本發(fā)明涉及一種新型收發(fā)組件，屬uhf波段相控陣雷達配套設備技術領域。

背景技術：

隨著相控陣雷達技術的不斷發(fā)展，對雷達整機及武器系統(tǒng)間的電磁發(fā)射和敏感度要求也在不斷提高。收發(fā)組件是相控陣雷達重要的組成部分，收發(fā)組件本身對輸出信號質量、特別是對諧波的抑制要求越來越高。傳統(tǒng)uhf波段相控陣雷達收發(fā)組件的射頻功率輸出后，是通過安裝在雷達天線陣面上的大功率濾波器進行諧波抑制的，盡管可以降低發(fā)射諧波電磁能量對雷達整機及武器系統(tǒng)間設備的干擾和損壞，但卻使得雷達天線陣面設備量增多，體積龐大，各器件零散分布，電纜數量成倍增加，不僅嚴重影響相控陣雷達的安裝和使用，增加故障率，而且給設計和生產造成極大困難。因此，研發(fā)一款輸出諧波完全滿足gjb151b-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》對天線端口傳導發(fā)射的要求，大大減少天線陣面設備量和天線電纜數量，結構科學合理、簡單，有效提高設計質量和生產效率，降低故障率，保證相控陣雷達安裝和使用方便的大功率收發(fā)組件是十分有必要的。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，針對上述現有技術的不足，提供一種利用組件殼體一體化設計、制作，無需在雷達天線陣面上安裝大功率濾波器，大大減少天線陣面設備量和天線電纜數量，諧波抑制度好，輸出諧波滿足gjb151b-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》對天線端口傳導發(fā)射的要求，設計質量和生產效率高，體積小，安裝和使用方便，故障率低的新型收發(fā)組件。

本發(fā)明是通過如下的技術方案來實現上述目的的：

該新型收發(fā)組件由組件殼體、控制處理器、移相器、接收低噪聲放大器、發(fā)射功率放大器、收發(fā)開關組件、階躍濾波器構成，組件殼體的底板的部件及器件安裝面上分別安裝有控制處理器、移相器、接收低噪聲放大器、發(fā)射功率放大器、收發(fā)開關組件；其特征在于：組件殼體由底板、蓋板組成；組件殼體的底板上直接銑制有階躍濾波器，組件殼體的底板的背面銑制有散熱片；所述階躍濾波器按設計性能要求銑制在組件輸出端口位置，與組件殼體的底板融合為一體，階躍濾波器的輸入端口預留，安裝時與收發(fā)開關組件的3db電橋a連接，階躍濾波器的輸出端口與組件輸出端口連接；階躍濾波器的階躍阻抗諧振器由外導體、內導體組成，外導體開制有圓柱形空腔，其內徑上下保持一致；內導體由兩段粗細不同的圓柱體構成，內導體的較粗的圓柱體與外導體間隔一段距離，為開路端；內導體的較細的圓柱體與外導體相連，為短路端；開路端可視作低阻抗的同軸傳輸線，短路端可視作高阻抗的同軸傳輸線。

所述的階躍濾波器由階躍阻抗諧振器組成，階躍阻抗諧振器是由兩個具有不同特征阻抗的傳輸線組合而成的橫向電磁場模式的諧振器。

所述的階躍濾波器的階躍阻抗諧振器的外導體開制有圓柱形空腔，其內徑上下保持一致；階躍濾波器的階躍阻抗諧振器的內導體由兩段粗細不同的圓柱體構成，內導體的較粗的圓柱體與外導體間隔一段距離，為開路端；內導體的較細的圓柱體與外導體相連，為短路端；開路端可視作低阻抗的同軸傳輸線，短路端可視作高阻抗的同軸傳輸線。

所述的階躍濾波器包含有多個階躍阻抗諧振器，不同的階躍阻抗諧振器單元之間有開口，通過電磁耦合的方式傳輸功率信號。

所述的階躍濾波器通過減少兩個同軸傳輸線的阻抗比、減少階躍阻抗諧振器的長度，提高濾波器的雜散諧波抑制度。

所述的階躍濾波器抑制輸出諧波性能與發(fā)射功率放大器固有諧波抑制性能、收發(fā)開關組件諧波抑制性能結合，滿足gjb151b-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》對天線端口傳導發(fā)射的要求。

