專利名稱:毫米波相參導引頭前端裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于毫米波技術領域：
，是一種‘主動制導體制’的毫米波導引頭前端裝 置，集接收、發射于一體，對目標進行近距離精確跟蹤。
背景技術：
制導系統使用的導引頭主要有光電導引頭、微波導引頭、毫米波導引頭等類型，由 于毫米波導引頭具有靈敏度高、分辨率好，抗干擾性能強等特點，加之毫米波制導系統受物 體飛行中形成的等離子體的影響較小，同時兼有紅外和微波的優點，因此毫米波制導系統 已成為精確制導的主要發展方向之一。毫米波制導技術的研究始于20世紀70年代末，現 在西方國家不僅在頻率上覆蓋了整個毫米波段，而且建立了從器件到導引頭的研制生產、 測試試驗的完整研究體制，經常應用在多模復合制導中，可以根據干擾情況自動切換制導 模式，美國的“黃蜂”、“戰斧”等均采用毫米波與紅外雙模制導制導系統。我國在毫米波制 導方面起步較晚，技術處于發展階段，隨著目前國內毫米波技術能力的提升，我國彈載導引 頭也從厘米波頻段向毫米波頻段發展，作為毫米波精確制導發展的關鍵技術之一，毫米波 導引頭的性能水準就顯得尤為重要，其技術指標直接關系到制導的作用距離和準確度，高 性能的相參導引頭前端裝置可以提高系統的作用距離和抗干擾能力。該裝置作為毫米波相 參導引頭的核心部分，并根據毫米波相參導引頭的收發各參數指標而研發的產品。

發明內容
要解決的問題現有的導引頭前端裝置多為非相參體制，且主要工作在厘米波導， 故在性能指標上仍有待改進，而且隨著技術的發展和小型化的要求，一體化、多功能相參裝 置的應用越來越普遍，特別是毫米波更是各國技術發展的前沿。因此國內需要開發穩定可 靠且具有更大輸出功率和更低的噪聲系數的產品，從而提高作用距離和靈敏性指標的毫米 波相參導引頭前端裝置。本實用新型的具體技術方案如下
一種毫米波相參導引頭前端裝置，包括本振變頻裝置、發射裝置、接收裝置和自檢 裝置；
所述本振變頻裝置接收基準頻率信號，該信號經處理后分別為發射裝置提供射頻 輸出信號和為接收裝置提供本振頻率信號；
所述發射裝置接收本振變頻裝置提供的射頻輸出信號，經調制放大處理后輸出射 頻RFout信號給天線；
所述接收裝置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的輸入端設有定向耦合器， 在自檢工作狀態時，耦合來自發射裝置輸出的信號，該信號經處理后輸出中頻IF+信號；方 位/俯仰支路接收來自天線的方位/俯仰射頻RF信號，信號經處理后輸出中頻IF-信號；
自檢裝置連接在發射和接收裝置之間，受控把發射裝置的輸出信號傳給天線或接 收裝置。
1、對于本振裝置[0010]所述本振變頻裝置包括倍頻電路、放大電路、第一分配網絡和上變頻電路；所述倍 頻電路把KU波段本振基準信號經過三倍頻后得到Ka波段本振信號，再由放大電路進行放 大，放大后的信號經第一分配網絡后輸出給上變頻電路提供本振頻率，上變頻電路把IFin 信號和本振頻率上變頻放大后分別輸出至發射裝置和接收裝置。
上變頻電路是雙平衡混頻器電路，包括混頻器和放大器，IFin信號和本振信號先 混頻器中混頻，再經放大器放大后輸出；所述放大器是GaAs微波單片電路。
2、對于發射裝置
所述發射裝置包括前級功放和末級合成功放；所述來自本振變頻裝置的上變頻輸 出信號經濾波后傳送給前級功放，放大后的信號再經末級合成功放進一步放大后輸出；所 述末級合成功放接收來自調制電路的信號，對輸出信號進行脈沖調制。
所述前級和末級功放均為功率GaAs單片電路；末級功放是用90°平衡電橋實現 功率合成。
3、對于接收裝置
所述接收裝置還包括放大濾波電路和第二分配網絡；所述放大濾波電路把來自本 振變頻裝置的上變頻輸出信號經放大濾波后傳送給第二分配網絡，經第二分配網絡輸出分 別作為和路支路和方位/俯仰支路的本振信號。
所述方位/俯仰支路包括微波開關、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述方位/俯 仰射頻RF信號經微波開關后，再經LNA放大，最后在下變頻電路中與來自第二分配網絡的 本振信號混頻后輸出IF-信號；所述微波開關包括是單刀雙擲開關SPDT，SPDT受外部信號 控制，切換方位/俯仰信號。該下變頻電路包括混頻器、濾波電路和放大電路，混頻器輸出 的信號先濾波，再經放大輸出。
