有源相控陣?yán)走_(dá)t2fr組件研制

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1、第一章緒論1．1課題背景以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1．1．1相控陣?yán)走_(dá)T／P,組件的研究背景自20世紀(jì)30年代雷達(dá)問世以來，雷達(dá)技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)中獲得了高速發(fā)展，但是為適應(yīng)地球衛(wèi)星及彈道導(dǎo)彈的要求，相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)在60年代獲得了很大發(fā)展【lH31。70年代，美國(guó)和歐洲等國(guó)研制出多種相控陣?yán)走_(dá)，但是成本太高；80年代后，相控陣?yán)走_(dá)才得到了迅速的發(fā)展；90年代以后，有源相控陣已成為相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展中的主流，大多雷達(dá)均采用了有源相控陣體制【4H6】。T／R組件的設(shè)計(jì)和制造是有源相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵技術(shù)之一【1卜10J。微波器件的發(fā)展極大地推動(dòng)了相控陣?yán)走_(dá)T／R組件的發(fā)展。第一部由雷聲公司制

2、造的有源固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)PavePaws，是采用分立元件或微波混合集成電路(HMIC)，早期的一般都是采用這種方法㈣；90年代以來，微波單片集成電路(MMIC)逐漸朝實(shí)用化方向發(fā)展，并開始在T／R組件上大量使用[12H15】，T／R組件的尺寸、重量、成本和可靠性得到很大提高。目前，含T／R組件數(shù)量最多的是戰(zhàn)區(qū)高空區(qū)域防御系統(tǒng)中的X波段UOES有源相控陣，有25344個(gè)T／R組件，該陣面有72個(gè)子陣，每個(gè)子陣有352個(gè)T／R組件。由此可見，在一部有源相控陣?yán)走_(dá)中，T／R組件的數(shù)量非常可觀，它既完成接收功能又完成發(fā)射任務(wù)，還對(duì)天線進(jìn)行相位掃描。因此，T／R組件是有源相控陣?yán)走_(dá)的核

3、心部件之一，其性能、可靠性、研制成本將直接影響到系統(tǒng)的成敗。1．1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，T／R組件的發(fā)展水平以美國(guó)最為先進(jìn)。美國(guó)的戰(zhàn)場(chǎng)高空區(qū)域防御系統(tǒng)(THHAD)的X波段地基相控陣?yán)走_(dá)使用了25344個(gè)T瓜組件，以及其火炮定位系統(tǒng)(CDBRA)的C波段地基相控陣?yán)走_(dá)，使用了2700個(gè)T／R組件，可以說有源陣就是用T／R組件堆砌起來的II酬。又如一部星載L波段有源陣用2～10萬個(gè)組件，S或C波段地基相控陣戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)通常由幾個(gè)面陣組成，每個(gè)也要1萬量級(jí)的組件戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)預(yù)警機(jī)所用組件也達(dá)上萬個(gè)。所以可以看出有源陣的實(shí)用化進(jìn)程將主要電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文取決于T／R組件的性能和價(jià)

4、格目標(biāo)的達(dá)到，這也是推動(dòng)T／R組件向小型化、輕量化、寬帶化、固態(tài)化和集成化發(fā)展的動(dòng)力。國(guó)內(nèi)在相控陣?yán)走_(dá)T／R組件方面，90年代中期以來也取得很大進(jìn)展【17】118】，由于國(guó)內(nèi)MMIC技術(shù)還不很成熟，基本還是以混合微波集成電路(HMIC)為主。目前移相器、低噪聲放大器、開關(guān)等，直至小功率的發(fā)射放大器，都可使用實(shí)現(xiàn)。高功率放大器主要由功率半導(dǎo)體器件，如硅雙極型功率晶體管及砷化嫁的功率管組成混合微波集成電路實(shí)現(xiàn)【191。國(guó)內(nèi)外對(duì)于T／R組件的研究一直沒有停過，目前，國(guó)內(nèi)在T／R組件主要以中電55所和38所最為先進(jìn)，基本都是以基于MCM技術(shù)的LTCCT／R為主，但是在T／R組件的生

5、產(chǎn)方面，尤其是在成本控制上，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的同等產(chǎn)品相比仍然有相當(dāng)大的差距。1．2有源相控陣?yán)走_(dá)的簡(jiǎn)述1．2．1有源相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展?fàn)顩r有源相控陣?yán)走_(dá)天線陣面的每一個(gè)天線單元通道中均含有有源電路，對(duì)收發(fā)合一的相控陣天線來說，則是T／R組件。一個(gè)二維相位掃描的有源相控陣?yán)走_(dá)的設(shè)備量是相當(dāng)大的，成本也相當(dāng)可觀。盡管如此，在相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展過程中，最先研制成功并投入應(yīng)用的卻是有源相控陣?yán)走_(dá)，這就是20世紀(jì)60年代美國(guó)研制的用于空間目標(biāo)監(jiān)視、跟蹤與編目的大型相控陣?yán)走_(dá)AN／FPS．85。采用固態(tài)功率放大器件作為發(fā)射機(jī)的有源相控陣?yán)走_(dá)的例子，是美國(guó)為彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)研制的早期預(yù)警相控陣AN

6、／FPS．115。該雷達(dá)是第一部二維相位掃描的固態(tài)相控陣?yán)走_(dá)，它采用收發(fā)合一的相控陣?yán)走_(dá)天線，其天線陣面因采用密度加權(quán)方式。在戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)中，有源相控陣?yán)走_(dá)的問世較觀察戰(zhàn)略目標(biāo)，如彈道和衛(wèi)星的超遠(yuǎn)程相控陣?yán)走_(dá)要晚。而大部分有源相控陣戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)主要是三坐標(biāo)雷達(dá)，首先是方位機(jī)械掃描、仰角方向上相控掃描的一維相位掃描三坐標(biāo)雷達(dá)。典型的應(yīng)用例子有美國(guó)的GE．592等。20世紀(jì)80年代，中國(guó)南京電子技術(shù)研究所(NRI．ET)研制成功的第一部一維相位掃描三坐標(biāo)雷達(dá)YLC．6也是固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)，它具有單脈沖測(cè)角的能力。為了進(jìn)一步提高三坐標(biāo)雷達(dá)的性能，二維相位掃描的三坐標(biāo)雷達(dá)也陸續(xù)采用了相控

7、陣?yán)走_(dá)天線與固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)天線的方案。目前，美國(guó)和歐洲一些國(guó)2第一章緒論家研制的機(jī)載雷達(dá)、彈道導(dǎo)彈防御雷達(dá)以及星載雷達(dá)均采用固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)天線，其主要原因與有源相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)有密切關(guān)系。1．2．2有源相控陣?yán)走_(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相控陣?yán)走_(dá)與機(jī)械掃描雷達(dá)一樣，分為發(fā)射分系統(tǒng)和接收分系統(tǒng)。發(fā)射分系統(tǒng)包括發(fā)射天線陣、發(fā)射饋電系統(tǒng)、發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生及功率放大部分。接收分系統(tǒng)包括接收天線陣、接收機(jī)前端、接收波束形成網(wǎng)絡(luò)、多路接收機(jī)、信號(hào)處理機(jī)及雷達(dá)終端設(shè)備14J。完成不同任務(wù)的相控陣?yán)走_(dá)雖然有差別，但基本組成部分是一致的