CN111130461A - 宽带小型化上变频组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带小型化上变频组件，包括第一带通滤波器、中频变频多功能芯片、温补衰减器、第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器、宽带变频多功能芯片、3D硅基开关滤波器组、放大调制数控衰减多功能芯片；输入的中频信号经过第一带通滤波器进行滤波，接着经过中频变频多功能芯片放大后变频后输出给温补衰减器，再经过第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器进行滤波，最后经宽带变频多功能芯片进行放大和第二次变频并输出给3D硅基开关滤波器组，信号经过3D硅基开关滤波器组分选后输出给放大调制数控衰减多功能芯片，放大调制数控衰减多功能芯片有两路输出，一路输出给后级功分电路，同时片内级间功分一路给检波电路。
Description
技术领域
本发明属于微波通信技术，尤其是一种6～18GHz宽带小型化上变频组件。
背景技术
近年来军事和航空航天电子装备向“轻、薄、短小”化发展，对其电路组件高密度、高功能和高速化的需求越来越迫切。宽带小型化上变频组件作为弹载电子干扰设备微波发射机的核心部分，其小型化设计有着重要的意义。随着微波集成电路技术及微组装技术工艺不断地发展，微波上变频组件设计也取得了很大地进步，向体积小、重量轻、宽频带和高性能方向发展。
目前现有的成熟产品中使用的6～18GHz上变频组件一般基于微组装技术，使用的主要器件有基于GaAs工艺的单片集成电路，基于硅工艺的MEMS滤波器，即便如此，此种设计架构的组件的尺寸仍然较大，已满足不了设备小型化的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种6～18GHz宽带小型化上变频组件，具有体积小、重量轻、性能好等优点。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带小型化上变频组件，工作频段覆盖6～18GHz，包括第一带通滤波器、中频变频多功能芯片、温补衰减器、第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器、宽带变频多功能芯片、3D硅基开关滤波器组、放大调制数控衰减多功能芯片；其中，输入的中频信号经过第一带通滤波器进行滤波，接着经过中频变频多功能芯片放大后变频后输出给温补衰减器，再经过第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器进行滤波，最后经宽带变频多功能芯片进行放大和第二次变频并输出给3D硅基开关滤波器组，信号经过3D硅基开关滤波器组分选后输出给放大调制数控衰减多功能芯片，放大调制数控衰减多功能芯片有两路输出，一路输出给后级功分电路，同时片内级间功分一路给检波电路。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
（1）使用了3D硅基开关滤波器组，在保证滤波分选的功能和指标要求下，大大减小了组件的尺寸（与传统方式比较减小了约70%），提高了电路的屏蔽性能。
（2）使用了多种多功能芯片，保证了组件的性能，大大减小了组件的体积和重量。
（3）使用微型化的高性能带通带阻频滤波器，减小了组件的体积、优化了组件的谐杂波抑制水平。
（4）组件内部器件选用裸芯片，利用现有微波集成工艺以及针对新器件、新设计方案开发新装配工艺进行组装，器件之间用50ohm微带和金丝键合互连。
附图说明
图1为本发明宽带小型化上变频组件的电路结构图。
图2为本发明3D硅基开关滤波器组电路原理图。
图3为本发明3D硅基开关滤波器组电路架构图。
图4为本发明中频变频多功能芯片电路原理图。
图5为本发明宽带变频多功能芯片电路原理图。
图6为本发明放大调制数控衰减多功能芯片电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1，本发明所述的一种6～18GHz宽带小型化上变频组件，包括第一带通滤波器、中频变频多功能芯片、温补衰减器、第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器、宽带变频多功能芯片、3D硅基开关滤波器组、放大调制数控衰减多功能芯片。其中，输入的中频信号经过第一带通滤波器进行滤波，再经过中频变频多功能芯片放大后变频后输出给温补衰减器，之后再经过第一带阻滤波器，第二带通滤波器，第二带阻滤波器进行滤波，之后再经宽带变频多功能芯片进行放大和第二次变频，之后输出给3D硅基开关滤波器组，信号经过3D硅基开关滤波器组分选后输出给放大调制数控衰减多功能芯片，此芯片有两路输出，一路输出给后级功分电路，同时片内级间功分一路给检波电路。
第一带通滤波器为微型化LC电路，尺寸小、性能好，适应微组装工艺，用来滤除输入信号带外的杂波信号。中频变频多功能芯片具备输入本振信号放大和变频功能，将输入信号变频到2.8～4.8GHz。第一带阻滤波器为微带带阻滤波器，尺寸小、性能好，适应微组装工艺。第二带通滤波器为多层MEMS滤波器，性能好、尺寸小、屏蔽性好。宽带变频多功能芯片具备输入本振信号放大和变频功能，将输入信号变频到6～18GHz。3D硅基开关滤波器组在硅基板上集成了单刀双开关、单刀四开关和7路MEMS滤波器，实现对6～18GHz的射频信号进行分段滤波。放大调制数控衰减多功能芯片内部集成了多级放大器、单刀单开关、数控衰减器和功分器等，实现了对输入信号的放大、调制和数控衰减功能。
作为优选的实施方式，使用了3D硅基开关滤波器组，在实现要求的功能和指标的同时，极大减小了组件尺寸（比传统方式减小了约70%），减轻了装配难度，提高了产品的性能一致性。
作为优选的实施方式，使用了多款多功能芯片，在实现要求的功能的同时，大大减小了组件尺寸。
作为优选的实施方式，使用了微型化的新型滤波器，在有效抑制谐杂波的同时，大大减小了组件尺寸。
组件采用烧结、金丝键合等微组装集成工艺实现芯片装配、互联，使得组件获得了较低噪声及较好的增益平坦度，并且组件体积更小、重量更轻、功耗更低，非常适于军用微波设备。
本实施例中，作为优选的实施方式，第一带通滤波器选用的是中国电科九所研制的LF2.2，其通带频率：0.2～2.2GHz，通带插损小于1.9dB，抑制大于30dB@2.4GHz，45dB@2.6～4GHz，尺寸为10mm×7.5mm×2.5mm。中频变频多功能芯片选用了8511所和米乐为微电子科技有限公司联合研制的MW1906（后面详细介绍）。温补衰减器选用的是中国电科13所研制的BMTVA04N09GB，其工作频率：DC～18GHz，常温衰减4 dB，全温补偿范围4 dB。第一带阻滤波器和第二带阻滤波器选用的是合肥博仑微波器件有限公司研制的RR5000-4-2M，其通带频率：2.8～4.8GHz，通带插损小于1dB，抑制大于25dB@4998～5002MHz，尺寸为10mm×10mm×3.5mm。第二带通滤波器选用的是中国电科13所研制的SiMF3R8/2-8D2，其通带频率：2.8～4.8GHz，通带插损小于2dB，抑制大于30dB@2.2GHz，25dB@5.3GHz，尺寸为5.4mm×7.3mm×0.8mm。宽带变频多功能芯片选用了8511所和米乐为微电子科技有限公司联合研制的MW1907（后面详细介绍）。3D硅基开关滤波器组选用的是8511所和中国电科13所联合研制的NC3523 ME- 618（后面详细介绍）。放大调制数控衰减多功能芯片选用了8511所和米乐为微电子科技有限公司联合研制的MW1908（后面详细介绍）。
本发明实施方式保证宽带小型化上变频组件体积小、重量轻、宽频带和高性能主要依靠几种联合研制的新型器件，3D硅基开关滤波器组、中频变频多功能芯片、宽带变频多功能芯片和放大调制数控衰减多功能芯片。
其中，3D硅基开关滤波器组的工作频率：6～18GHz，开关滤波组分段情况： 6～8.5GHz，7.5～10GHz，9～11.5GHz，10.5～13GHz，12～14.5GHz，13.5～16.5GHz和15.5～18.2GHz，开关滤波组插损：不大于10dB，每段的平坦度小于2dB，开关滤波组带外抑制：每段规定的通带带外1GHz处的抑制大于40 dB，3D硅基开关滤波器组通道间隔离度：不小于50dB，开关滤波组尺寸：20mm×17mm×1.25mm，其电路原理图如图2所示，电路架构如图3所示。
图3显示的是3D硅基开关滤波器组模块的电路架构示意图，3D硅基开关滤波器组由四层硅基片堆叠而成（自下向上依次编号），位于最下方的为第一层，在第一层和第二层硅基片之间制作了4路微带滤波器，在第三层和第四层硅基片之间制作了3路微带滤波器，通过金属化通孔将上述7路微带滤波器的输入输出端口均连接到第二层和第三层硅基片间金属层制作的带状线上，此带状线与装配在硅片间的开关芯片用键合金丝连接。此架构的高集成度保证了开关滤波器组电路比传统架构体积减小了90%以上，是体积小、重量轻和高性能宽带小型化上变频组件的关键。
其中，中频变频多功能芯片输入信号频率：0.2～2.2GHz，输出信号频率：2.8～4.8GHz，本振输入功率：0～3dBm，变频损耗小于10dB，其电路原理图如图4所示，输入的0.2～2.2GHz的信号经过放大后与5GHz的本振信号进行混频混到2.8～4.8GHz，经过衰减器后输出。本振输入端集成了放大器，这样只需较小的输入功率（0～3dBm）就可以驱动混频器。此多功能芯片基于GaAs工艺，尺寸为3.9mm×1.3mm×0.1mm。
其中，宽带变频多功能芯片输入信号频率：2.8～4.8GHz，输出信号频率：6～18GHz，本振频率：7.8～17.8GHz，本振输入功率： 0～3dBm，变频损耗小于10dB，其电路原理图如图5所示，输入的2.8～4.8GHz的信号经过放大后与7.8～17.8GHz的本振信号进行混频混到6～18GHz，经过衰减器后输出。本振输入端集成了放大器，这样只需较小的输入功率（0～3dBm）就可以驱动混频器。此多功能芯片基于GaAs工艺，尺寸为2.7mm×0.95mm×0.1mm。