所述和路支路包括保護開關、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述和路信號經保 護開關后，再經LNA放大，最后在下變頻電路中與來自第二分配網絡的本振信號混頻后輸 出IF+信號；當發射裝置工作時保護開關關斷；所述和路支路與發射裝置共用環行器后再 連接天線。該下變頻電路包括混頻器、濾波電路和放大電路，混頻器輸出的信號先濾波，再 經放大輸出。
對于自檢裝置
所述自檢裝置包括定向耦合器、單刀雙擲開關SPDT、固定衰減器和控制電路，所述 定向耦合器在自檢工作狀態時，耦合來自發射口的信號，耦合器為奇偶模平行微帶傳輸線 形式。所述SPDT兩輸出端分別連接和路支路的LNA輸入端和檢波輸出，SPDT的輸入端連 接定向耦合器的輸出端；所述SPDT輸出端與所述LNA輸入端之間設置固定衰減器；所述控 制電路連接控制SPDT的切換。
所述本振變頻裝置、發射裝置、接收裝置和自檢裝置分別設在獨立的電磁屏蔽墻 體內，它們之間通過同軸線纜進行信號傳輸。
本技術方案的優點包括
1.毫米波諧波相參導引技術
該技術采用基波頻率相參后提取諧波來實現毫米波的導引頭前端設計，可以將傳 統的導引頭前端升級到毫米波頻段，有效降低了成本；具體方案為X波段的本振基波信號 提取三次諧波信號與L波段的信號變頻，提供Ka波段信號作為接收支路的本振信號，使該
5產品的本振頻率由毫米波降為X波段，從而有效地降低了客戶成本，提高了可靠度。本技術 中采用的三次諧波混頻毫米波諧波導引目前尚未見。
2.脈沖疊加無失真技術
毫米波相參導引前端裝置中開關與功放均為脈沖控制電路，脈沖疊加后極易形成 波形的前后沿失真，而脈沖疊加無失真技術對于實現脈沖控制波形的不失真時尤為關鍵。 脈沖疊加無失真技術將高低俯仰轉換、保護脈沖、電源調制脈沖進行疊加后采用無失真處 理，使得各類脈沖信號的波形頂降小于3%。本技術目前國內尚未見。
3.毫米波互聯綜合技術
采用互聯綜合工藝實現電路高度集成，該技術將多芯片集成、模塊一體化密封技 術等綜合考慮，實現電路高度集成，從而滿足毫米波相參導引前端裝置小型化的要求。采用 互聯綜合設計技術解決毫米波相參導引前端裝置混合信號設計(即數字、模擬及射頻混合 設計)中的分布效應和相互干擾難題。

[0029]圖1總系統框圖；[0030]圖2詳細方案原理框圖；[0031]圖3本振變頻裝置原理框圖[0032]圖4發射裝置原理框圖；[0033]圖5接收裝置原理框圖；[0034]圖6自檢裝置原理框圖。
具體實施方式
如圖1、2，本毫米波相參導引頭收發前端裝置，包括本振變頻裝置、發射裝置、接收 裝置和自檢裝置，共四個部分。本振變頻裝置主要實現本振信號的倍頻、變頻和放大等功 能，為收發支路提供驅動和本振；發射裝置主要實現發射中頻信號的上變頻、放大、調制和 輸出功率管理等功能，最后輸出給發射天線；接收裝置主要實現將天線接收的微波信號通 過保護開關、低噪聲放大、下變頻、濾波輸出中頻信號等功能；自檢裝置用于在小功率模式 時，連接發射和接收，自檢組件射頻通路工作是否正常，包括單刀雙開關、固定衰減器、以及 控制電路。
如圖2、3，本振變頻裝置主要實現本振信號的倍頻、變頻和放大等功能，為收發支 路提供驅動和本振。其功能是將Ku波段本振基準信號經過三倍頻后進行放大、功分，將頻 率從Ku波段變換至Ka波段，再分別與發射中頻和接收中頻進行上變頻后，放大輸出，分別 為收、發支路提供本振激勵信號和驅動信號。倍頻器采用無源倍頻以降低頻率變換后系統 相位噪聲的惡化；上變頻為雙平衡混頻器電路，放大器選用GaAs異質結雙極晶體管微波單 片；前級和末級功率放大器均為功率GaAs FET，采用微帶匹配電路；設計中采用倍頻之后 先功分再放大混頻，通過分配網絡和放大器反向隔離來提高收發通道之間的隔離度。
