CN205142138U - 一种超宽带大瞬时带宽下变频模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超宽带大瞬时带宽下变频模块。超宽带大瞬时带宽下变频模块在电路结构上，包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路。所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。本实用新型具有高集成度、重量轻、体积小、成本低、可靠性高并且具有良好的可制造性等优势。

Description

一种超宽带大瞬时带宽下变频模块

技术领域

本实用新型涉及一种变频模块，特别的涉及一种超宽带大瞬时带宽下变频模块。

背景技术

随着电子信息技术的发展，信号频带越来越宽。宽带接收机作为获取信息的设备前端，需求越来越强烈。同时，为简化系统设计，希望对各频段信号进行统一的中频数字信号处理，对宽带接收机的需求也十分强烈，其技术指标和环境适应性要求也越来越高，可以说接收机的性能对信息获取起着非常重要作用。其中下变频模块就是其中的最重要的组成部分。

常规雷达中的下变频模块一般带宽较窄，采用封装器件、印刷微带电路板，使用普通焊接或表贴焊技术进行器件装配。相控阵雷达由于单元众多，对单个通道的集成度、体积、重量要求甚高，如果采用传统的表贴器件构成的变频通道，寄生效应大，指标没法保证，且无法满足高集成度、重量轻、体积小的要求。因此，进行变频通道的设计应充分考虑集成度、可靠性、体积、重量、成本、可制造性等因素。

微组装技术是九十年代以来在半导体集成电路技术、混合集成电路技术和表面组装技术(SMT)的基础上发展起来的新一代电子组装技术。微组装技术是在高密度多层互连基板上，采用微焊接和封装工艺组装各种微型化片式元器件和半导体集成电路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三维立体结构的高级微电子组件的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超宽带大瞬时带宽下变频模块，其具有高集成度、重量轻、体积小、成本低、可靠性高并且具有良好的可制造性等优势。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种超宽带大瞬时带宽下变频模块，在电路结构上，其包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路；所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。

作为上述方案的进一步改进，所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；放大器A1的一端作为所述射频信号的输入端，放大器A1的另一端依次经由驻波器N1、变频器M1、驻波器N2、放大器A2、滤波器Z1、驻波器N3、变频器M2、驻波器N4连接单刀双掷开关S1；放大器A3的一端作为变频器M1的本振信号的输入端，放大器A3的另一端经由驻波器N5连接变频器M1；放大器A4的一端作为变频器M2的本振信号的输入端，放大器A4的另一端经由驻波器N6连接变频器M2。

作为上述方案的进一步改进，所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；放大器A5的一端连接单刀双掷开关S1，放大器A5的另一端依次经由滤波器Z2、放大器A6、驻波器N7、放大器A7连接滤波器Z3的一端，滤波器Z3的另一端作为所述中频放大支路的信号输出端。

作为上述方案的进一步改进，所述中频放大支路的信号传输方向与两个二次变频支路的信号传输方向相反。

作为上述方案的进一步改进，在机械结构上，所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔。进一步地，上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接。

进一步地，所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊。优选地，所述外盖板采用铝合金壳体屏蔽和密封。

进一步地，所述上腔设置有电源、绝缘子，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合。优选地，所述上腔还设置有微波信号线、控制及电源接口，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.超宽带、大瞬时带宽，适用范围广，所有工作频率在0.8GHz～18GHz以内，瞬时带宽在1.2GHz以内的变频通道均可使用此模块；

2.采用分段变频，使一次混频后的频率不至于太高，降低加工难度，提高技术指标；

3.采用窄腔结构设计，避免腔体效应产生自激；

4.工艺上采用MCM多芯片高密度组装技术、激光封焊技术、绝缘子焊接技术、金丝球焊、压焊键合技术。

附图说明

图1为本实用新型超宽带大瞬时带宽下变频模块的电路结构方框图。

图2为本实用新型超宽带大瞬时带宽下变频模块的机械结构剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型。

本实用新型采用背景技术下的新型微组装技术，对下变频模块进行创新设计，进一步缩小体积和重量，减少元器件数目种类，降低成本，从而满足宽带DBF接收机的需要。由此设计完成的二次变频模块，可广泛应用于军用、通信宽带接收机系统中，具有广阔的应用范围。本实用新型涉及了两个方面：射频接收系统中变频通道的电路形式和结构工艺上的改进。本实用新型可用于射频接收系统中的二次变频通道中，具体应用，在军事方面，可应用于电子战侦察、SAR、相控阵雷达等宽带接收机的二次变频通道中，在民用方面，可应用于民用雷达、宽带通信系统的二次变频通道中。

