CN104052515A - 高集成度的tr射频模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有源相控阵雷达中TR组件的设计技术领域，特别涉及一种高集成度的TR射频模块。高集成度的TR射频模块，由两块1X8模块对扣组合而成，每个1X8模块主要包括盒体，所述盒体内安装有LTCC集成电路、波控子板、波导-微带转换结构、射频输入接口及输出接口，所述波控子板与LTCC集成电路通过金丝焊接连通；所述LTCC集成电路以LTCC基板为载体，在LTCC基板上集成有前级驱动芯片、功分器、8路TR通道及DAC控制芯片。本发明在LTCC多层基板的基础上，集成有芯片及多功能电路，再通过微电子进行互连，使高集成度的TR射频模块具有体积小、集成度高且具有幅度和相位控制功能。

Description

高集成度的TR射频模块

技术领域

本发明涉及有源相控阵雷达中TR组件的设计技术领域，特别涉及一种高集成度的TR射频模块。

背景技术

自20世纪30年代雷达问世以来，雷达技术在第二次世界大战中获得了高速发展，90年代以后，有源相控阵雷达已成为雷达发展中的主流。

每部有源相控阵雷达中，包含多个T/R组件，它既完成接收任务又完成发射任务以及天线波束电扫描。每一个T/R组件就相当于一个普通雷达的高频头，既包含有发射功率放大器，又有低噪声放大器、移相器及波束控制电路等功能电路。随着现代科技对有源相控阵雷达的要求越来越高，作为有源相控阵雷达核心部件之一的T/R组件的性能也提出了更高的要求，要求集成度高、一致性好、体积小、重量轻，能适应不同的工作平台和环境。目前国内市场化的高频段TR组件还比较少，现有产品的结构复杂，尺寸较大，集成度较低，TR射频通道缺乏有效的幅度相位调制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种模块化、小型化、高集成度且具有幅度和相位控制功能的TR射频模块。   

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

高集成度的TR射频模块，由两块1X8模块对扣组合而成，每个1X8模块主要包括盒体，所述盒体内安装有LTCC集成电路、波控子板、波导-微带转换结构、射频输入接口及输出接口，所述波控子板与LTCC集成电路通过金丝焊接连通；所述LTCC集成电路以LTCC基板为载体，在LTCC基板上集成有驱动芯片、功分器、8路TR通道及DAC控制芯片，所述射频输入接口依次经波导-微带转换结构、驱动芯片、功分器后再分别通过8路TR通道与射频输出接口连接。

上述高集成度的TR射频模块中，所述8路TR通道中的每个通道由矢量调制器芯片、TR芯片及环行器依次级联而成。

    上述高集成度的TR射频模块中，所述LTCC集成电路、波控子板以及波导-微带转换结构安装在盒体的正面；波控子板安装在盒体的背面；射频输入接口和输出接口安装在盒体的侧面。各个电子元件布局紧凑合理，使TR射频模块的体积进一步缩小。

    上述高集成度的TR射频模块中，所述射频输入接口为矩形波导口，通过波导-微带转换结构与LTCC集成电路实现信号传输；射频输出接口为SMP双阳接头，通过双阳SMP接头可与外部天线对接。

上述高集成度的TR射频模块中，所述波控子板上还设置有SPI总线接口，外部信号可经SPI总线接口进入波控子板。

 上述高集成度的TR射频模块中，由于波控子板通过金丝焊接与LTCC集成电路相连，波控子板可与DAC控制芯片实现信号传输，所述DAC控制芯片再通过内部走线与矢量调制器芯片互连。在对LTCC集成电路进行控制时，外部信号通过控制DAC控制芯片的输出电压，来对矢量调制器芯片进行幅相控制。

上述高集成度的TR射频模块中，所述波控子板上包括电源调制电路和逻辑控制电路，以及相应的控制电源接口和控制逻辑接口，所述控制电源接口和控制逻辑接口通过金丝焊接方式与LTCC集成电路连接；TR射频模块所包含的两块波控子板通过软带缆进行互连。

上述高集成度的TR射频模块中，所述1X8模块还包括盖板、屏蔽板等保护性结构。所述盖板安装在盒体正面，位于LTCC集成电路之上，用于保护LTCC集成电路及相关电子元器件；屏蔽板位于SMP接头的外围，防止外部信号干扰。