其中，放大调制数控衰减多功能芯片输入信号频率：6～18GHz，输入信号功率范围：-32～-28dBm，输出信号频率：6～18GHz，输出信号功率范围：+8～+12dBm，调制开关：通断比≥70dB，6位数控衰减器，1/2/4/8/16/32 dB，步进1 dB，其电路原理图如图6所示，输入的6～18GHz的信号放大后经过单刀单开关进行调制，进一步放大后功分两路，一路直接输出；一路经过放大，数控衰减之后输出。此多功能芯片基于GaAs工艺，尺寸为3.3mm×3mm×0.1mm。
Claims (10)
1.一种宽带小型化上变频组件，工作频段覆盖6～18GHz，其特征在于：包括第一带通滤波器、中频变频多功能芯片、温补衰减器、第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器、宽带变频多功能芯片、3D硅基开关滤波器组、放大调制数控衰减多功能芯片；其中，输入的中频信号经过第一带通滤波器进行滤波，接着经过中频变频多功能芯片放大后变频后输出给温补衰减器，再经过第一带阻滤波器、第二带通滤波器、第二带阻滤波器进行滤波，最后经宽带变频多功能芯片进行放大和第二次变频并输出给3D硅基开关滤波器组，信号经过3D硅基开关滤波器组分选后输出给放大调制数控衰减多功能芯片，放大调制数控衰减多功能芯片有两路输出，一路输出给后级功分电路，同时片内级间功分一路给检波电路。
2.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：第一带通滤波器为微型化LC电路，适应微组装工艺，用来滤除输入信号带外的杂波信号，通带频率：0.2～2.2GHz，通带插损小于1.9dB，抑制大于30dB@2.4GHz，45dB@2.6～4GHz，尺寸为10mm×7.5mm×2.5mm。
3.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：中频变频多功能芯片具备输入本振信号放大和变频功能，将输入信号变频到2.8～4.8GHz。
4.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：第一带阻滤波器和和第二带阻滤波器均为微带带阻滤波器，适应微组装工艺，它们的通带频率：2.8～4.8GHz，通带插损小于1dB，抑制大于25dB@4998～5002MHz，尺寸为10mm×10mm ×3.5mm。
5.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：第二带通滤波器为多层MEMS滤波器，其通带频率：2.8～4.8GHz，通带插损小于2dB，抑制大于30dB@2.2GHz，25dB@5.3GHz，尺寸为5.4mm×7.3mm×0.8mm，性能好、尺寸小、屏蔽性好。
6.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：宽带变频多功能芯片具备输入本振信号放大和变频功能，将输入信号变频到6～18GHz。
7.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：3D硅基开关滤波器组在硅基板上集成了单刀双开关、单刀四开关和7路MEMS滤波器，实现对6～18GHz的射频信号进行分段滤波。
8.根据权利要求1或7所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：所述3D硅基开关滤波器组由四层硅基片堆叠而成，自下向上依次编号，位于最下方的为第一层，在第一层和第二层硅基片之间制作了4路微带滤波器，在第三层和第四层硅基片之间制作了3路微带滤波器，通过金属化通孔将上述7路微带滤波器的输入输出端口均连接到第二层和第三层硅基片间金属层制作的带状线上，此带状线与装配在硅片间的开关芯片用键合金丝连接，此架构的高集成度保证了开关滤波器组电路比传统架构体积减小了90%以上。
9.根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：放大调制数控衰减多功能芯片内部集成了多级放大器、单刀单开关、数控衰减器和功分器等，实现了对输入信号的放大、调制和数控衰减功能。
10. 根据权利要求1所述的宽带小型化上变频组件，其特征在于：温补衰减器的工作频率：DC～18GHz，常温衰减4 dB，全温补偿范围4 dB。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200508 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |