X波段高性能T/R套片應用

概述

       有源相控陣(Active Phased Array)或有源電子掃描陣列AESA(Active Electronically Scanned Array)雷達是指通過改變天線表面陣列單元所發射波束的合成方式,來改變波束掃描方向的雷達。與通過機械方式掃描的雷達天線相比,有源相控陣天線避免了機械運動,顯著減少了掃描波束所需要的時間,并且提高了掃描的靈活性。相控陣雷達天線由大量的輻射單元構成,而T/R芯片是其中最核心的元器件。

       浙江鋮昌科技股份有限公司是浙江省微波毫米波射頻產業聯盟的重要成員單位,公司以射頻、微波、毫米波相控陣T/R芯片設計為核心業務領域和研究方向,產品主要服務于探測、遙感、通信、導航等領域。目前公司產品已覆蓋L~W波段各類典型應用,產品涵蓋GaN/GaAs功率放大器、GaAs低噪聲放大器、GaN/GaAs收發前端芯片、GaAs/硅基幅相控制一體化多功能芯片、GaAs/GaN開關芯片、GaAs限幅器芯片等全套相控陣T/R前端芯片產品,并已成功應用于各類星載、機載、陸基平臺,累計芯片出貨量近百萬顆。在出貨量最大、應用最為廣泛的X波段T/R套片產品方面,公司在研發和生產方面積累了豐富的經驗,套片產品擁有靈活的設計架構,覆蓋多種功率量級,具有優異的性能指標。

靈活的套片架構

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圖1 相控陣前端T/R套片架構

本公司的X波段T/R套片產品既能滿足傳統的單通道架構,又可以支撐集成度更高的四通道架構設計。一個典型的相控陣前端T/R套片架構如圖1所示,其中幅相控制多功能芯片可以選用單通道或四通道產品,功放芯片根據不同的輸出功率等級可以選用GaAs或GaN產品,GaAs低噪放芯片和限幅器芯片既有分立產品,也有集成化的GaAs限幅低噪放芯片產品供選擇。T/R組件中的CMOS電源管理及控制芯片推薦使用航芯源C490XX系列產品。

針對組件尺寸、重量等指標敏感不適合采用環形器的應用,本公司還開發了集成收發開關的GaAs功放芯片和集成功放、低噪放、收發開關、限幅器的GaAs收發前端芯片,具有高集成度和高效率優勢,其芯片拓撲分別如圖2和圖3所示。

圖2 集成開關的功放芯片拓撲

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圖3 收發前端芯片拓撲


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一個典型的四通道T/R套片方案如圖4所示,若采用高集成度收發前端芯片,最少僅需5顆芯片就能實現四通道T/R組件應用。

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圖4 四通道T/R套片方案


                                        幅相控制多功能芯片的選型見下表

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                                              *1:內部集成串轉并波控等功能。

                                              *2:可以提供鏡像版本。


                                               低噪放/限幅低噪放芯片的選型見下表

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                                               *1:可以提供鏡像版本。


                                               限幅器芯片的選型見下表

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多種功率量級產品供選擇

       針對X波段T/R套片應用,本公司開發了多種類型、多種功率量級(從百mW量級到50W量級)的功放芯片供選擇使用,主要包括以下產品。



                                                          GaN功率放大器芯片

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                                                         GaAs功率放大器芯片

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                                                              *1:可以提供鏡像版本。

                                                          GaAs單電源功率放大器芯片

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                                                         GaAs含開關功率放大器芯片

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                                                             *1:可以提供鏡像版本。


                                                         GaAs收發前端芯片

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優異的性能指標

       在功放芯片效率、低噪放/限幅低噪放芯片噪聲系數、幅相控制多功能芯片功耗等T/R套片核心指標方面,本公司產品普遍具有性能指標優勢。

 以8~12GHz 2W四通道T/R套片為例,選用S4501硅基四通道幅相控制芯片、G1508S-2功放芯片、G2502低噪放芯片、P9501A02限幅器芯片,如圖5所示。

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圖5 8~12GHz 2W四通道T/R套片

       套片接收鏈路噪聲小于2.5dB,以發射占空比10%計算,T/R組件效率可以達到33%以上。套片典型測試曲線如下。

G1508S-2發射通道輸出功率/附加效率

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G1508S-2接收通道小信號特性

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G2502增益

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G2502噪聲系數

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S4501接收四通道增益特性

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S4501發射四通道增益特性

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S4501衰減精度

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S4501接收移相精度

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S4501發射移相精度

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S4501發射功率壓縮曲線@9.5GHz

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