CN115728761A - 一种新型两发两收毫米波sip装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型两发两收毫米波SIP装置，包括：垫片、依次连接设置于垫片上方的陶瓷板、可伐围框和盖板；垫片设有若干垫片矩形贯通槽，分别为：一对发射矩形贯通槽和一对接收矩形贯通槽；陶瓷板设有稳压电路、发射通道、接收下变频和中频放大通道；稳压电路用于给发射通道、接收下变频和中频放大通道供电。本发明采用结构波导‑类波导‑SIW‑微带线传输线实现波导到平面电路的转换，使得毫米波SIP收发模块具有气密性。

Description

一种新型两发两收毫米波SIP装置

技术领域

本发明涉及通讯和雷达技术领域，具体为一种新型两发两收毫米波SIP装置。

背景技术

毫米波(波长介于1mm～10mm的电磁波)相较其他波段有波长短，穿透电离层的能力强，具有比红外和可见光更强的穿透烟尘、云雾等恶劣天气的能力，能全天候工作，而且由于相对带宽较宽，可以实现点对点大容量通信和高分辨率成像。毫米波频段是当前军事电子技术发展的主要频段，以及广泛应用于精确制导、雷达、保密通信等方面。随着现代军事电子装备对频带宽、灵敏度高和小型化日益增长的需求，宽带收发组件作为核心部件，其性能将直接影响系统。

SIP(System in package，系统级封装)技术是将多个有源电路和无源电路封装在一起使其具备系统功能，它也可以作为一个子系统应用到电路中。为缩减系统体积、减轻重量和降低成本，SIP技术已经成为当前的发展趋势。

因此，有必要提供一种毫米波段的SIP模块，能够满足高频带、小型化、低成本和多通道发展的要求。

发明内容

本发明在于针对传统收发系统体积大、成本高的缺点，提供了一种新型两发两收毫米波SIP模块，能够满足高频带、小型化、低成本和多通道发展的要求。

为实现上述目的和其他相关目的，本发明构通过以下技术方案实现：

一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特点是，包括：垫片、依次连接设置于垫片上方的陶瓷板、可伐围框和盖板；

所述垫片设有若干垫片矩形贯通槽，分别为：一对发射矩形贯通槽和一对接收矩形贯通槽；

所述的陶瓷板设有稳压电路、发射通道、接收下变频和中频放大通道；所述的稳压电路用于给发射通道、接收下变频和中频放大通道供电；

所述的发射通道包括：依次相连的发射倍频器、功率放大器、发射功分器，以及与发射功分器输出端相连的两根微带转波导传输线；

所述的接收下变频包括依次相连的功合器和低噪放；所述功合器的输入端连接两根波导转微带传输线；

所述的中频放大通道包括第一级中频放大器、可调衰减器、第二级中频放大器和第三级中频放大器；所述的可调衰减器连接于第一级中频放大器输出端以及第二级中频放大器的输入端，所述的第二级中频放大器输出端和第三级中频放大器的输入端连接外接电路。

进一步地，所述垫片材料为钼铜或钨铜，两个接收矩形贯通槽位于垫片一侧，且接收矩形贯通槽宽边的中心线对齐；两个发射矩形槽位于垫片中心位置附近，发射矩形贯通槽宽边的中心线对齐；

所述垫片除四个矩形贯通槽内壁外其余地方镀金，两个发射矩形贯通槽围成的最大包络与两个接收矩形槽围成的最大包络不干涉，矩形槽的大小与外部对接的波导大小一致。

进一步地，所述陶瓷板为陶瓷多层板，层数不低于9层，第一层放置接收下变频处进行开盲腔处理；所述陶瓷板的第一、二层两侧祛除部分边缘陶瓷，使得第三层露出，在第三层设置射频信号输入接口、电源信号输入接口、外接电路接口以及输出电压接口，所祛除的边缘陶瓷长度与陶瓷多层板长度一致；所述可伐围框、盖板尺寸与陶瓷多层板第一层尺寸相同。

进一步地，所述陶瓷板外围尺寸与钼铜垫片外围尺寸一致，所述发射功分器和功合器设置于陶瓷板第一层。

进一步地，所述输出电压接口需要外接大电容，同时也可以给外部器件供电。

进一步地，所述陶瓷板中集成的波导转微带传输线和/或微带转波导传输线中的类波导部分为底部到第四层的多层通孔围成的矩形形状，所述的矩形形状与垫片矩形贯通槽大小一致；所述陶瓷板最底层与垫片矩形贯通槽对应的位置无金属，其余地方铺满金属。

进一步地，所述的波导转微带传输线为波导转类波导转SIW转微带传输线；所述的微带转波导传输线为微带转SIW转类波导转波导传输线，所述类波导转SIW或SIW转类波导的拐角通过局部平面接地形成毫米波信号直角拐弯匹配传输；所述SIW为多层介质，通过台阶式转换将多层介质SIW转成单层介质SIW再转成微带线，所述类波导的中间一层开耦合孔用于阻抗匹配。

进一步地，各个放大器与稳压电路之间通过低通滤波器隔离，所述低通滤波器通过印制图形在第五层到倒数第二层实现，各个放大器供电节点与低通滤波器通过TCV连接。

进一步地，所述的可调衰减器包括可以自由组合的若干个电阻，其中两个电阻都需要接地处理，所述的第一级放大器和第二级放大器的之间间隔印刷电阻R1、电阻R2和电阻R3，并于电阻R1和电阻R3一侧分别并行印刷四个电阻R4、R5、R6和R7；每个电阻的两边都有用于金丝键合的金属片，所述电阻R1～R7可以自由组合，通过键合到不同的金属片可以形成不同衰减量的可调衰减器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明能够满足高频带、小型化、低成本和多通道发展的要求。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置的外形结构侧视图；

图2是本发明一实施例提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置的内部结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置垫片结构俯视图；

图4是本发明一实施例提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置波导-类波导-SIW-微带线传输线示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置的可调衰减器设计示意图。

图6是本发明一实施例提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置原理图。

具体实施方式

以下结合附图1-6和具体实施方式对发明提出的一种新型两发两收毫米波SIP装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1～6所示，一种新型两发两收毫米波SIP装置，包括：垫片1、依次连接设置于垫片上方的陶瓷板2、可伐围框3和盖板4；所述垫片1设有若干垫片矩形贯通槽，分别为：一对发射矩形贯通槽11和一对接收矩形贯通槽12。

底部设置金属垫片挖贯通槽用以发射/接收信号，金属垫片上放置陶瓷板，在陶瓷板2上集成稳压电路21、发射通道22、接收下变频23和中频放大通道24，陶瓷板上防止金属围框，用可伐围框隔离出三个区域将所述收发电路和中频电路隔离避免信号之间串扰，最后用盖板把整个电路密闭起来，封装成一个两收两发毫米波SIP装置。

所述垫片材料为钼铜或钨铜，两个接收矩形贯通槽位于垫片一侧，且接收矩形贯通槽宽边的中心线对齐；两个发射矩形槽位于垫片中心位置附近，发射矩形贯通槽宽边的中心线对齐；所述垫片除四个矩形贯通槽内壁外其余地方镀金，两个发射矩形贯通槽围成的最大包络与两个接收矩形槽围成的最大包络不干涉，矩形槽的大小与外部对接的波导大小一致，防止垫片安装时导电胶/焊锡进入贯通槽影响信号传输性能。

参见图2，所述的陶瓷板2设有稳压电路21、发射通道22、接收下变频23和中频放大通道24；所述的稳压电路21用于给发射通道22、接收下变频23和中频放大通道24供电；

参见图6，所述的发射通道包括：依次相连的发射倍频器、功率放大器、发射功分器，以及与发射功分器输出端相连的两根微带转波导传输线；

所述的接收下变频包括依次相连的功合器和低噪放；所述功合器的输入端连接两根波导转微带传输线；

所述的中频放大通道包括第一级中频放大器、可调衰减器、第二级中频放大器和第三级中频放大器；所述的可调衰减器连接于第一级中频放大器输出端以及第二级中频放大器的输入端，所述的第二级中频放大器输出端和第三级中频放大器的输入端连接外接电路。

上述的新型两发两收毫米波SIP装置还包括：本振，所述本振包括依次相连的本振倍频器、本振放大器，本振倍频器和发射倍频器的输入端连接于一功分器的输出端，本振放大器输出端以及接收下变频的低噪放输出端通过混频器连接第一级中频放大器输出端；所述的SIP装置还包括依次相连的振荡器、倍频器、放大器，该放大器输出端连接功分器的输出端。

