一种多通道宽带延时放大组件的设计研究

王连贵 雷兴旺 沈亮 顾江川

摘 要 本文主要介绍了一种多通道宽带延时放大组件的工作原理、设计仿真以及实现。实际制作出的延时组件具有多通道集成、高延时精度、大宽带以及小型化的特点，产品满足高性能、高可靠性的需求，具有易于批量生产的特点。

关键词 延时组件;多通道;宽带;共面波导

引言

目前，相控阵雷达宽带化成为发展的趋势。宽带雷达具有精度高、抗干扰能力强等优点，但雷达瞬时带宽的提高，会产生宽带大扫描角度带来的波束空间指向色散问题。在相控阵天线的宽角扫描情况下，要获得大的瞬时信号带宽方法之一就是在阵列各单元或各子天线阵级别上采用实时延时线[1]。

由于延时线的插损较大，在实际工程使用中往往需要在电路中加入微波功率放大的功能。另外，由于微波信号在共面波导中传输的色散低于其他类型的平面传输，因此本次设计采用共面波导形式实现微波信号的延时放大。本次研究旨在探索延时组件的超宽带、高精度、大延时的技术，解决宽带雷达色散问题。

1组件设计

1.1 电路原理

本项目研制的延时组件工作频率高，单元间距较小，主要完成射频信号的延时、低噪声放大、功率合成及发射信号功率放大等功能。

为了实现多通道、宽带、大延时组件的小型化设计，本方案采用多通道集成的方式。延时组件内采用一个一分四Wilkinson功分器[2]，功分器为接收、发射共用。发射与接收同频分时工作，即发射的时候不接收，接收的时候不发射。发射时，将一路发射信号功分为四路，分别进行延时、功率放大后，经收发环形器输出至天线端。接收时，信号经收发环形器进入接收通道，通过限幅、放大和延时后，经四合一功率合成网络将信号合为一路，送入下一级电路。

组件单通道集成电原理图如图1所示。

1.2 设计仿真

开关延时线的原理如图2所示，每位延时单元由2个FET开关和2条微波传输线组成[3]，通过FET开关在2路不同的传输线之间切换，得到不同的相移量，产生射频信号相位差[4]：

式中：为相位常数，为相速，f为频率，和为两条不同通路的传输线长度[4]。

此次研制采用共面波导（CPWG）微带线传输形式，实现了0.5λ，1λ，2λ，4λ，4λ，8λ共19.5λ长度的延时。介质基板采用Rogers5880板（介电常数2.2，厚度0.127mm），理论计算各延时传输线在中心频点处的长度分别为L0mm、2*L0mm、4*L0mm、8*L0mm、8*L0mm、16*L0mm。其中L0mm延时线的仿真结果如图3所示，由图可知，相位在中心频点f0处的相位约为0°，在（f0±X）GHz处的相位对称，带状线结构的线性度较好。

1.3 关键指标计算

延时组件接收支路链路指标计算如表1所示，组件单通道增益理论值22dB，噪声理论值2.79dB。

延时组件发射支路工作时，以占空比20%计算组件功耗：其中公共电路0.3W，单通道发射驱放0.25W，接收支路0.8W，功放输出32.5dBm（1.78W）功率时，功耗5W。理论计算多通道延时组件在占空比20%时，效率为17%。

2测试结果

根据以上设计，最终研制出的多通道延时放大组件实物如图4所示，实测值如表2所示。

如表可知，延时放大组件接收增益≥23.2dB，噪声系数≤2.5dB，延时误差≤2.5%，饱和输出功率≥32.6dBm。

3结束语

本文介绍了一种多通道宽带延时放大组件的设计方法，最终研制的T/R组件可实现共19.5λ的延时放大，延时误差小于3%，通道间一致性小于±1dB，接收链路增益大于23dB，发射饱和输出功率大于32.7dBm。尺寸为125mm×110mm×10mm，重量小于240g。经过测试，满足实际应用要求。

参考文献

[1] MOESSINGER R，MARIN R，MUELLER S，et al. Electronically reconfigurable reflectarrays with nematic liquid crystals [J]. Electronics Letters，2006，42（16）：899-900.

[2] E.Wilkinson.An N-Way Hybrid Power Divider[J]. IRE Trans.on Microwave Theory and Techniques，1960（8）：116-118.

[3] Hu W，ISMAIL M Y，CAHILL R，et al. Liquid-crystal-based reflectarray antenna with electronically switchable monopulse patterns [J]. Electronics Letters，2007，43（14）：744-745.

[4] 劉晓莉，于明红.基于LTCC技术的大延迟收发组件[J].现代电子技术，2015，38（15）：66-68.

作者简介

王连贵（1990-），男，安徽淮南人;学历：硕士学位，职称：工程师，现就职单位：中国电子科技集团公司第五十五研究所，研究方向：微波电路设计。