如圖2、4，發射裝置主要實現發射中頻信號的、放大、調制和輸出功率管理等功能， 最后輸出給發射天線。上變頻為雙平衡混頻器電路，放大器選用GaAs微波單片電路；前級 和末級功率放大器均為功率GaAs單片電路，采用90°平衡電橋實現功率合成，以滿足功率
6輸出2W的要求；調制電路以外部TTL信號為基準，控制放大器漏極脈沖電源，實現輸出信號 脈沖調制，調制周期lOOus，脈寬30us ；最后通過微帶環形器實現收發集合。
前級放大器為驅動放大器，其增益23dB，輸出功率大于23dBm，為末級功放提供驅 動功率；末級功放選用增益16dB、飽和輸出功率大于31dBm的功放芯片進行功率合成；末級 功放輸出通過定向耦合器耦合部分功率經檢波管檢出脈沖電壓去自檢電路進行放大比較 后輸出直流電平。定向耦合器采用微帶耦合器，插損0.2dB、耦合度20dB。主路功率通過定 向耦合器經微帶環形器至集合口輸出。
如圖2、5，接收裝置主要實現將接收天線接收的微波信號通過保護開關、低噪聲放 大、下變頻、濾波輸出中頻信號等功能。接收裝置分為和路、方位、俯仰三個支路。
此外，在輸入端設計一定向耦合器，在自檢工作狀態時，耦合來自發射口的信號， 耦合器為奇偶模定向耦合線。保護開關為PIN二極管，置于射頻輸入端；低噪聲放大器選用 GaAs微波單片電路；上變頻器選用雙平衡混頻器電路形式，它具有高中頻、高隔離度、低本 振功率要求等優點，采用微組裝工藝技術實現。所述發展裝置工作時保護開關關斷，防止不 正常大功率信號灌入接收裝置，燒毀器件。
方位/俯仰支路通過單刀雙擲開關進行切換。LNA是接收裝置的第一級有源電路， 噪聲的大小決定了接收靈敏度的好壞，它本身應有很低的噪聲并提供足夠的增益以抑制后 續電路的噪聲，根據實際電路測試結果，本裝置接收低噪聲放大器噪聲< 2dB ；在方位/俯 仰支路的下變頻電路中設有輸出濾波器，該濾波器是LC低通濾波器，濾去多余雜波，提高 接收靈敏度。
如圖2、6，自檢裝置用于在小功率模式時，連接發射和接收，自檢組件的射頻通路 是否工作正常，由單刀雙開關、固定衰減器、以及控制電路組成。
為了提高系統的收發隔離度，本裝置采用如下幾個方法
1.電磁兼容設計將各功能單元分腔設計，形成電磁屏蔽的金屬墻，減少空間串 擾輻射；加強電源電路的去耦合，防止干擾信號通過共用的電源電路傳播。
2.選擇合適的電路拓撲在提高分配網絡的隔離度同時，在結構上采用增加腔體 隔離效果，以提高級間的隔離度；另外在各通道本振功分支路上提高放大器反向隔離來提 高通道間的隔離度。
表1為本裝置主要指標實際測試結果。
表1常溫電特性測試
權利要求
一種毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是包括本振變頻裝置、發射裝置、接收裝置和自檢裝置；所述本振變頻裝置接收基準頻率信號，該信號經處理后分別為發射裝置提供射頻輸出信號和為接收裝置提供本振頻率信號；所述發射裝置接收本振變頻裝置提供的射頻輸出信號，經調制放大處理后輸出射頻RFout信號給天線；所述接收裝置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的輸入端設有定向耦合器，在自檢工作狀態時，耦合來自發射裝置輸出的信號，該信號經處理后輸出中頻IF+信號；方位/俯仰支路接收來自天線的方位/俯仰射頻RF信號，信號經處理后輸出中頻IF-信號；自檢裝置連接在發射和接收裝置之間，受控把發射裝置的輸出信號傳給天線或接收裝置。
2.根據權利要求
1所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述本振變頻裝置包 括倍頻電路、放大電路、第一分配網絡和上變頻電路；所述倍頻電路把Ku波段本振基準信 號經過三倍頻后得到Ka波段本振信號，再由放大電路進行放大，放大后的信號經第一分配 網絡后輸出給上變頻電路提供本振頻率，上變頻電路把IFin信號和本振頻率上變頻放大 后分別輸出至發射裝置和接收裝置。
3.根據權利要求
2所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述上變頻電路是雙 平衡混頻器電路，包括混頻器和放大器，IFin信號和本振信號先經混頻器上變頻，再經放大 器放大后輸出；所述放大器是GaAs微波單片電路。
