CN104052517A - Tr射频模块 - Google Patents
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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TR射频模块。TR射频模块，包括用于安装电路及功能模块的盒体，盒体内安装有LTCC集成电路、控制子板、波导-微带转换结构、射频输入接口及输出接口，所述控制子板与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基板上集成有射频芯片组、数模转换芯片、驱动芯片，所述射频输入接口依次经过波导-微带转换结构、驱动芯片、射频芯片组与射频输出接口连接。本发明在LTCC多层基板的基础上，集成有芯片及多功能电路，具有幅度和相位控制功能。TR射频模块体积小、集成度高、可靠性高且具有幅度和相位控制功能。
Description
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和天线波束电扫描。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，TR组件要求集成度高、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。
TR射频模块，包括用于安装电路及功能模块的盒体，盒体内安装有LTCC集成电路、控制子板、波导-微带转换结构、射频输入接口及输出接口。所述控制子板与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基板上集成有射频芯片组、数模转换芯片、驱动芯片，所述射频输入接口依次经过波导-微带转换结构、驱动芯片、射频芯片组后与射频输出接口连接。
上述TR射频模块中，所述射频芯片组由矢量调制器芯片和发射/接收芯片（T/R）级联构成。
上述TR射频模块中，所述LTCC集成电路、控制子板以及波导-微带转换结构安装在盒体的正面；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TR射频模块中，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，通过SMP双阳接头与外部天线连接。
上述TR射频模块中，所述控制子板上还设置有SPI总线接口,外部信号可经SPI总线接口进入控制子板。
上述TR射频模块中，由于控制子板通过金丝焊接与LTCC集成电路相连，控制子板可与数模转换芯片实现信号传输，所述数模转换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，外部信号通过控制数模转换芯片的输出电压，进而对矢量调制器芯片进行幅度和相位控制。
上述TR射频模块中，所述LTCC集成电路采用多层结构，射频芯片组中的发射/接收芯片（T/R）和矢量调制器芯片被放置于同一腔体内。
上述TR射频模块中，所述TR射频模块包括两块4通道的LTCC集成电路。
上述TR射频模块中，所述控制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。
上述TR射频模块中，还包括盖板、屏蔽盖等保护性结构。
上述TR射频模块中，LTCC集成电路以LTCC基板为载体，通过集成射频芯片组、数模转换芯片、馈电网络及相应控制电路，实现了微波信号的放大、收发转换和幅度相位控制，且达到了电路的高度集成。由于控制子板可与数模转换芯片实现信号传输，数模转换芯片再通过内部走线与各个矢量调制器芯片实现互连，通过控制数模转换芯片的输出电压，进而控制矢量调制器芯片，完成对模块中每个通道幅度和相位的调整，控制子板对各个通道芯片提供电源和收发切换。所述波导-微带结构用于波导到微带结构的匹配，实现信号的匹配输入或输出。所述馈电网络用于完成8个通道等幅同相的馈电或8个通道的信号合成。
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射频芯片组同处一层中，并采用带状线结构；而芯片供电线与矢量调制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介质层中，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：本发明结构简单，电子元件布局紧凑合理，使TR射频模块的体积能够进一步缩小。LTCC集成电路在LTCC多层微带基板的基础上，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、收发切换和幅度相位控制，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为本发明的电路连接框图。
图2为本发明的内部结构示意图。
图中标记：1-盒体， 2-LTCC集成电路，21-LTCC基板，22-射频芯片组，23-数模转换芯片，24-驱动芯片， 221-发射/接收芯片，222-矢量调制芯片，3-控制子板，4-波导-微带转换结构，5-矩形波导口，6-SMP双阳接头，7-SPI总线接口。
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所示，本实施例的TR射频模块，包括用于安装电路及功能模块的盒体1，所述盒体1的正面安装有两块4通道的LTCC集成电路2，控制子板3以及波导-微带转换结构4，盒体1的侧面安装有矩形波导口5、SMP双阳接头6，所述控制子板3与LTCC集成电路2通过金丝焊接连通；所述LTCC集成电路2以LTCC基板21为载体，在LTCC基板21上集成有射频芯片组22、数模转换芯片23、驱动芯片24，射频芯片组22由矢量调制芯片222和发射/接收芯片221串接而成，所述矩形波导口5依次经过波导-微带转换结构4、驱动芯片24、射频芯片组22后与SMP双阳接头6连接，SMP双阳接头6再与外部天线连接。
上述TR射频模块中，所述LTCC集成电路2采用多层结构，射频芯片组22中的发射/接收芯片（T/R）221和矢量调制器芯片222被放置于同一腔体内。所述控制子板3上设置有SPI总线接口7、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控制子板3提供；由于控制子板3可与数模转换芯片23实现信号传输，数模转换芯片23再通过内部走线与矢量调制器芯片222实现互连，通过控制数模转换芯片23的输出电压，进而控制矢量调制器芯片222，完成对模块中每个通道的幅度和相位的调整，控制子板还用于对各个通道芯片提供电源和收发切换。
所述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5将信号馈入，在波导-微带转换结构4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24放大后并行馈入由发射/接收芯片221和矢量调制芯片222组成的射频通道，根据波束指向由矢量调制器芯片222调整各路信号的幅度和相位，然后经发射/接收芯片221放大馈入到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6进入发射/接收芯片221，经发射/接收芯片221中的低噪声放大器进行信号放大，放大后根据上级控制指令由矢量调制器芯片222调整信号的幅度和相位，经首级功率合成后变成一路信号，经驱动芯片24放大后，最后通过微带线-带状线过渡从矩形波导口5输出。
供电及控制工作原理为：
外部电源经SPI总线接口7进入控制子板3，在控制子板3上经过电压调制。由于TR射频模块中控制子板3与LTCC集成电路2通过金丝焊接连通，外部电源通过控制子板3输入LTCC集成电路2，再经LTCC集成电路2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7进入控制子板3，由于控制子板3与LTCC集成电路2通过金丝焊接连通，数模转换芯片23再通过内部走线与各个矢量调制器芯片222互连。在对LTCC集成电路2进行控制时，外部信号通过控制数模转换芯片23的输出电压，进而对矢量调制芯片222进行幅度、相位控制。
整个TR射频模块分成两级高密度集成：芯片级和电路级，模块采用专用芯片实现电路的收发功能和幅相控制功能；采用多层共烧陶瓷基板实现芯片、馈电网络和控制电路的一体化集成；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。本实施例结构简单，电子元件布局紧凑合理，使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、收发切换和幅相控制，且达到了控制电路的高度集成。
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 (8)
1.TR射频模块，包括用于安装电路及功能模块的盒体，其特征在于：盒体内安装有LTCC集成电路、控制子板、波导-微带转换结构、射频输入接口及输出接口，所述控制子板与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基板上集成有射频芯片组、数模转换芯片、驱动芯片，所述射频输入接口依次经过波导-微带转换结构、驱动芯片、射频芯片组后与射频输出接口连接。
2.根据权利要求1所述的TR射频模块，其特征在于：所述射频芯片组由矢量调制器（Vector Modulator）和发射/接收芯片（T/R）级联构成。
3.根据权利要求1所述的TR射频模块，其特征在于：所述LTCC集成电路、控制子板以及波导-微带转换结构安装在盒体的正面；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TR射频模块，其特征在于：所述控制子板上还设置有SPI总线接口。
6.根据权利要求2所述的TR射频模块，其特征在于：所述LTCC集成电路通过多层结构组成不同的腔体，发射/接收芯片（T/R）和矢量调制器芯片被放置于同一腔体内。
7.根据权利要求1所述的TR射频模块，其特征在于：所述TR射频模块包括两块4通道的LTCC集成电路。
8.根据权利要求1所述的TR射频模块，其特征在于：所述控制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。
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