CN112187310A - 基于ebg封装和ltcc电路的新型毫米波前端模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电磁带隙（Electromagnetic Bandgap，EBG）封装和（Low Temperature Co‑fired Ceramic，LTCC）电路的新型毫米波前端模块，所述的新型毫米波前端模块由EBG封装盖板、前端模块壳体、LTCC无源电路、有源集成电路、电源板及其盖板组成。EBG封装盖板则由印刷电路板工艺制作周期结构后整体烧结在金属盖板上，EBG封装盖板的应用，使得其和前端模块壳体之间产生毫米波阻带，抑制前端腔体中的谐振互耦等，有利于LTCC无源电路和有源集成电路的一体化集成装配。本发明具有尺寸小、重量轻、装配易等优点。

Description

基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块
技术领域
本发明属于电磁场与微波技术领域，具体涉及基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块。
背景技术
随着无人机载毫米波探测传感技术的迅速发展与应用，传统波导封装的毫米波前端模块由于尺寸大、重量重等原因已不能适应中小型无人机载毫米波探测传感的应用需求，而专用系统级芯片功能定制，虽然轻巧，缺不能适应各种灵活的应用场景技术指标需求，且其系统级封装的技术门槛也很高，导致整体研发和应用周期远远不能适应民用或军用市场的需求。因此，需要研究新型的毫米波前端模块，利用EBG（电磁带隙，Electromagnetic Bandgap）封装和LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）技术去实现传统波导封装前端模块的小型化和轻量化。
一方面，目前有报道金属柱EBG封装被用于Ka波段功率放大链路的封装，其主要面向的是塑封功率放大芯片，而针对裸芯片时，这类金属柱EBG封装容易造成芯片短路等，且其结构形状单一，设计自由度低；而利用印刷电路制造衬底集成的EBG封装，则能充分利用油墨涂覆绝缘解决裸芯片封装中的风险问题，且印刷电路可以设计成多层EBG周期单元结构，方便灵活设计。另外一方面，基于LTCC设计制作的无源电路报道十分多，其在毫米波频段结合基片集成波导技术，能够实现一系列结构精巧、性能优异、自封装的平面无源电路。
如果能够有效结合印刷电路制造的EBG封装和LTCC平面无源器件则有望实现小型化和轻量化的毫米波前端模块，且其毫米波电路装配面平整，方便微组装工艺的装配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，能够替代传统波导封装毫米波前端模块方案，具有尺寸小、重量轻、装配易等优点，可应用于中小型无人机载雷达探测传感器的应用。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，包括前端模块壳体、毫米波封装盖板和EBG印刷电路板，EBG印刷电路板烧结于毫米波封装盖板的正下方金属面上；毫米波封装盖板盖合在前端模块壳体上表面上，使毫米波封装盖板和前端模块壳体之间形成腔体，腔体下表面为前端模块壳体的毫米波面，毫米波面上设置LTCC无源电路和有源集成电路安装槽、射频接头安装槽、毫米波波导输入输出法兰接口、安装电源板的电源面以及电源控制接插件安装槽。
本发明进一步的优化方案为：
上述的前端模块壳体背对毫米波封装盖板的一侧面设置电源盖板。
上述的EBG印刷电路板上周期单元结构设计为金属过孔周期单元或单孔蘑菇形周期单元或多孔蘑菇形周期单元等。
上述的LTCC无源电路和有源集成电路安装槽中安装有前端模块所使用的无源电路和有源电路。
上述的无源电路包括LTCC微带波导转换、滤波器、耦合器和功分器；有源电路包括功率放大器、低噪放放大器、混频器和倍频器。
上述的LTCC无源电路和有源集成电路安装槽的尺寸传输方向上比所安装电路尺寸大0.05mm，非传输方向上比安装电路尺寸大0.1-0.5mm。
上述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块工作频率设计于毫米波频段，特别是应用较多的W波段、Ka波段等。
本发明具有以下有益效果：
本发明的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块利用EBG封装盖板直接封装前端模块毫米波面的LTCC无源电路和有源集成电路，所封装电路周围无需传统波导封装所需的金属隔离墙，整体前端模块毫米波面十分平坦，十分方便微组装工艺装配。
相比于已有金属波导封装的毫米波前端模块，本发明具有尺寸小、重量轻、装配易等优点，能够广泛应用于对尺寸和重量要求较高的中小型化无人机载应用领域。
附图说明
