基于LTCC的小型化T_R组件的研究与设计.pdf
摘要
近年来,有源相控阵雷达因其自身独特性而受到了广泛的关注,其具有输出功率大、作
用距离远、精准度高、可靠性强的特点,在机载、星载、电子对抗、通讯、导航、气象等各
个军事和民用领域均得到了广泛的应用。但随着现代通讯技术的不断提高,各类平台的需求
也愈发严格,使得有源相控阵雷达的设计需在满足其性能指标的前提下,更需满足小型化、
高集成、高可靠性的设计目标。T/R组件作为有源相控阵雷达的核心部件,其不仅决定了有
源相控阵雷达的性能,也对有源相控阵雷达的尺寸起着决定性的作用,因此,实现小型化、
高集成、高可靠性的T/R组件设计具有重要意义。
本课题主要围绕X波段T/R组件小型化设计展开研究,具体内容如下:
(1)根据组件设计指标,结合MMIC技术,完成组件电路原理图的设计,再按照电路
原理图对收发链路进行具体布局布线,合理化器件摆放,避免干涉,同时解决组件工作时存
在的脉冲顶降、散热问题。
(2)基于组件电路原理图与整体布局布线,利用AltiumDesigner、AnsoftHFSS软件完
成LTCC基板的版图绘制以及带状线、共面波导、类同轴、金丝键合等关键信号互连结构的
仿真优化,保证各端口回波损耗在-20dB以下,在完成上述工作时需重点考虑地平面完整性
设计、电磁兼容、传输损耗等技术重难点问题。
(3)最终确定了组件的整体结构,组件采用18层LTCC基板,包括控制信号层、接地
层、射频信号层、电源层。经过测试,表明在X波段,组件单通道输出功率基本在46dBm
以上,接收支路增益在20dB以上,噪声系数小于2.3dB,组件尺寸为46.35mm×59.2mm
×12mm,具有输出功率大的特点。
为进一步减小组件尺寸,又提出了一种新型的小型化三维堆叠式T/R组件的设计思路。
该T/R组件结合LTCC技术、MMIC技术、BGA、毛纽扣等重要小型化技术手段,通过两块
LTCC基板实现组件设计,中间利用BGA实现基板的连接,采用SMP-毛纽扣连接器作为射
频信号输入输出结构,最终上下两LTCC基板尺寸分别为27mm×27mm×2.2mm、27mm
×27mm×0.6mm,相较于前部分组件壳体内腔平面尺寸缩小了37%。同时,结合关键射频
链路仿真优化结果,组件在X波段输出功率同样大于46dBm,接收增益大于20dB,噪声系
数小于2.5dB,整体理想仿真参数指标符合设计要求,且组件整体尺寸更小。
关键词:LTCC,T/R组件,小型化,垂直互连
Abstract
Inrecentyears,activephasedarrayradarhasreceivedwidespreadattentionduetoits
uniqueness.Ithasthecharacteristicsofhighoutputpower,longrange,highaccuracy,high
reliability,andhasbeenwidelyusedinmilitaryandcivilfields,suchasairborne,satellite-based,
electroniccountermeasures,communications,navigation,meteorologyandsoon.However,with
theincreasingavailabilityofmoderncommunicationtechnology,thedemandsofvariousplatforms
arebecomingmorestringent,makingitnecessaryforthedesignofactivephasedarrayradarto
meettheirperformancetargetswhilemeetingthedesigngoalsofminiaturization,highinteg