4.根據權利要求
2或3所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述發射裝置包 括前級功放和末級合成功放；所述來自本振變頻裝置的上變頻輸出信號經濾波后傳送給前 級功放，放大后的信號再經末級合成功放進一步放大后輸出；所述末級合成功放接收來自 調制電路的信號，對輸出信號進行脈沖調制。
5.根據權利要求
4所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述前級和末級功放 均為功率GaAs單片電路；末級功放是用90°平衡電橋實現功率合成。
6.根據權利要求
2或3所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述接收裝置還 包括放大濾波電路和第二分配網絡；所述放大濾波電路把來自本振變頻裝置的上變頻輸出 信號經放大濾波后傳送給第二分配網絡，經第二分配網絡輸出分別作為和路支路和方位/ 俯仰支路的本振信號。
7.根據權利要求
6所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述方位/俯仰支路 包括微波開關、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述方位/俯仰射頻RF信號經微波開關后， 再經LNA放大，最后在下變頻電路中與來自第二分配網絡的本振信號混頻后輸出IF-信號； 所述微波開關包括是單刀雙擲開關SPDT，SPDT受外部信號控制，切換方位/俯仰信號。
8.根據權利要求
6所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述和路支路包括保 護開關、低噪聲放大LNA和下變頻電路；所述和路信號經保護開關后，再經LNA放大，最后在 下變頻電路中與來自第二分配網絡的本振信號混頻后輸出IF+信號；當發射裝置工作時保 護開關關斷；所述和路支路與發射裝置共用環行器后再連接天線。
9.根據權利要求
8所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述自檢裝置包括 定向耦合器、單刀雙擲開關SPDT、固定衰減器和控制電路，所述定向耦合器在自檢工作狀態時，耦合來自發射口的信號，耦合器為奇偶模平行微帶傳輸線形式；所述SPDT兩輸出端分 別連接和路支路的LNA輸入端和檢波輸出，SPDT的輸入端連接定向耦合器的輸出端；所述 SPDT輸出端與所述LNA輸入端之間設置固定衰減器；所述控制電路連接控制SPDT的切換。
10.根據權利要求
1所述的毫米波相參導引頭前端裝置，其特征是所述本振變頻裝置、 發射裝置、接收裝置和自檢裝置分別設在獨立的電磁屏蔽墻體內，它們之間通過同軸線纜 進行信號傳輸。
專利摘要
一種毫米波相參導引頭前端裝置，包括本振變頻裝置、發射裝置、接收裝置和自檢裝置；所述本振變頻裝置接收基準頻率信號，該信號經處理后分別為發射裝置提供射頻輸出信號和為接收裝置提供本振頻率信號；所述發射裝置接收本振變頻裝置提供的射頻輸出信號，經調制放大處理后輸出射頻RFout信號給天線；所述接收裝置包括和路和方位/俯仰支路；和路支路的輸入端設有定向耦合器，在自檢工作狀態時，耦合來自發射裝置輸出的信號，該信號經處理后輸出中頻IF+信號；方位/俯仰支路接收來自天線的方位/俯仰射頻RF信號，信號經處理后輸出中頻IF-信號；自檢裝置連接在發射和接收裝置之間，受控把發射裝置的輸出信號傳給天線或接收裝置。本前端裝置，集接收、發射于一體，對目標進行近距離精確跟蹤。
文檔編號F41G11/00GKCN201600448 U發布類型授權 專利申請號CN 201020025703
公開日2010年10月6日 申請日期2010年1月22日
發明者劉輝, 孫伊娜, 彭松, 戚友琴, 楊敏, 王學芝, 王念, 祝萍, 胡建凱 申請人:南京譽葆科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan