雷達收發(fā)組件的關鍵技術研究.pdf

1、雷達(Radar, radio detection and ranging)是主動發(fā)射電磁波，并利用被探測目標反射的電磁回波，對目標進行檢測、測距甚至成像的無線應用設備。一般來說，雷達的無線收發(fā)組件比通信和導航的組件要求更苛刻，體現(xiàn)在前者需要高發(fā)射功率、寬工作頻帶和復雜的本振變頻方案。如果雷達的功能涉及電子對抗，雷達發(fā)射機的線性度要求也不會比高性能的通信發(fā)射機低。此外，雷達設備，尤其是通道數(shù)量眾多的相控陣雷達，往往具有嚴格的集成化、小型

2、化要求。Ka波段作為毫米波段的第一個低損耗大氣窗口，有利于雷達獲得更遠的探測距離，有相當多的雷達應用工作在這一頻帶。超寬帶應用，有利于提高雷達的測距精度和成像精度，也是雷達領域的研究熱點。本文圍繞功率放大器和濾波器這兩個雷達收發(fā)組件中的關鍵器件開展研究。涉及功率放大器的雙音非線性特性分析與功放行為模型、Ka波段功放為主的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)設計、以及超寬帶濾波器的選擇

3、性增強和小型化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了功率放大器的雙音非線性與電記憶效應。首先使用 Volterra級數(shù)對雙音激勵下的功放進行電路分析，推導出了在非線性階數(shù)不超過三階、混頻次數(shù)不超過兩次時，功放 IM3產(chǎn)物的完整解析公式，其中包含了表示柵極、漏極以及柵漏交叉記憶的IM3產(chǎn)物項。接著將本文的IM3電路分析結果轉化成一個簡化的GMP(Generalized Memory Polynomial)行為模型，設計加工了一個10瓦

4、的 GaN HEMT功放進行雙音測量建模，建模的歸一化均方根誤差(normalized RMSE)只有0.6145％，這證明了本文的IM3產(chǎn)物公式有較高的精確性。最后指出了功放偏置電路和數(shù)字預失真電路時延抽頭數(shù)的關系。這一系列分析，完整展示了從功放偏置電路、到 IM3產(chǎn)物、再到功放行為模型、甚至涉及數(shù)字預失真電路規(guī)模的一系列轉化過程，深化了功放電路設計者對相關機理的了解，可以指導線性功放、尤其是帶數(shù)字預失真的高線性功放的設計。避免功放做

5、出來之后，規(guī)模受限的數(shù)字預失真電路無法把功放修正到滿足線性度要求。⑵基于GaAs pHEMT工藝，研究了Ka波段功放為主的MMIC設計，涉及寬帶功放匹配、功放芯片面積壓縮、線性功放設計、低頻穩(wěn)定性與非線性穩(wěn)定性、以及所用工藝的晶體管模型誤差修正。提出了一種基于容性耦合雙諧振器的寬帶匹配技巧，設計出了一個工作頻帶32-40GHz的寬帶高效率功放，測量數(shù)據(jù)顯示，其帶內(nèi)PAE性能較高，在30%-35.5%之間。此外，利用本文提出的IM3解析公

6、式分析了線性功放的設計技巧，設計了一個工作頻帶28-31GHz的兩瓦線性功放，解釋和強調了功放線性度(IM3)指標對柵極二次諧波阻抗的敏感性。完成了線性功放MMIC的第一輪設計、流片。扣除波導和金絲損耗(0.8dB)后，獲得了31-33.6dBm的片上輸出功率。⑶研究了高選擇性超寬帶濾波器、及其小型化的方法，此外也研究了如何在超寬帶濾波器中實現(xiàn)深度衰減的陷波?？傆嬙O計了四款濾波器。提出了一種基于缺陷微帶的超寬帶濾波器，其尺寸相當緊湊，僅