所述的組件殼體的底板為鋁板。

所述的3db電橋a和3db電橋均為blange耦合器型。

本發(fā)明專利與現有技術相比的有益效果在于：

該新型收發(fā)組件在不改變原收發(fā)組件尺寸及重量的前提下，優(yōu)化技術指標分配，在組件殼體的底板上一體化設計、銑制出階躍濾波器，同時結合發(fā)射功率放大器固有諧波抑制性能、收發(fā)開關組件的輔助濾波性能，使本發(fā)明輸出諧波抑制度完全滿足gjb151b-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》對天線端口傳導發(fā)射的要求。因此雷達天線陣面上無需安裝大功率濾波器，大大減少了等同于相控陣雷達陣元數的連接電纜和大功率濾波器件，減少了故障發(fā)生概率，提高了設計質量、生產效率和工作的可靠性。諧波抑制度好，體積小，安裝和使用方便。完善解決了現有技術在雷達天線陣面上安裝大功率濾波器抑制諧波，導致天線陣面設備量龐大、分布零散，電纜數量成倍增加，安裝和使用不便，增加故障率，設計、生產、維護困難的問題。

附圖說明

圖1為一種新型收發(fā)組件的主視結構示意圖；

圖2為一種新型收發(fā)組件的側視結構示意圖；

圖3為一種新型收發(fā)組件的工作原理結構示意圖；

圖4為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器的組裝結構示意圖；

圖5為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器蓋板組件的主視結構示意圖；

圖6為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器蓋板組件的仰視結構示意圖；

圖7為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器的內導體的仰視結構示意圖；

圖8為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器的外導體的主視結構示意圖；

圖9為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器的外導體的仰視結構示意圖；

圖10為一種新型收發(fā)組件的階躍濾波器的諧波抑制曲線示意圖；

圖11為典型相控陣雷達天線安裝的大功率濾波器的諧波抑制曲線示意圖；

圖12為一種新型收發(fā)組件的3db電橋的諧波抑制曲線示意圖；

圖13為一種新型收發(fā)組件應用在相控陣雷達中的連接結構示意圖；

圖14為典型的相控陣雷達天線示意圖。

圖中：1、組件殼體，2、控制處理器，3、移相器，4、接收低噪聲放大器，5、發(fā)射功率放大器，6、收發(fā)開關組件，7、階躍濾波器，8、散熱片，9、組件功率輸出端口，10、階躍濾波器輸入端口，11、階躍濾波器輸出端口，12、蓋板，13、外導體，14、內導體，15、階躍阻抗諧振器，16、凸臺。

具體實施方式

下面結合附圖對該新型收發(fā)組件的實施方式作進一步詳細描述：

該新型收發(fā)組件由組件殼體1、控制處理器2、移相器3、接收低噪聲放大器4、發(fā)射功率放大器5、收發(fā)開關組件6、階躍濾波器7構成，組件殼體1的底板的部件及器件安裝面上分別安裝有控制處理器2、移相器3、接收低噪聲放大器4、發(fā)射功率放大器5、收發(fā)開關組件6；組件殼體由底板、蓋板14組成；組件殼體1的底板上直接銑制有階躍濾波器7，組件殼體1的底板的背面銑制有散熱片8；所述階躍濾波器7按設計性能要求銑制在組件功率輸出端口9位置，與組件殼體1的底板融合為一體，階躍濾波器輸入端口10預留，安裝時與收發(fā)開關組件6的3db電橋a連接，階躍濾波器輸出端口11與組件功率輸出端口9連接；階躍濾波器7的階躍阻抗諧振器15由外導體12、內導體13組成，外導體12開制有圓柱形空腔，其內徑上下保持一致；內導體13由兩段粗細不同的圓柱體構成，內導體13的較粗的圓柱體與外導體12間隔一段距離，為開路端；內導體13的較細的圓柱體與外導體12相連，為短路端；開路端可視作低阻抗的同軸傳輸線，短路端可視作高阻抗的同軸傳輸線。

所述的階躍濾波器7由階躍阻抗諧振器15組成，階躍阻抗諧振器15是由兩個具有不同特征阻抗的傳輸線組合成橫向電磁場模式的諧振器。

所述的階躍濾波器7包含有多個階躍阻抗諧振器15，不同的階躍阻抗諧振器15單元之間有開口，通過電磁耦合的方式傳輸功率信號。

所述的階躍濾波器7通過減少兩個同軸傳輸線的阻抗比、減少階躍阻抗諧振器15的長度，提高濾波器的雜散諧波抑制度。

所述的階躍濾波器7抑制輸出諧波性能與發(fā)射功率放大器5固有諧波抑制性能、收發(fā)開關組件6諧波抑制性能結合，滿足gjb151b-2013《軍用設備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》對天線端口傳導發(fā)射的要求。

所述的組件殼體1的底板為鋁板。

所述的收發(fā)開關組件6的3db電橋a和3db電橋b均為blange耦合器型。（參見附圖1～14）

該新型收發(fā)組件的組件殼體1由底板、蓋板14組成。底板材料為整塊鋁板，根據一體化設計的結構通過銑加工成形；階躍濾波器7本體位于組件功率輸出端口9的位置，按設計性能要求在底板上銑出，與底板的部件及器件安裝面融合為一體。階躍濾波器輸入端口10預留，待設備安裝后與收發(fā)開關組件6的3db電橋a輸出連接，階躍濾波器輸出端口11連接組件功率輸出端口9。階躍濾波器7為大功率階躍阻抗濾波器，4個階躍阻抗諧振器15以電磁耦合的方式將工作頻段的功率信號從輸入端傳輸至輸出端，同時將帶外高次諧波過濾掉，保證傳輸信號的諧波抑制度；散熱片8在組件殼體1底板的背面銑出，有利于發(fā)射功率放大器5的散熱。

收發(fā)開關組件6由3db電橋a、3db電橋b和限幅器組成，3db電橋a和3db電橋b為相同產品，均采用blange耦合器型。3db電橋采用lange耦合器型設計，3db電橋有4個端口，一個in端，一個隔離端，兩個out端，在理想情況下，輸入功率一部分直接送給直通端口out1，另一部分耦合到耦合端口out2，沒有功率送到隔離端口。

限幅器位于兩個3db電橋之間，用來防止泄露的大功率信號燒毀敏感的接收低噪聲放大器4，限幅器的設計采用濾波器網絡綜合設計法，兩個通路并聯設計；限幅器在發(fā)射期間，開關二極管呈現低阻抗，將發(fā)射功率有效地反射到3db電橋a的隔離端，經階躍濾波器7后送到天線單元，限幅器的漏功率經3db電橋b的隔離端被負載吸收，從而保護了接收低噪聲放大器4。限幅器在接收期間，其開關二極管呈高阻抗，對天線單元接收回來的回波信號不產生反射衰減，回波信號基本無衰減地被送到接收低噪聲放大器4。

發(fā)射功率放大器5由前級預放和末級放大器組成。由饋電、信號網絡送來的0dbm激勵信號經移相器3移相控制后,進前級預放放大，輸出45dbm的驅動功率信號；驅動功率信號進入末級放大器放大后輸出59dbm大功率信號，送至收發(fā)開關組件6。

接收低噪聲放大器4由濾波器和低噪聲放大器組成。濾波器為集總lc帶通濾波器，與收發(fā)開關組件6的回波輸出端相連接，用來抑制天線單元引入的帶外噪聲和干擾；低噪聲放大器對濾波器輸出的帶內微弱信號進行放大，減少噪聲干擾，同時，輸出系統(tǒng)所需要的帶內回波信號，考慮到系統(tǒng)對收發(fā)組件接收增益和接收動態(tài)的要求，低噪聲放大器設計為兩級級聯放大形式。

