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由于低空的复杂地理环境和天候情况,直升机等低空飞行器易发生碰撞事故,给飞行员、用户单位等造成严重的人员伤亡与财产损失。毫米波防撞雷达具有全天候工作能力和高分辨力,能实时探测低空飞行器前方空域的碰撞威胁目标,并提供危险告警,从而为低空飞行器提供有效的安全保障。为了提高雷达分辨率、实现雷达小型化及高可靠性,基于W波段固态集成前端的全相参防撞雷达是近年来的研究热点与难点。本文对防撞雷达中的W波段MMIC芯片、W波段收发组件、W波段反射阵天线等关键部件进行了深入细致的理论分析与实验研究,研制了一套W波段防撞雷达集成前端与天线样机,为W波段全相参防撞雷达的研制与验证提供了必要的条件。具体研究内容如下:1.对GaAs pHEMT低噪放的噪声特性进行了研究,深入分析了晶体管小信号模型及其误差,利用二端口线性网络综合理论,采用“T型网络+有误差的晶体管模型+T型网络”的优化模型对晶体管去嵌和参数误差进行了优化,研制出一款W波段GaAs低噪放芯片。同时,对GaAs平衡式四倍频器的倍频效率进行了研究,利用二极管非线性理论,提出了从两种工作模式(倍频工作模式、混频工作模式)来分析平衡式四倍频器的工作机理,结合不同输入、输出谐波反射网络对倍频效率进行了评估,研制了一款W波段GaAs四倍频器芯片。W波段关键MMIC芯片的研制成功,为W波段全相参防撞雷达的研制打下了基础。2.基于研制的W波段芯片,对集成收发组件进行研究,重点分析了组件中的关键工艺与无源器件。其中,对平面器件连接的金丝键合进行了深入的性能分析,找到了一种性能良好的“八字形”双金丝键合方式,在考虑双金丝互耦的情况下,结合理论计算和全波电磁仿真提取了金丝键合模型参数,得到了一种W波段静态金丝键合模型;同时,为了提高集成前端器件间的电磁兼容,研究了基片集成波导(SIW)的传输特性,采用电压探针和电流探针实现空气填充波导(AWG)与SIW的垂直结构过渡,结合电磁场模式转换(依次为:AWG TE01模—电压探针—准同轴TEM模—电流探针—SIW TE01模),研制了一种W波段的宽带、小型化AWG-SIW过渡;再则,由于前端收发模块的高频接口采用AWG形式,为了提高收发集成前端的长期可靠性,需要对AWG进行密封,利用直接耦合滤波器理论和二端口线性网络综合方法,把RT/Duroid5880介质窗等效为并联LC谐振器、四分之一波长直通波导等效为J变换器,采用“介质谐振器—波导J变换器—介质谐振器”的直接耦合滤波器网络结构,研制了一种W波段宽带、低成本的双层气密波导窗。利用上述关键工艺和无源器件,研制了高集成度的W波段倍频模块、W波段低噪声接收模块等,为W波段防撞雷达的小型化奠定了基础。3.重点开展W波段反射阵天线研究,分析了反射阵天线单元相位特性、阵面综合方法等理论,研究了反射阵单元的金属辐射面积、反射面倾角等因素对天线性能的影响,得出了一种降低偏馈反射阵副瓣的设计方法,即当主波束方向与镜面反射方向一致时,天线副瓣将会降低;同时,大的辐射单元金属面积也将改善天线的副瓣。根据以上设计方法研制了一部W波段反射阵天线,解决了W波段防撞雷达对天线高增益、低副瓣、低成本等性能的要求。4.基于研制的MMIC芯片、集成收发组件和反射阵天线,集成了一套W波段前端与天线样机。采用超外差式调频连续波(FMCW)体制的雷达前端架构,避免了脉冲体制盲区、零中频FMCW体制零频信噪比恶化等缺点。通过微波暗室对前端与天线进行远场指标测试,达到了预期的设计目标,为W波段全相参防撞雷达的研制奠定了坚实的基础。