如图2所示，所述陶瓷板为陶瓷多层板，层数不低于9层，第一层放置接收下变频(射频芯片)处进行开盲腔处理；所述陶瓷板的第一、二层两侧祛除部分边缘陶瓷210，使得第三层露出，在第三层设置射频信号输入接口211、电源信号输入接口212、外接电路接口213以及输出电压接口214，所祛除的边缘陶瓷长度与陶瓷多层板长度一致；所述可伐围框3、盖板4尺寸与陶瓷多层板第一层尺寸相同。

所述陶瓷板2外围尺寸与钼铜垫片1外围尺寸一致，所述发射功分器和功合器设置于陶瓷板第一层，发射功分器和功合器的隔离电阻采用厚膜工艺印刷，一体化烧结，且分别位于两个发射口和两个接收口之间。

所述输出电压接口214需要外接大电容，同时也可以给外部器件供电。所述陶瓷板中集成的波导转微带传输线和/或微带转波导传输线中的类波导部分为底部到第四层的多层通孔围成的矩形形状，所述的矩形形状与垫片矩形贯通槽大小一致；所述陶瓷板最底层与垫片矩形贯通槽对应的位置无金属，其余地方铺满金属。所述的波导转微带传输线为波导转类波导转SIW转微带传输线(参见图4)；所述的微带转波导传输线为微带转SIW转类波导转波导传输线，所述类波导转SIW或SIW转类波导的拐角通过局部平面接地形成毫米波信号直角拐弯匹配传输；所述SIW为多层介质，通过台阶式转换将多层介质SIW转成单层介质SIW再转成微带线，所述类波导的中间一层(多层陶瓷板的第四层)开耦合孔用于阻抗匹配。

各个放大器与稳压电路之间通过低通滤波器隔离，所述低通滤波器通过印制图形在第五层到倒数第二层实现，各个放大器供电节点与低通滤波器通过TCV(陶瓷穿孔)连接。

如图5所示，所述的可调衰减器包括可以自由组合的若干个电阻，其中两个电阻都需要接地处理，所述的第一级放大器和第二级放大器的之间间隔印刷电阻R1、电阻R2和电阻R3，并于电阻R1和电阻R3一侧分别并行印刷四个电阻R4、R5、R6和R7；每个电阻的两边都有用于金丝键合的金属片，所述电阻R1～R7可以自由组合，通过键合到不同的金属片可以形成不同衰减量的可调衰减器。

在具体实施例中，R1、R2和R3分别为6Ω，12Ω，6Ω；R4～R7分别为110Ω，220Ω，220Ω，110Ω；两个220Ω电阻都需要接地处理，每个电阻的两边都有用于金丝键合的金属片，所述7个电阻可以自由组合，通过键合到不同的金属片可以形成不同衰减量的可调衰减器；上述的第二级中频放大器输出端口和第二级中频放大器输入端口通过TCV过孔下穿到第三层，并从该层引出电极(213)，用于外部功能扩展，如滤波、温补衰减等。

接收下变频23、中频放大通道24、本振和发射通道22采用金属通孔隔离，金属通孔采用第一到第五层，和第五层到底层错开布置，隔离金属通孔上方有可焊层，用于与可伐围框3共晶焊接；接收混频器本振口与本振放大器传输采用微带转SIW转微带28传输，上述围框置于SIW上方隔离；发射信号表层功分后一路给发射通道，另一路通过TCV(陶瓷穿孔)进入第三层经过发射波导转SIW转微带下方再通过TCV(陶瓷穿孔)进入第一层给本振放大器输入端；所述可伐围框通过共晶焊接到陶瓷板上，陶瓷板粘接/焊接到垫片上，SIP采用盖板采用平行封焊。

