接收组件采用瓦片结构在过去的3年间(2002年一2004年),爱立信微波系统部(EMW)一直从事一项叫做GENA(通用AESA验证设备)的技术验证计划,主要目的在于开发现代雷达系统有源天线领域下一代产品所必需的基本技术.有关GENA计划中发组件封装技术方面的更多信
3、息,请参见参考文献[1].在该计划中,已研制并生产出S波段AESA验证设备,见图1.该验证设备的目的是要对诸如AESA系统的校准概念,天线控制,性能和生产等领域进行评估.2功能性和框图SRM的主要框图如图2所示,它由前端限幅器,二级低噪声放大器,数字控制9位步进衰减器,信号放大和数字控制8位移相器组成.该组件可配置用于串行和并行指令.在串行模式下,有一个RAM缓冲器,用于控制数据以加速模式切换.为监控组件的温度,有一个温度传感器.主要要求见表1.表1S波段接收机组件的要求频段3.0.3.3GHz最大增益20dB增益控制
4、34dB,orA-<0.03dB相移360一LSB.,A<O.8.20dB增益时的lP3(输入)>.15dBm20dB增益时的噪声系数<3.5dB传感器H;ekeTnk■CHANSTRMCCS2i输入[>rr彳1.限幅器L/厂LJ(MMIC)(MMIC)3dB(MMIC)?(蔡晓睿译,张涛校)图2S波段接收机组件的主要框图出电子工程信息3S波段MMIC芯fi-tlt在S波段芯片组中基本实现-r所有功能.芯片组由3个MMIC组成,MMIC由爱立信公司利用标准0.2mPHEMT工艺设计.有关G
5、ENA计划中芯片设计的更多信息,请参见参考文献[2].每个MMIC的功能示于图2的虚线内.芯片组具有如下一些重要特点:?9位衰减器,>36dB?8位移相器,360.?二级低噪声放大器?通用支脚收发开关,用于高度隔离?集成1TL变换器SRM还包括有利用单级PIN二极管的限幅器功能和用于监控组件温度的温度传感器.图3表示利用通用支脚拓扑的TRMCCS2芯片,它包括收发开关,移相器和缓冲放大器.TRM.CCS2芯片只有接收功能用于SRM.图3TICCs2芯片8位移相器,收/发开关和放大器(4.O×3.3mm)4基片和封
6、装一项重要的初始决策是选择组件的结构.对于本系统,选择"瓦片"概念用于组件级和系统级瓦片结构的评估.这种组件的一种合适的基片材料是低温共烧陶瓷(LTCC).LTCC提供了非常灵活的多层结构的可能性,这种多层结构能够使嵌入式传输线实现高信号集成度.基片通过带有混合金属系,即组件内部和底部为银系的4个951一AX带构成.在基片的顶面具有后烧金系,用于线缆接合.基片的背面用粘性膜将低成本铝载体粘在一起.CTE的失配(CTEu℃c:5.9和CTE^l=23.2)是不关心的,因为用于本验证设备的组件只需要管理高达+45.的室温.
7、如果希望更高的温度范围,则应为载体选择匹配的CTE.为了将载体,基片和盖帽对准,在载体内安装有引导脚,防止在贴盖帽时无意损坏裸心和接合线.图4带腔体盖帽的SRMS波段MCM为了降低组件成本,基片腔内没有放MMIC,因为这会加大成本,而且采用混合金属系来使成本最小化.MMIC利用线缆接合与微带线相连,而MMIC间的射频传输线为带状线.SRM是单层瓦片组件.这类组件按图1并排放在一个6X16的有源组件阵列中,其尺寸由天线单元间的间隔决定.在本例情况下,它为40X46mm.组件的厚度为6.9mm.为了获得MMIC问的高隔离度
8、,盖帽钻有空腔,每个空腔用一个导电弹性垫圈屏蔽.当盖帽与载体紧紧固定在一起时垫圈就被压缩,见图5.采用不锈钢SMP接头用于射频信号,SMD26针LCP接头用于电源和控制信号.图5SRM的横截面5装配和测试设计MCM用于自动装配和测试.在2个星期内装配和测试了120个组件.装配和测试是在EMW进行的.我们获得了80%的一次通过率,这