图1是本发明基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块不同视角的三维结构示意图；
图2是本发明基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块毫米波安装面内部LTCC无源电路和有源集成电路示意图；
图3是根据本发明的W波段前端模块发射功率和噪声系数测量结果；
其中的附图标记为：前端模块壳体1、毫米波封装盖板2、EBG印刷电路板3、电源盖板4，毫米波面5、LTCC无源电路和有源集成电路安装槽6、射频接头安装槽7、毫米波波导输入输出法兰接口8、安装电源板的电源面9、电源控制接插件安装槽10。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
参见图1，基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，包括前端模块壳体1、毫米波封装盖板2和EBG印刷电路板3，EBG印刷电路板3烧结于毫米波封装盖板2的正下方金属面上；毫米波封装盖板2盖合在前端模块壳体1上表面上，使毫米波封装盖板2和前端模块壳体1之间形成腔体，腔体下表面为前端模块壳体1的毫米波面5，毫米波面5上设置LTCC无源电路和有源集成电路安装槽6、射频接头安装槽7、毫米波波导输入输出法兰接口8、安装电源板的电源面9以及电源控制接插件安装槽10。
EBG印刷电路板3中的EBG周期单元采用金属化孔结构，整体为金属化孔阵列结构，金属化孔可以做树脂塞孔填平后铜箔覆盖；EBG印刷电路板朝内面做油墨涂覆，起到绝缘作用。
毫米波波导输入输出法兰接口8为标准WR-10，工作频段为W波段。
参见图2，基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块毫米波面设计有4个通道，它们分别是发射通道、接收通道、本振通道和校准通道。
发射通道内安装有：微带传输线、倍频器单片集成电路、LTCC基片集成波导带通滤波器、功率放大器单片集成电路、LTCC基片集成波导耦合器、LTCC微带波导转换；
接收通道内安装有：微带传输线、低噪放放大器单片集成电路、混频器单片集成电路、LTCC基片集成波导带通滤波器、LTCC基片集成波导耦合器、LTCC微带波导转换；
本振通道内安装有：微带传输线、功率放大器单片集成电路；
校准通道内安装有：微带传输线、校准用集成电路；
参见图3，从图3中可以看出，所述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块在其工作频率范围93GHz~95 GHz内测得发射功率和接收噪声系数分别为28.5dBm和7.5dB附近。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，其特征在于，包括前端模块壳体（1）、毫米波封装盖板（2）和EBG印刷电路板（3），所述的EBG印刷电路板（3）烧结于毫米波封装盖板（2）的正下方金属面上；所述的毫米波封装盖板（2）盖合在前端模块壳体（1）上表面上，使毫米波封装盖板（2）和前端模块壳体（1）之间形成腔体，所述的腔体下表面为前端模块壳体（1）的毫米波面（5），毫米波面（5）上设置LTCC无源电路和有源集成电路安装槽（6）、射频接头安装槽（7）、毫米波波导输入输出法兰接口（8）、安装电源板的电源面（9）以及电源控制接插件安装槽（10）。
2.根据权利要求1所述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，其特征在于，所述的前端模块壳体（1）背对毫米波封装盖板（2）的一侧面设置电源盖板（4）。
3.根据权利要求1所述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，其特征在于，所述的EBG印刷电路板（3）上周期单元结构设计为金属过孔周期单元或单孔蘑菇形周期单元或多孔蘑菇形周期单元。
4.根据权利要求1所述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，其特征在于，LTCC无源电路和有源集成电路安装槽（6）中安装有前端模块所使用的无源电路和有源电路。
5.根据权利要求1所述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，其特征在于，无源电路包括LTCC微带波导转换、滤波器、耦合器和功分器；有源电路包括功率放大器、低噪放放大器、混频器和倍频器。
6.根据权利要求1所述的基于EBG封装和LTCC电路的新型毫米波前端模块，其特征在于，LTCC无源电路和有源集成电路安装槽（6）的尺寸传输方向上比所安装电路尺寸大0.05mm，非传输方向上比安装电路尺寸大0.1-0.5mm。
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