CN110220925A - 辐射计前端结构 - Google Patents

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高立昆
要志宏
许向前
王玉
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Abstract

本发明适用于太赫兹安检、物质检测、遥感以及医疗诊断等技术领域，提供了一种辐射计前端结构，该结构包括：金属盒体，上侧面开有一凹槽；石英探针、两级低噪声放大器芯片、检波器芯片以及视频放大器依次设置于所述凹槽内，且相邻器件之间电气连接。通过将器件芯片化，并将各芯片设置于一个金属盒体内，可以显著减小各电路的体积，具有较高的集成度，可实现全自动装配。

Description

辐射计前端结构
技术领域
本发明属于太赫兹安检、物质检测、遥感以及医疗诊断等技术领域，尤其涉及一种辐射计前端结构。
背景技术
辐射计是一种用于测量物体热辐射的高灵敏度接收机，是被动微波遥感的主要工具。目前，基于地基(含地面与船载平台)、空基(含飞机、导弹、气球平台)、星基(含卫星、宇宙飞船、航天飞机平台)等运载平台的微波辐射计均得到了迅猛的发展，而辐射计也从米波辐射计，发展到现在的毫米波、亚毫米波甚至太赫兹辐射计。太赫兹能够以很少的衰减量而穿过非金属和非极性材料，实现材料内部太赫兹成像探测。
辐射计前端作为辐射计系统的重要组成部分，其性能直接影响系统的指标。目前所研究的太赫兹电路模块多为单一功能模块，仅能实现低噪声放大或混频等单一功能，并在单一模块的基础上进行级联来实现太赫兹辐射计前端的系统电路，例如现有技术中的低噪声辐射计接收机，包括微带转换集成模块、滤波放大集成模块以及单片放大集成模块，各个模块相互独立气密封装，采用同轴端子相连，并与检波以及积分电路分为两个盒体装配，盒体之间采用电连接器连接，从而导致集成度较差，装配难度大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种辐射计前端结构，以解决现有技术中集成度较差，装配难度大的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种辐射计前端结构，包括：
金属盒体，上侧面开有一凹槽；
石英探针、两级低噪声放大器芯片、检波器芯片以及视频放大器依次设置于所述凹槽内，且相邻器件之间电气连接。
在一实施例中，所述金属盒体的凹槽内设置多个凸台，所述凸台用于定位芯片。
在一实施例中，所述两级低噪声放大器芯片以及所述检波器芯片，依次设置于对应的凸台上。
在一实施例中，所述两级低噪声放大器芯片包括：第一低噪声放大器芯片和第二低噪声放大器芯片；
所述辐射计前端结构还包括：
传导线，设置于所述金属盒体凹槽内的凸台之间、石英探针与所述第一低噪声放大器芯片对应的凸台之间以及所述检波器芯片对应的凸台与所述视频放大器之间；
其中，相邻器件之间通过所述传导线电气连接。
在一实施例中，所述传导线包括微带线和熔融石英基片；
所述石英探针、所述两级低噪声放大器芯片和所述检波器芯片的相邻器件之间设置的传导线为熔融石英基片，所述检波器芯片和所述视频放大器之间设置的传导线为微带线。
在一实施例中，所述石英探针和所述第一低噪声放大器芯片通过所述石英探针和所述第一低噪声放大器芯片之间的熔融石英基片采用键合方式实现电气连接；
所述两级低噪声放大器芯片和所述检波器芯片通过对应凸台两侧的熔融石英基片采用键合方式实现电气连接；
所述检波器芯片和所述视频放大器通过所述检波器芯片和所述视频放大器之间的微带线采用键合方式实现电气连接。
在一实施例中，所述采用键合方式实现电气连接，包括：
采用键合方式通过键合丝电气连接，所述键合丝包括：金丝、金带或者铝丝。
在一实施例中，所述两级低噪声放大器芯片的衬底采用InP衬底。
在一实施例中，所述视频放大器中运算放大器放大倍数调试采用键合式多阻值串联型薄膜电阻，通过键合丝调整电阻值。
本发明实施例的第一方面提供了一种终端设备，包括上述所述辐射计前端结构中的任一种。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过将器件芯片化，并将各芯片设置于一个金属盒体内，可以显著减小各电路的体积，具有较高的集成度，可实现全自动装配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的辐射计前端结构的示意图；
图2是本发明另一实施例提供的辐射计前端结构的示意图；
图3是本发明另一实施例提供的辐射计前端结构的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的辐射计前端结构的示意图，详述如下。
所述辐射计前端结构，可以包括：金属盒体101、石英探针102、两级低噪声放大器芯片103、检波器芯片104以及视频放大器105。
金属盒体101，上侧面开有一凹槽；
石英探针102、两级低噪声放大器芯片103、检波器芯片104以及视频放大器105依次设置于所述凹槽内，且相邻器件之间电气连接。
可选的，石英探针103用于接收物体辐射的太赫兹信号。太赫兹波是指频率在0.1THz-10THz频谱范围内的电磁波，处于毫米波与光波之间。太赫兹能够以很少的衰减量而穿过陶瓷、纺织品、布料、纸板、塑料、木料、墙壁等非金属和非极性材料，可实现材料内部太赫兹成像探测。
低噪声放大器芯片104用于放大接收到的宽带有用信号，两级噪声放大器芯片可以实现更高的射频增益，放大接收到的宽带有用信号，经检波器输出视频有用信号后，有用信号幅度更高，相比检波器本身产生的恒定热噪声，视频信号的信噪比更高，进而提升辐射计等效噪声温度灵敏度。
检波器芯片105用于将接收到的有用信号转换成直流检波电压。
视频放大器106用于将检波电压进一步放大并转换成差分电压输出。
上述辐射计前端结构，通过将器件芯片化，并将各芯片设置于一个金属盒体内，可以显著减小各电路的体积，具有较高的集成度，可实现全自动装配。
可选的，如图2所示，所述辐射计前端结构中还包括：凸台106。
所述金属盒体101的凹槽内设置多个凸台106，所述凸台106用于定位芯片。
可选的，所述两级低噪声放大器芯片103以及所述检波器芯片104，依次设置于对应的凸台106上。
可选的，如图2所示，石英探针102，设置于所述金属盒体101的凹槽内并且位于所述两级低噪声放大器芯片103对应的凸台左侧，用于接收物体辐射的信号；
视频放大器105，设置于所述金属盒体101的凹槽内并且位于所述检波器芯片104对应的凸台右侧。
可选的，如图3所示，所述两级低噪声放大器芯片103可以包括：第一低噪声放大器芯片1031和第二低噪声放大器芯片1032。
如图3所示，所述辐射计前端结构，还可以包括：传导线107。
传导线107，设置于所述金属盒体101凹槽内的凸台之间、石英探针102与所述第一低噪声放大器芯片1031对应的凸台之间以及所述检波器芯片104对应的凸台与所述视频放大器105之间。
其中，相邻器件之间通过所述传导线107电气连接。
可选的，所述传导线107包括微带线和熔融石英基片。
可选的，所述石英探针102、所述两级低噪声放大器芯片103和所述检波器芯片104的相邻器件之间设置的传导线可以为熔融石英基片，所述检波器芯片104和所述视频放大器105之间设置的传导线可以为微带线。
可选的，相邻器件通过相邻器件之间的传导线通过键合方式电气连接。
可选的，所述石英探针102和所述第一低噪声放大器芯片1031通过所述石英探针102和所述第一低噪声放大器芯片1031之间的熔融石英基片采用键合方式实现电气连接。
所述两级低噪声放大器芯片103和所述检波器芯片104通过对应凸台两侧的熔融石英基片采用键合方式实现电气连接；
所述检波器芯片104和所述视频放大器105通过所述检波器芯片104和所述视频放大器105之间的微带线采用键合方式实现电气连接。
可选的，通过键合方式采用键合丝实现电气连接，键合丝可以包括金丝、金带或者铝丝。可选的，可以采用键合金丝实现电气连接。
可选的，辐射计前端结构中，金属盒体凹槽内做了芯片凸台定位和传导线定位，可以实现芯片、传导线和外围电容、垫片等的全自动装架；装架完成后，借助产品较小的键合区域(≤50*100mm2)和金属盒体中的特殊定位标记进行键合对位图像识别，实现全自动化的金丝键合。
