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有源相控阵雷达机动性强,输出功率大,作用距离远,抗干扰能力强,分辨率高,功能多样并且可靠性高,在机载预警,星载观测,弹载防御,通讯,导航,气象预测等各个军事和民用领域得到广泛应用。传统的有源相控阵系统大多采用基于MCM技术的砖块式和瓦片式结构,经过多年发展,其电性能和基础技术已经基本成熟,然而为了适应各类平台愈发苛刻的需求,后续轻薄化,高集成,可重构,高性能,低成本将是主要发展目标,而实现这些目标必须采用高集成一体化设计技术。本文在介绍有源相控阵研究背景和关键技术理论的基础上,主要针对有源相控阵的高集成度、小型化、轻薄化这几个难点,对天线设计、LTCC/HTCC基板三维电磁场仿真、电磁兼容、高密度互连、封装设计、热管理、T/R组件等方面进行研究后,提供了多种有源相控阵子阵级设计方案。主要研制了X波段单通道天线微系统和X波段四通道天线微系统,单通道天线微系统和四通道天线微系统均设计了两个版本,第一版为天线和耦合器合并加工,T/R组件单独加工,第二版为全部一体化加工。具体工作如下:1、第一版X波段单通道天线微系统。LTCC贴片天线单元设计面积为24.5mm×14.3mm,占用29层Ferro A6M介质,仿真结果表明,8-12GHz频带内VSWR<2.8,交叉极化电平≤-25dB,相对带宽为40%,实验测得天线单元VSWR<3,增益约6dB,方向图没有明显畸变。LTCC带状线耦合器占用4层Ferro A6M介质,仿真得到耦合度为35±2dB。单通道HTCC T/R组件设计面积为9.1mm×9.1mm,占用11层ALN介质,实验测得,8-12GHz频带内最大接收增益为25.8dB,接收噪声系数为3.5~4.9dB,发射输出功率为29.6dBm。2、第二版X波段单通道天线微系统。它的设计面积跟单通道LTCC贴片天线一致,天线、耦合器和T/R组件三部分总共占用37层Ferro A6M介质。3、第一版X波段四通道天线微系统。2×2 LTCC贴片天线阵设计面积为36.4mm×28.6mm,占用35层Ferro A6M介质,仿真结果表明,8-12GHz频带内有源VSWR<3,交叉极化电平≤-25dB,相对带宽为40%,实验测得2×2天线阵VSWR<3,增益约10dB,方向图没有明显畸变。四通道HTCC T/R组件设计面积为18mm×18mm,占用17层ALN介质。4、第二版X波段四通道天线微系统。它的设计面积跟2×2 LTCC贴片天线阵一致,天线、耦合器和T/R组件三部分总共占用43层Ferro A6M介质。5、第三版四通道HTCC T/R组件采用在ALN基板6面均放置芯片的形式,设计面积为12mm×12mm,占用45层ALN介质,其中25层介质进行了大面积挖腔,从而可以减轻T/R组件的重量。