基于LTCC的小型化T_R组件的研究与设计.pdfVIP

摘要

近年来，有源相控阵雷达因其自身独特性而受到了广泛的关注，其具有输出功率大、作

用距离远、精准度高、可靠性强的特点，在机载、星载、电子对抗、通讯、导航、气象等各

个军事和民用领域均得到了广泛的应用。但随着现代通讯技术的不断提高，各类平台的需求

也愈发严格，使得有源相控阵雷达的设计需在满足其性能指标的前提下，更需满足小型化、

高集成、高可靠性的设计目标。T/R组件作为有源相控阵雷达的核心部件，其不仅决定了有

源相控阵雷达的性能，也对有源相控阵雷达的尺寸起着决定性的作用，因此，实现小型化、

高集成、高可靠性的T/R组件设计具有重要意义。

本课题主要围绕X波段T/R组件小型化设计展开研究，具体内容如下：

（1）根据组件设计指标，结合MMIC技术，完成组件电路原理图的设计，再按照电路

原理图对收发链路进行具体布局布线，合理化器件摆放，避免干涉，同时解决组件工作时存

在的脉冲顶降、散热问题。

（2）基于组件电路原理图与整体布局布线，利用AltiumDesigner、AnsoftHFSS软件完

成LTCC基板的版图绘制以及带状线、共面波导、类同轴、金丝键合等关键信号互连结构的

仿真优化，保证各端口回波损耗在-20dB以下，在完成上述工作时需重点考虑地平面完整性

设计、电磁兼容、传输损耗等技术重难点问题。

（3）最终确定了组件的整体结构，组件采用18层LTCC基板，包括控制信号层、接地

层、射频信号层、电源层。经过测试，表明在X波段，组件单通道输出功率基本在46dBm

以上，接收支路增益在20dB以上，噪声系数小于2.3dB，组件尺寸为46.35mm×59.2mm

×12mm，具有输出功率大的特点。

为进一步减小组件尺寸，又提出了一种新型的小型化三维堆叠式T/R组件的设计思路。

该T/R组件结合LTCC技术、MMIC技术、BGA、毛纽扣等重要小型化技术手段，通过两块

LTCC基板实现组件设计，中间利用BGA实现基板的连接，采用SMP-毛纽扣连接器作为射

频信号输入输出结构，最终上下两LTCC基板尺寸分别为27mm×27mm×2.2mm、27mm

×27mm×0.6mm，相较于前部分组件壳体内腔平面尺寸缩小了37%。同时，结合关键射频

链路仿真优化结果，组件在X波段输出功率同样大于46dBm，接收增益大于20dB，噪声系

数小于2.5dB，整体理想仿真参数指标符合设计要求，且组件整体尺寸更小。

关键词：LTCC，T/R组件，小型化，垂直互连

Abstract

Inrecentyears,activephasedarrayradarhasreceivedwidespreadattentionduetoits

uniqueness.Ithasthecharacteristicsofhighoutputpower,longrange,highaccuracy,high

reliability,andhasbeenwidelyusedinmilitaryandcivilfields,suchasairborne,satellite-based,

electroniccountermeasures,communications,navigation,meteorologyandsoon.However,with

theincreasingavailabilityofmoderncommunicationtechnology,thedemandsofvariousplatforms

arebecomingmorestringent,makingitnecessaryforthedesignofactivephasedarrayradarto

meettheirperformancetargetswhilemeetingthedesigngoalsofminiaturization,highinteg