上述1X8模块中，LTCC集成电路以LTCC基板为载体，通过集成驱动芯片、功分器、8路TR通道、DAC控制芯片、馈电网络及相应控制电路，实现了微波信号的放大，达到了控制电路的高度集成。由于波控子板可与DAC控制芯片实现信号传输，DAC控制芯片再通过内部走线与各个矢量调制器芯片实现互连，通过控制DAC控制芯片的输出电压，进而控制矢量调制器芯片，完成对模块中每路TR通道的幅度和相位的调整，波控子板还对各个通道芯片提供电源。所述波导-微带结构用于波导到微带结构的匹配。所述馈电网络用于完成8路TR通道的等幅同相的馈电或8路TR通道的信号合成。

LTCC（低温共烧陶瓷基板）集成电路采用的多层结构，根据选定的各个器件及其相互的电气关系，选择合适的LTCC材料和介质层数，合理确定各层的功能和相应的浆料。其中，LTCC集成电路中射频信号馈电线与TR通道的元器件同处一层中，并采用带状线结构；而芯片供电线与矢量调制器芯片控制线则处于它们的下层并通过大面积的地层进行隔离。为了防止带状线馈电网络中电磁干扰的影响，此设计中采用金属化过孔进行屏蔽。通过LTCC集成电路采用的多层结构解决了以往电路复杂的连接结构，电子元件处于不同的层中，提高了电路的集成度，缩小了模块尺寸；减小电子元器件的相互干扰，使模块性能指标得以提高。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明采用模块化设计，两块1X8模块对扣组合成高集成度的TR射频模块，使用灵活方便。每个1X8模块结构简单，电子元件布局紧凑合理，使高集成度的TR射频模块的体积能够进一步缩小。LTCC集成电路在LTCC多层基板的基础上，集成有芯片及多功能电路，再通过微电子进行互连，能够可靠地实现微波信号的放大和幅相控制，且达到了控制电路的高度集成。射频通道采用矢量调制器芯片调整信号幅度和相位。

附图说明

图1为本发明中1X8模块的电路连接框图。

图2为本发明中1X8模块的拆分结构示意图。

图3为本发明的整体结构示意图（两块1X8模块未扣拢前）。

图4为本发明的整体结构示意图（两块1X8模块扣拢后）。、

图5为图4中A面的侧视图。

图中标记：1-1X8模块，2-盒体，3-LTCC集成电路，31-LTCC基板，32-驱动芯片，33-功分器，34-TR通道，35-DAC控制芯片，341-矢量调制器芯片、342-TR芯片，343-环行器，4-波控子板，5-波导-微带转换结构，6-矩形波导口，7-SMP双阳接头，8-SPI总线接口，9-盖板，10-屏蔽板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图1、附图2、附图3所示，本实施例的高集成度的TR射频模块，由两块1X8模块1对扣组合而成，每个1X8模块1主要包括盒体2，所述盒体2的正面安装有LTCC集成电路3、波导-微带转换结构5，盒体2的背面安装有波控子板4，盒体2的侧面安装有矩形波导口6及SMP双阳接头7，所述波控子板4与LTCC集成电路3通过金丝焊接连通；所述LTCC集成电路3以LTCC基板31为载体，在LTCC基板31上集成有前级驱动芯片32、功分器33、8路TR通道34及DAC（数模转换）控制芯片35，TR通道34由矢量调制器芯片341、TR芯片342及环行器343依次级联而成，所述矩形波导口6依次经波导-微带转换结构5、前级驱动芯片32、功分器33后再分别通过8路TR通道34与各个SMP双阳接头7连接，SMP双阳接头7再与外部天线连接。所述1X8模块还包括盖板9、屏蔽板10等保护性结构，TR射频模块所包含的两块波控子板4通过软带缆进行互连。

上述高集成度的TR射频模块中，所述LTCC集成电路3采用多层结构，其LTCC基板共有12层介质，TR通道34中的矢量调制器芯片341、TR芯片342被放置于同一腔体内。所述波控子板4上设置有SPI总线接口8、电源调制电路和逻辑控制电路，以及相应的控制电源接口和控制逻辑接口。模块中芯片供电电源和幅相控制信号均由波控子板4提供；由于波控子板4可与DAC控制芯片35实现信号传输，DAC控制芯片35再通过内部走线与矢量调制器芯片341实现互连，通过控制DAC控制芯片35的输出电压，进而控制矢量调制器芯片341的幅度和相位，完成对模块中每个TR通道的幅度和相位的调整，并对各个通道芯片提供电源。

