W波段防撞雷達集成前端關鍵技術研究.pdf

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

2、關鍵部件進行了深入細致的理論分析與實驗研究，研制了一套W波段防撞雷達集成前端與天線樣機，為W波段全相參防撞雷達的研制與驗證提供了必要的條件。具體研究內容如下：
　　1.對GaAs pHEMT低噪放的噪聲特性進行了研究，深入分析了晶體管小信號模型及其誤差，利用二端口線性網絡綜合理論，采用“T型網絡+有誤差的晶體管模型+T型網絡”的優(yōu)化模型對晶體管去嵌和參數(shù)誤差進行了優(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理，結合不同輸入、輸出諧波反射網絡對倍頻效率進行了評估，研制了一款W波段GaAs四倍頻器芯片。W波段關鍵MMIC芯片的研制成功，為W波段全相參防撞雷達的研制打下了基礎。
　　2.基于研制的W波段芯片，對集成收發(fā)組件進行研究，重點分析了組件中的關鍵工藝與無源器件。其中，對平面器件連接的金絲鍵合進行了深入的性能

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，結合理論計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（SIW）的傳輸特性，采用電壓探針和電流探針實現(xiàn)空氣填充波導（AWG）與SIW的垂直結構過渡，結合電磁場模式轉換（依次為：AWG TE01模—電壓探針—準同軸 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進行密封，利用直接耦合濾波器理論和二端口線性網絡綜合方法，把RT/Duroid5880介質窗等效為并聯(lián)LC諧振器、四分之一波長直通波導等效為J變換器，采用“介質諧振器—波導J變換器—介質諧振器”的直接耦合濾波器網絡結構，研制了一種W波段寬帶、低成本的雙層氣密波導窗。利用上述關鍵工藝和無源器件，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波段防撞雷達的小型化奠定了基礎。
　　3.重點開展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計方法，即當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。根據以上設計方法研制了一部W波段反射陣天線，解決了W波段防撞雷達