控制處理器2用于與雷達系統(tǒng)間通訊，收集收發(fā)開關組件6、發(fā)射功率放大器5、接收低噪聲放大器4、控制處理器2的故障信號，輸出移相器3的控制指令信號。

移相器3為六位數字移相器，移相器3的輸入和輸出端均裝置有倒換開關；在發(fā)射期間，從饋電、信號網絡送來的0dbm激勵信號經移相器3按控制處理器2輸出的控制指令信號移相，相位差值通過控制指令的連續(xù)變化以連續(xù)方式改變；在接收期間，從接收低噪聲放大器4輸出的回波信號經移相器3按控制處理器2輸出的控制指令信號移相，相位差值通過控制指令的連續(xù)變化以連續(xù)方式改變。

該新型收發(fā)組件的工作原理如下所示：

根據該新型收發(fā)組件的主要技術指標：輸出功率、輸出諧波抑制、接收增益、接收噪聲系數、移相精度等電氣指標確定收發(fā)組件主要組成、組成部分的實現方式、組成部分需要達到的技術指標、核心器件、連接形式、組件尺寸。

該新型收發(fā)組件工作時，接收由相控陣雷達天線饋電網絡、信號網絡送來的激勵信號、通訊指令、直流電源。發(fā)射工作時，激勵信號首先進移相器3，移相器3的輸入和輸出端均裝置有倒換開關，激勵信號經移相器3按控制處理器2輸出的控制指令信號移相，移相器3輸出幅度穩(wěn)定、相位差值通過控制指令的連續(xù)變化以連續(xù)方式改變的預放驅動激勵信號。該信號進入發(fā)射功率放大器5的預放放大，輸出45dbm的驅動功率信號；驅動功率信號進末級放大器放大輸出59dbm大功率信號，送收發(fā)開關組件6。大功率信號進收發(fā)開關組件6的3db電橋a的in端，功率一部分直接送給直通端口out1，另一部分耦合到耦合端口out2，此時限幅器開關二極管呈現低阻抗，將直通端口out1和耦合端口out2功率有效地反射到3db電橋a的隔離端iso輸出，送至階躍濾波器7。階躍濾波器7對發(fā)射功率信號工作頻帶外高次諧波進行抑制后，將信號送至收發(fā)組件功率輸出端口9，根據發(fā)射功率放大器5輸出諧波特征，階躍濾波器7的主要作用是用來抑制發(fā)射功率放大器5的末級放大器輸出信號的二次諧波。

接收工作時，天線單元接收到的微弱回波信號經階躍濾波器7輸出至收發(fā)開關組件6的3db電橋a的隔離端iso，此時，階躍濾波器7對回波信號起到帶外干擾信號濾波的作用，對帶內回波信號基本無損耗；回波信號一部分直接送給直通端口out2，另一部分耦合到耦合端口out1，此時限幅器的開關二極管呈現高阻抗，對帶內回波信號基本無損耗，兩路回波信號經3db電橋b合成后輸出至接收低噪聲放大器4。接收低噪聲放大器4由濾波器和低噪聲放大器組成，濾波器進一步對天線單元引入的帶外噪聲和干擾進行抑制；低噪聲放大器對濾波器輸出的帶內微弱信號進行放大，減少噪聲干擾，輸出系統(tǒng)所需的帶內回波信號，并輸出信號至移相器3?；夭ㄐ盘栠M入移相器3，移相器3的輸入和輸出端均裝置有倒換開關，移相器3按照控制處理器2輸出的控制指令信號移相，最后輸出幅度穩(wěn)定、相位差值通過控制指令的連續(xù)變化以連續(xù)方式改變的雷達回波信號。

該新型收發(fā)組件工作期間，控制處理器2用于與雷達系統(tǒng)間通訊，收集處理收發(fā)開關組件6、發(fā)射功率放大器5、接收低噪聲放大器4、控制處理器2的故障信號，同時，輸出移相器3的控制指令信號。