可选的，所述两级低噪声放大器芯片103的衬底为InP衬底，相比于GaAs器件，InP衬底的两级低噪声放大器芯片的截止频率更高，噪声特性更加优良。
可选的，所述视频放大器105中运算放大器放大倍数调试采用键合式多阻值串联型薄膜电阻，通过键合丝调整电阻值。在视频放大器105的视频放大PCB电路中，通过运算放大器可以实现被动探测器即辐射计输出电压区间的调整。传统方法使用表贴电阻焊接更换元器件，本实施例中通过该运算放大器比例电阻改为可键合式多阻值串联型薄膜电阻，可以实现免焊接的高效率调测试，该调试方法可以极大的提升了调试效率，减少手工焊接工艺，提升产品可靠性。
上述辐射计前端结构，通过将器件芯片化，并将各芯片设置于一个金属盒体内，可以显著减小各电路的体积，具有较高的集成度，可实现全自动装配，另设置凸台，使得部分芯片可以设置于对应的凸台上，降低装配难度，可实现工程化和批产化。
可选的，本发明实施例还提供一种终端设备，该终端设备可以包括上述任一种辐射计前端结构，且具有上述辐射计前端结构所具有的所有有益效果。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种辐射计前端结构，其特征在于，包括：
金属盒体，上侧面开有一凹槽；
石英探针、两级低噪声放大器芯片、检波器芯片以及视频放大器依次设置于所述凹槽内，且相邻器件之间电气连接。
2.如权利要求1所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述金属盒体的凹槽内设置多个凸台，所述凸台用于定位芯片。
3.如权利要求2所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述两级低噪声放大器芯片以及所述检波器芯片，依次设置于对应的凸台上。
4.如权利要求3所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述两级低噪声放大器芯片包括：第一低噪声放大器芯片和第二低噪声放大器芯片；
所述辐射计前端结构还包括：
传导线，设置于所述金属盒体凹槽内的凸台之间、石英探针与所述第一低噪声放大器芯片对应的凸台之间以及所述检波器芯片对应的凸台与所述视频放大器之间；
其中，相邻器件之间通过所述传导线电气连接。
5.如权利要求4所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述传导线包括微带线和熔融石英基片；
所述石英探针、所述两级低噪声放大器芯片和所述检波器芯片的相邻器件之间设置的传导线为熔融石英基片，所述检波器芯片和所述视频放大器之间设置的传导线为微带线。
6.如权利要求5所述的辐射计前端结构，其特征在于，
所述石英探针和所述第一低噪声放大器芯片通过所述石英探针和所述第一低噪声放大器芯片之间的熔融石英基片采用键合方式实现电气连接；
所述两级低噪声放大器芯片和所述检波器芯片通过对应凸台两侧的熔融石英基片采用键合方式实现电气连接；
所述检波器芯片和所述视频放大器通过所述检波器芯片和所述视频放大器之间的微带线采用键合方式实现电气连接。
7.如权利要求6所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述采用键合方式实现电气连接，包括：
采用键合方式通过键合丝电气连接，所述键合丝包括：金丝、金带或者铝丝。
8.如权利要求1所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述两级低噪声放大器芯片的衬底采用InP衬底。
9.如权利要求1至8中任一项所述的辐射计前端结构，其特征在于，所述视频放大器中运算放大器放大倍数调试采用键合式多阻值串联型薄膜电阻，通过键合丝调整电阻值。
10.一种终端设备，包括上述权利要求1至9任一项所述辐射计前端结构。
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