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有源相控阵雷达技术是目前雷达技术发展的重要方向。随着半导体技术,尤其是微波单片集成电路(MMIC)技术的快速发展,集成化的单片式T/R组件已经成为重要的研究课题。在单片化T/R组件的基础上,更轻、更薄、更高性价比的有源相控阵雷达的实现成为可能。采用微波单片集成电路技术实现的单片化T/R组件具有体积小、集成度高、一致性好、可靠性高等诸多优点,已经成为现代有源相控阵T/R组件的重要发展趋势,是实现T/R组件小型化、低成本、高可靠、高密度的重要技术手段。为了满足瓦片式有源相控阵天线对体积、功耗和性能的要求,本文实现了一款集成功率放大器、低噪声放大器和开关的微波单片集成单路,仅用2mm×1.5mm的芯片面积便实现了T/R组件的功能。采用MMIC单片集成技术实现的T/R芯片,集成了TR组件中前端的功能,具有集成度高、体积小、重量轻、一致性好等诸多优点,是目前T/R组件发展的主要趋势之一。本文设计的Ku频段GaAs T/R收发一体多功能芯片采用0.25um GaAs pHEMT工艺实现,工作在Ku波段13~19GHz,相对带宽接近50%。发射端的放大器采用两级放大结构,在设计中结合高增益、高效率等多种设计技术,在保证输出功率足够的情况下优化了放大器的效率、增益、带宽、增益平坦度等指标,最终的小信号增益、输出功率和PAE分别达到了21dB、20dBm和40%,微调偏置电压后PAE可达50%以上。接收端的低噪声放大器的设计采用三级放大设计,为降低功耗和噪声系数,晶体管采用较低的偏置电压,并在末级晶体管上使用了负反馈技术,确保了良好的增益平坦度,低噪放的噪声系数在带内均小于1.6 dB,并具有21dB的小信号增益。为实现单片化的T/R组件,单片上集成了并联结构的收/发切换开关,放置在发射放大器的输出端和接收低噪放的输入端。开关设计中,本文采用了收发联动的设计方法,确保芯片端口阻抗匹配的一致性,从而保证与天线对接时的优良性能。在加入开关损耗后,T/R芯片发射链路的增益大于20dB,功率大于19dBm,PAE大于35%,接收链路噪声小于3dB,增益大于20dB。经过测试验证,该T/R芯片的各项指标可满足各项指标要求,并在多个工程项目中获得应用。