本发明提供的一种新型两发两收毫米波SIP装置，基于陶瓷多层板的SIP装置内部集成电源、发射通道、接收通道和中频电路，集成度很高；进一步地，基于陶瓷多层板的SIP模块对外结构虽然为开口波导，但是陶瓷板内部集成微带-波导结构，组件内部仍实现了气密，保证了气密性；进一步地，基于陶瓷多层板的SIP模块扩展性强，从陶瓷板第三层引出稳压后的电压接口和外接电路接口，使其中频电路可扩展，也可以对外部电路供电；再进一步地，基于陶瓷多层板的SIP模块将功分器、滤波器和衰减器一体化集成在陶瓷板内部，使其具有小型化、低成本的优势；最后，基于陶瓷多层板的SIP模块因其特殊的波导口布局，使其易于与外部波导传输口集成。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，包括：垫片、依次连接设置于垫片上方的陶瓷板、可伐围框和盖板；

所述垫片设有若干垫片矩形贯通槽，分别为：一对发射矩形贯通槽和一对接收矩形贯通槽；

所述的陶瓷板设有稳压电路、发射通道、接收下变频和中频放大通道；所述的稳压电路用于给发射通道、接收下变频和中频放大通道供电；

所述的发射通道包括：依次相连的发射倍频器、功率放大器、发射功分器，以及与发射功分器输出端相连的两根微带转波导传输线；

所述的接收下变频包括依次相连的功合器和低噪放；所述功合器的输入端连接两根波导转微带传输线；

所述的中频放大通道包括第一级中频放大器、可调衰减器、第二级中频放大器和第三级中频放大器；所述的可调衰减器连接于第一级中频放大器输出端以及第二级中频放大器的输入端，所述的第二级中频放大器输出端和第三级中频放大器的输入端连接外接电路。

2.如权利要求1所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述垫片材料为钼铜或钨铜，两个接收矩形贯通槽位于垫片一侧，且接收矩形贯通槽宽边的中心线对齐；两个发射矩形槽位于垫片中心位置附近，发射矩形贯通槽宽边的中心线对齐；

所述垫片除四个矩形贯通槽内壁外其余地方镀金，两个发射矩形贯通槽围成的最大包络与两个接收矩形槽围成的最大包络不干涉，矩形槽的大小与外部对接的波导大小一致。

3.如权利要求1所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述陶瓷板为陶瓷多层板，层数不低于9层，第一层放置接收下变频处进行开盲腔处理；所述陶瓷板的第一、二层两侧祛除部分边缘陶瓷，使得第三层露出，在第三层设置射频信号输入接口、电源信号输入接口、外接电路接口以及输出电压接口，所祛除的边缘陶瓷长度与陶瓷多层板长度一致；所述可伐围框、盖板尺寸与陶瓷多层板第一层尺寸相同。

4.如权利要求1所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述陶瓷板外围尺寸与钼铜垫片外围尺寸一致，所述发射功分器和功合器设置于陶瓷板第一层。

5.如权利要求3所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述输出电压接口需要外接大电容，同时也可以给外部器件供电。

6.如权利要求4所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述陶瓷板中集成的波导转微带传输线和/或微带转波导传输线中的类波导部分为底部到第四层的多层通孔围成的矩形形状，所述的矩形形状与垫片矩形贯通槽大小一致；所述陶瓷板最底层与垫片矩形贯通槽对应的位置无金属，其余地方铺满金属。

7.如权利要求6所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述的波导转微带传输线为波导转类波导转SIW转微带传输线；所述的微带转波导传输线为微带转SIW转类波导转波导传输线，所述类波导转SIW或SIW转类波导的拐角通过局部平面接地形成毫米波信号直角拐弯匹配传输；所述SIW为多层介质，通过台阶式转换将多层介质SIW转成单层介质SIW再转成微带线，所述类波导的中间一层开耦合孔用于阻抗匹配。

8.如权利要求1所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，各个放大器与稳压电路之间通过低通滤波器隔离，所述低通滤波器通过印制图形在第五层到倒数第二层实现，各个放大器供电节点与低通滤波器通过TCV连接。

9.如权利要求1所述的一种新型两发两收毫米波SIP装置，其特征在于，所述的可调衰减器包括可以自由组合的若干个电阻，其中两个电阻都需要接地处理，所述的第一级放大器和第二级放大器的之间间隔印刷电阻R1、电阻R2和电阻R3，并于电阻R1和电阻R3一侧分别并行印刷四个电阻R4、R5、R6和R7；每个电阻的两边都有用于金丝键合的金属片，所述电阻R1～R7可以自由组合，通过键合到不同的金属片可以形成不同衰减量的可调衰减器。

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