階躍濾波器7的階躍阻抗諧振器15的外導體12開有圓柱形空腔，其內徑上下保持一致，內導體13由兩段粗細不同的圓柱體構成，較粗的圓柱體與外導體12間隔一段距離，為開路端；較細的圓柱體與外導體12相連，為短路端，即開路端可以視作為低阻抗的同軸傳輸線，而短路端可以視作高阻抗的同軸傳輸線，對于無耗傳輸線，設其特征阻抗為zc，負載阻抗為zl=0，電長度為θ，其輸入阻抗則為，那么，對于階躍阻抗諧振器來說，從開路端看去，諧振器可以視作一段低阻抗同軸傳輸線串聯一段終端短路的高阻抗同軸傳輸線，其中高阻抗同軸傳輸線的特征阻抗為z1，電長度為θ1，而低阻抗同軸傳輸線的特征阻抗為z2，電長度為θ2，因此諧振器的輸入阻抗為，要使所需頻率的功率信號傳輸至下一個諧振器，則需要該頻率的功率信號沿諧振器的開路端至短路端方向傳輸的阻抗也即zi應為無窮大，則諧振器的諧振條件為：，與一般的均勻阻抗諧振器的諧振條件唯一取決與傳輸線長度相比，所述階躍濾波器7的階躍阻抗諧振器15的諧振條件取決于θ1、θ2和阻抗比rz，也即同時取決于傳輸線長度和阻抗比。

所述階躍濾波器7的階躍阻抗諧振器15的總電長度，相對于均勻阻抗諧振器電長度π/2，該階躍阻抗諧振器的歸一化長度為，當θ1=θ2=θ0時，歸一化長度有最小值，故階躍阻抗諧振器7可以通過采用較小的rz來縮短諧振器的長度，在組件殼體1與階躍濾波器7的一體化設計中，盡可能減小短路端內導體13的外徑，增大開路端內導體13的外徑，就可以大大縮短階躍濾波器7的高度，這樣，就使得階躍濾波器7在保證良好的傳輸特性的同時，減小高度尺寸，使階躍濾波器7整體與組件殼體1的融合設計得以實現。

對于階躍濾波器7，除了所需頻率的信號可以以很小的損耗傳輸外，還存在其它的頻率也能滿足諧振器的諧振要求進而傳輸到組件功率輸出端口9；對于一般的均勻阻抗諧振器，其本振頻率的奇次諧波難以抑制，而所述階躍阻抗諧振器7的諧振頻率為f0，雜散諧振頻率為fs,其關系為，故所述階躍阻抗諧振器7的階躍阻抗諧振器15，可以通過采用較小的rz來使雜散頻率遠離基本諧振頻率,使該階躍濾波器7具有很好的高次諧波抑制效果。

濾波器是依靠諧振器的相互耦合來傳遞功率信號的，由于本發(fā)明的階躍濾波器7采用了與組件殼體1一體化設計、直接在組件殼體1的底板上銑出諧振器的空腔和相連的空間，這樣，當合上階躍濾波器7的蓋板組件及其上銑制出的凸臺16后即共同創(chuàng)造出耦合窗口，階躍濾波器蓋板組件由蓋板14和內導體13組成，內導體13較細的一端與蓋板14連接，采用一塊銅板加工而成。各個諧振器間的耦合距離由仿真設計決定。調試階躍濾波器7時，通過組件殼體1背面預留的螺釘孔安裝調諧螺釘和耦合螺釘，調試出最佳的電氣參數后使用密封膠將螺釘固定即可。

以上所述只是本發(fā)明專利的較佳實施例而已，上述舉例說明不對本發(fā)明專利的實質內容作任何形式上的限制，所屬技術領域的普通技術人員在閱讀了本說明書后依據本發(fā)明專利的技術實質對以上具體實施方式所作的任何簡單修改或變形，以及可能利用上述揭示的技術內容加以變更或修飾為等同變化的等效實施例，均仍屬于本發(fā)明專利技術方案的范圍內，而不背離本發(fā)明專利的實質和范圍。