连智富

（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北 石家庄 050051）

0 引 言

毫米波雷达具有频率高、波长短、频带宽、体积小、重量轻、隐蔽性以及机动性好等特点，在军事领域具有非常光明的应用前景。和微波频段比较，毫米波频段增益较大、波束宽度较窄，为了得到给定的增益和窄波束，可以采用尺寸较小的天线。目前，毫米波T/R 组件经历了几代产品的演变，正在向小型化、高集成度的方向发展，提高导引头的集成度是各研制单位亟需解决的问题。传统的毫米波T/R 组件采用毫米波信号电路和电源控制电路上下腔设计，通过穿墙绝缘子互联。为提高集成度设计，多采用低温共烧陶瓷 技 术（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）进行多层布线一体化设计，焊接于单层腔体中，选用多功能芯片，以2 片或3 片单芯片完成整个单通道的T/R 组件功能[1,2]。

本文设计了一种Ka 波段八通道双极化T/R 组件，为实现天线的一体化设计，组件天线口采用绝缘子设计，与天线底馈焊接；为提高隔离度，2 种极化采用2 个腔体结构装配；组件上下腔内均采用微波多层混压板，顶层高频微波板传输射频信号以及贴装器件，下面几层传输低频控制信号。内置2 000 μF 的储能电容，解决发射顶降，H 极化窄腔体，增大功放热容。整个组件具有加工周期短、尺寸小以及成本低的优势。

1 T/R 组件与天线一体化设计

1.1 工作原理

毫米波八通道双极化T/R 组件集成微带天线由4 个一分四功分器（12 个一分二功分器实现）、8 个收发通道、8 个接收通道、微带天线、电源处理以及控制单元组成，其中4 个通道的原理如图1 所示。组件采用V 极化收发，H 极化接收，接收同时工作的双极化工作体制。每个收发通道共用数控移相衰减器、环形器以及单刀双掷（Single Pole Double Throw，SPDT）开关，发射通道包含低噪声放大器、驱动放大器，接收通道包含限幅器、低噪声放大器和数控衰减器，结合开关和环形器实现收发复用功能，完成接收信号的高灵敏接收及规定功率的信号发射。

图1 毫米波八通道双极化T/R 组件集成微带天线原理

1.2 H/V 极化高隔离度设计

为保证系统的性能指标，同时为了简化有源阵面的复杂度，结合阵面的散热特点，设计的T/R 组件中V 极化收发，H 极化接收，二者同时工作时，需要提高雷达的抗干扰特性，隔离度显得尤为重要。双极化组件中，2 路接收同时工作，接收通道的极化隔离是该组件设计中的难点。一个组件盒体内部每路接收通道的低噪声放大器增益很高，通道间的微弱耦合将被低噪声放大器放大后输出，严重影响组件的接收极化隔离指标。实际的试验结果表明，在未采用设计措施的情况下，双极化T/R 组件的接收极化隔离指标只有17 ～20 dB，有文献报道采用“模块化分腔”的方法，解决接收通道极化难题。在基板上进行微波封装电路设计，并通过在基板表面焊接环形金属围框进行隔离，每个围框通过封盖工艺进行密封，实现腔体间的电磁屏蔽，隔离度大于35 dB[3,4]。本文采用高度集成多层混压板，经过优化设计仿真与试验，提出一种正反面分腔的方法，解决隔离度难题，2 种极化采用2个腔体结构装配，实现物理上完全隔离，如图2 所示。同极化间距为6.5 mm，组件绝缘子异极化间隔为1.65 mm×3.25 mm。采用该设计方案后，经测试，接收通道的隔离度大于40 dB。口多采用SSMP 系列射频同轴连接器，不易实现与天线的一体化设计。文章从小型化上考虑，T/R 组件天线口采用绝缘子形式，天线采用H 型槽耦合馈电设计。图3（a）为4 层混压板+双面板的H 型槽耦合馈电天线，图3（b）是集成天线的T/R 组件。采用低温焊接形式，将天线与T/R 组件焊接在一起，减小导引头轴向长度，实现毫米波导引头高集成设计。由于T/R 组件天线口采用2 排共16 芯绝缘子输出，绝缘子数量多，装配难度极大，如何避免焊接空洞率及短路是实现该项目的关键。工艺装配时采用专用夹具进行同心度校准，天线烧结到盒体上，再与绝缘子焊接，通过优化焊接工艺，采用焊料球控制焊料量等方式，最终实现了T/R 组件与天线一体化设计的可生产化[5]。

图2 2 种极化分腔隔离度设计

图3 T/R 组件与天线实物

1.3 天线与组件集成化设计

微带天线具有剖面薄、体积小、重量轻、易共形、容易实现双极化、便于与T/R 组件进行集成设计的特点。T/R 组件与天线连接常见的方法有3 种：电缆连接、KK 连接、绝缘子底馈焊接。其中组件与天线之间通过电缆连接，尺寸大，成本高；组件与天线之间通过KK 连接，尺寸较大，成本较高；绝缘子与天线焊接，尺寸小，成本低。常规的T/R 组件对外接

2 测试夹具设计

该T/R组件设计在小型化、低成本上均具备优势。由于组件天线口采用绝缘子设计，在与天线焊接之前，需要对T/R 组件进行测试。常规测试夹具针对单排少通道的绝缘子设计，典型过渡为微带-同轴-微带-同轴的测试方法，绝缘子焊接或压接到50 Ω 的微带线上，再转换到射频同轴连接器进行测试，夹具重复利用率低，测试工作量大。该项目的双排绝缘子测试为首次设计，国内外没有查到相关文献。为保证测试夹具与T/R 组件无缝隙连接（连续地设计），提出16 针WMP 盲插半擒纵浮动测试方法，具体如图4 所示。其优点是测试简单、重复利用率高以及测试效率高，单通道插拔可达到500 次以上。

图4 双排绝缘子测试夹具

3 研制结果

该八通道双极化T/R 组件的尺寸为58 mm×60 mm×6.5 mm，产品实物如图5 所示，组件测试结果满足协议要求，集成天线后测试一致性较好。目前雷达已完成方向图扫描和毫米波天线罩试验，典型测试曲线如图6 所示。

图5 T/R 组件研制产品

图6 测试曲线

4 结 论

本设计组件具有带宽大、性能优、成本低以及尺寸小的特点，与天线一体化设计集成度高，雷达性能好，是高频比较理想的连接方式。WMP 盲插半擒纵浮动测试提供双排绝缘子最优的测试方案。在后续进行超薄型高功率双极化T/R 组件的设计时，以便于雷达增加冷板设计。