W波段防撞雷達(dá)集成前端關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于低空的復(fù)雜地理環(huán)境和天候情況，直升機(jī)等低空飛行器易發(fā)生碰撞事故，給飛行員、用戶單位等造成嚴(yán)重的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。毫米波防撞雷達(dá)具有全天候工作能力和高分辨力，能實(shí)時探測低空飛行器前方空域的碰撞威脅目標(biāo)，并提供危險告警，從而為低空飛行器提供有效的安全保障。為了提高雷達(dá)分辨率、實(shí)現(xiàn)雷達(dá)小型化及高可靠性，基于W波段固態(tài)集成前端的全相參防撞雷達(dá)是近年來的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)。本文對防撞雷達(dá)中的W波段MMIC芯片、W波段收發(fā)組件、W波段反射陣天線等

2、關(guān)鍵部件進(jìn)行了深入細(xì)致的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，研制了一套W波段防撞雷達(dá)集成前端與天線樣機(jī)，為W波段全相參防撞雷達(dá)的研制與驗(yàn)證提供了必要的條件。具體研究內(nèi)容如下：
　　1.對GaAs pHEMT低噪放的噪聲特性進(jìn)行了研究，深入分析了晶體管小信號模型及其誤差，利用二端口線性網(wǎng)絡(luò)綜合理論，采用“T型網(wǎng)絡(luò)+有誤差的晶體管模型+T型網(wǎng)絡(luò)”的優(yōu)化模型對晶體管去嵌和參數(shù)誤差進(jìn)行了優(yōu)化，研制出一款W波段GaAs低噪放芯片。同時，對GaAs平衡式四倍

3、頻器的倍頻效率進(jìn)行了研究，利用二極管非線性理論，提出了從兩種工作模式（倍頻工作模式、混頻工作模式）來分析平衡式四倍頻器的工作機(jī)理，結(jié)合不同輸入、輸出諧波反射網(wǎng)絡(luò)對倍頻效率進(jìn)行了評估，研制了一款W波段GaAs四倍頻器芯片。W波段關(guān)鍵MMIC芯片的研制成功，為W波段全相參防撞雷達(dá)的研制打下了基礎(chǔ)。
　　2.基于研制的W波段芯片，對集成收發(fā)組件進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了組件中的關(guān)鍵工藝與無源器件。其中，對平面器件連接的金絲鍵合進(jìn)行了深入的性能

4、分析，找到了一種性能良好的“八字形”雙金絲鍵合方式，在考慮雙金絲互耦的情況下，結(jié)合理論計(jì)算和全波電磁仿真提取了金絲鍵合模型參數(shù)，得到了一種W波段靜態(tài)金絲鍵合模型；同時，為了提高集成前端器件間的電磁兼容，研究了基片集成波導(dǎo)（SIW）的傳輸特性，采用電壓探針和電流探針實(shí)現(xiàn)空氣填充波導(dǎo)（AWG）與SIW的垂直結(jié)構(gòu)過渡，結(jié)合電磁場模式轉(zhuǎn)換（依次為：AWG TE01模—電壓探針—準(zhǔn)同軸 TEM?！娏魈结槨猄IW TE01模），研制了一種 W波段

5、的寬帶、小型化AWG-SIW過渡；再則，由于前端收發(fā)模塊的高頻接口采用AWG形式，為了提高收發(fā)集成前端的長期可靠性，需要對AWG進(jìn)行密封，利用直接耦合濾波器理論和二端口線性網(wǎng)絡(luò)綜合方法，把RT/Duroid5880介質(zhì)窗等效為并聯(lián)LC諧振器、四分之一波長直通波導(dǎo)等效為J變換器，采用“介質(zhì)諧振器—波導(dǎo)J變換器—介質(zhì)諧振器”的直接耦合濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研制了一種W波段寬帶、低成本的雙層氣密波導(dǎo)窗。利用上述關(guān)鍵工藝和無源器件，研制了高集成度的W

6、波段倍頻模塊、W波段低噪聲接收模塊等，為W波段防撞雷達(dá)的小型化奠定了基礎(chǔ)。
　　3.重點(diǎn)開展W波段反射陣天線研究，分析了反射陣天線單元相位特性、陣面綜合方法等理論，研究了反射陣單元的金屬輻射面積、反射面傾角等因素對天線性能的影響，得出了一種降低偏饋反射陣副瓣的設(shè)計(jì)方法，即當(dāng)主波束方向與鏡面反射方向一致時，天線副瓣將會降低；同時，大的輻射單元金屬面積也將改善天線的副瓣。根據(jù)以上設(shè)計(jì)方法研制了一部W波段反射陣天線，解決了W波段防撞雷達(dá)