所述高集成度的TR射频模块的收发工作原理为：

在发射状态时，发射信号通过矩形波导口6将信号馈入，在波导-微带转换结构5中通过微带线-带状线过渡转为带状线传输，经前级驱动芯片32放大后，再经功分器33并行馈入由矢量调制器芯片341、TR芯片342及环行器343组成的TR通道34，在TR通道34中根据波束指向由矢量调制器芯片341调整各路信号的幅度和相位，然后经TR芯片221放大，经环行器343后馈入到SMP双阳接头6，SMP双阳接头6与外部天线连接将信号发射出去。

在接收状态时，射频信号通过SMP双阳接头7进入LTCC集成电路3中的8个TR通道34，在TR通道34中信号经过环行器343进入TR芯片342进行信号的放大及衰减控制，放大后根据上级控制指令由矢量调制器芯片341调整信号的幅度和相位，经功分器33合成后变成一路信号，经驱动芯片32放大后，最后通过微带线-带状线过渡从矩形波导口6输出。

供电及控制工作原理为：

外部电源经SPI总线接口8进入波控子板4，1X8模块1中波控子板4与LTCC集成电路3通过金丝焊接连通。外部电源通过波控子板4输入LTCC集成电路3，再经LTCC集成电路3的内部走线及金丝键合的方式传输到各芯片上进行供电。

外部控制信号经SPI总线接口8进入波控子板4，由于波控子板4与LTCC集成电路3通过金丝焊接连通，波控子板4可与DAC控制芯片35实现信号传输，DAC控制芯片35再通过内部走线与各个矢量调制器芯片341互连。在对LTCC集成电路3进行控制时，外部信号通过控制DAC控制芯片35的输出电压，进而可对矢量调制器芯片341进行幅度、相位控制。

整个高集成度的TR射频模块分成两级高密度集成：芯片级和电路级，模块采用专用芯片和环行器实现电路的收发功能和幅相控制功能；采用多层LTCC基板实现芯片、馈电网络、低频控制的一体化集成；通过SPI总线接口输入控制信号完成对射频信号幅度、相位的控制，使模块性能指标得以提高。本实施例采用模块化设计，两块1X8模块对扣组合成高集成度的TR射频模块，使用灵活方便；每个1X8模块结构简单，电子元件布局紧凑合理，使高集成度的TR射频模块的体积能够进一步缩小；LTCC集成电路在LTCC多层基板的基础上，集成有芯片组及多功能电路，再通过微电子进行互连，能够可靠地实现微波信号的放大和幅相控制，且达到了控制电路的高度集成；同时射频通道采用矢量调制器芯片调整信号幅度和相位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。      

Claims (7)

1.高集成度的TR射频模块，其特征在于：由两块1X8模块对扣组合而成，每个1X8模块主要包括盒体，所述盒体内安装有LTCC集成电路、波控子板、波导-微带转换结构、射频输入接口及输出接口，所述波控子板与LTCC集成电路通过金丝焊接连通；所述LTCC集成电路以LTCC基板为载体，在LTCC基板上集成有驱动芯片、功分器、8路TR通道及DAC控制芯片，所述射频输入接口依次经波导-微带转换结构、驱动芯片、功分器后再分别通过8路TR通道与射频输出接口连接。

2.根据权利要求1所述的高集成度的TR射频模块，其特征在于：所述8路TR通道中的每个通道由矢量调制器芯片、TR芯片及环行器依次级联而成。

3.根据权利要求1所述的高集成度的TR射频模块，其特征在于：所述LTCC集成电路、波控子板以及波导-微带转换结构安装在盒体的正面；波控子板安装在盒体的背面；射频输入接口和输出接口安装在盒体的侧面。

4.根据权利要求1所述的高集成度的TR射频模块，其特征在于：所述射频输入接口为矩形波导口；射频输出接口为SMP双阳接头。

5.根据权利要求1所述的高集成度的TR射频模块，其特征在于：所述波控子板上还设置有SPI总线接口。

6.根据权利要求1所述的高集成度的TR射频模块，其特征在于：所述波控子板上包括电源调制电路和逻辑控制电路，以及相应的电源控制接口和控制逻辑接口，TR射频模块所包含的两块波控子板通过软带缆进行互连。

7.根据权利要求1所述的高集成度的TR射频模块，其特征在于：所述1X8模块还包括盖板，所述盖板安装在盒体正面。