基于多芯片组装的Ka波段相控阵接收组件的研究

摘要

相控阵雷达是具有多功能、多目标、高精度、反杂波、抗干扰性能的新型雷达系统，有着传统机械雷达无可比拟的优势。发射/接收(T/R)组件是有源相控阵雷达的核心所在，每个有源相控阵雷达的阵面都有众多的T/R组件组成。T/R组件的成本要占整个相控阵雷达成本的一半以上，它的各项指标对雷达的整机指标有着直接的影响，因此，对组件的研究有非常重要的意义。
　　 本论文描述一种基于多芯片组装的Ka波段相控阵接收组件，该组件对性能、体积、重量都有着较高的要求。为实现设计目标，本设计中所选用的低噪声放大器、数控衰减器、数控移相器等均选用性能优良、体积小、重量轻的砷化镓MMIC芯片，所用一分二功分器为自行设计的陶瓷薄膜电路，芯片间的互联采用匹配性好、隔离度高的SIW过渡基板。结合实验室现有条件，通过器件微组装技术实现各个器件之间的互联，该相控阵接收组件最终加工并组装成功的每个组件体积为68mm×12mm×9.42mm，重量小于20g。在本文中，对功分器、SIW进行了仿真设计，对芯片粘结、金丝键合等微组装技术进行了详细的阐述。
　　 本设计成功完成了对基于多芯片组装的Ka波段相控阵接收组件进行了仿真设计和实物加工测试，最终实现了频率在29.4GHz～31GHz内具有良好的性能。该接收组件的整体增益大于15dB，噪声系数低于3.7dB，输入输出电压驻波比小于1.5，以上参数均达到了指标要求。

目录

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摘要

1．绪论

1．1 概述

1．2 相控阵雷达的发展

1．3 T/R组件的发展状况

1．4 本课题主要设计指标

2 相控阵接收组件的基本介绍和基本组成部分原理

2．1 接收组件的简述

2．2 低噪声放大器

2．2．1 单端低噪声放大器的增益

2．2．2 单端低噪声放大器的稳定性

2．2．3 单端低噪声放大器的噪声系数

2．3 数控衰减器的基本原理介绍

2．3．1 PIN二极管衰减器介绍

2．3．2 GaAs MESFET管微波数控衰减器

2．4 数字移相器基本原理

2．5 功率分配器的基本原理

3 相控阵接收组件的设计

3．1 组件方案设计

3．2 芯片的选择

3．2．1 低噪声放大器芯片的选择

3．2．2 数控衰减器的选择

3．2．3 数控移相器的选择

3．3 介质基板材料的选择

3．4 功分器的仿真设计

3．5 SIW的仿真设计

3．6 金丝互联结构仿真设计

3．6．1 单跟金丝互联结构仿真

3．6．2 两根金丝互联结构仿真

4 组件的工艺实现

4．1 多芯片组装粘片技术的实现

4．2 金丝键合技术的实现

4．2．1 焊接工艺

4．2．2 球焊机焊机原理

4．2．3 楔形金丝键合焊接原理

4．2．4 金丝焊接牢固度检测

5 相控阵接收组件的测试

5．1 相控阵接收组件的测试方案

5．1．1 测试内容

5．1．2 测试仪器

5．1．3 测试方案框图

5．2 相控阵接收组件的测试结果

5．2．1 组件带外抑制的测试

5．2．2 组件噪声系数和增益的测试

5．2．3 组件驻波比测试

5．2．4 移相精度的测量

5．2．5 衰减精度的测量

5．3 测试结论

总结

致谢

参考文献