本实用新型的构思如下。

电路上：将频率划分为高频段和低频段，二次变频后通过单刀双掷开关输出一路中频信号，将频率划分为高频段和低频段，使一次混频后的频率不至于太高，降低加工难度，提高技术指标；采用窄腔结构，避免腔体效应产生自激；盒体采用上下分腔的方法，上下两层之间利用绝缘子对穿连接，射频绝缘子和SMP采用气密结构，保证了上腔的气密性。采用J30J插座，解决了与系统相连馈电和控制的问题；另外，设计下变频模块全部选用宽带器件，所有工作频率在0.8GHz～18GHz以内，瞬时带宽在1.2GHz以内的变频通道均可使用此模块。

结构工艺上：模块分上、下腔，上腔有内盖板、外盖板，外盖板密封采用激光封焊，使用铝合金壳体屏蔽和密封，基板与铝合金壳体间焊接采用大面积钎焊技术，多个5880基板进行一体化设计，在多个基板上使用多芯片高密度组装技术，控制信号和电源与绝缘子连接使用金丝球焊进行键合，微波信号采用金丝楔焊进行键合，控制及电源接口通过J30J与下腔微带板连接。

超宽带大瞬时带宽下变频模块的构成：

◆从电路功能上来划分，包括：

低频段二次变频支路；

高频段二次变频支路；

中频放大支路；

电源控制板；

◆从结构工艺上来划分，包括：

裸芯片、表贴IC等片式元器件；

5880基板；

4003基板；

铝合金壳体；

内盖板、上盖板、下盖板。

所述下变频模块工作频率0.8GHz～18GHz，瞬时带宽1.2GHz，超宽带、大瞬时带宽，交调抑制大于50dB，带内起伏小于3dB。将频率划分为高频段和低频段，二次变频后通过单刀双掷开关输出一路中频信号；采用窄腔结构，保证了信号的隔离度。采用SMP和烧结绝缘子，保证了射频系统的气密性。

请参阅图1，本实施例的超宽带大瞬时带宽下变频模块，在电路结构上，其包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路。所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。

在电路上，将射频信号的频率划分为高频段和低频段，在二次变频后通过单刀双掷开关S1输出一路中频信号，其中，低频段二次变频是所述射频信号经过低频段二次变频支路的二次变频后，再通过单刀双掷开关S1至中频放大支路的过程；高频段二次变频是所述射频信号经过高频段二次变频支路的二次变频后，再通过单刀双掷开关S1至所述中频放大支路的过程；所述中频放大支路是把中频信号进行滤波放大的过程；所述中频放大支路的信号传输方向与两个二次变频支路的信号传输方向相反。

也就是说，图1为本实用新型所述超宽带大瞬时带宽下变频模块原理框图，为本实用新型设计时所依据的原理框图；采用分段变频，低频段为0.8GHz～6GHz，高频段为6GHz～18GHz；低频段二次变频是射频信号经过二次变频通过单刀双掷开关至中频放大支路的过程，高频段二次变频是射频信号经过二次变频通过单刀双掷开关至中频放大支路的过程；中频放大支路是把中频信号进行滤波放大的过程。高频段二次变频支路与低频段二次变频支路是对称结构，因此，二次变频的两种混频器需选用对称结构的混频器；为了减小尺寸，节约成本，中频放大支路的信号传输方向与二次变频支路的传输方向相反，公共通道(中频放大支路)分配的增益较高。

所述模块的工作频率0.8GHz～18GHz，瞬时带宽1.2GHz，所有工作频率在0.8GHz～18GHz以内，瞬时带宽在1.2GHz以内的变频通道均可使用此模块。所述模块内低频段二次变频电路形式，低频段射频信号经放大、一次混频、驻波特性调整、滤波、二次混频，形成低频段二中频信号。所述模块内高频段二次变频电路形式，高频段射频信号经放大、一次混频、驻波特性调整、滤波、二次混频，形成高频段二中频信号。所述在模块内使用MCM技术完成信号高、低频段变频功能，二次变频后通过单刀双掷开关输出一路中频信号进入中频放大支路。所述模块内中频放大电路形式，对单刀双掷开关切入的中频信号进行放大、驻波调整和滤波后，再放大，通过射频绝缘子进入下腔，经滤波后输出中频信号。

所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；放大器A1的一端作为所述射频信号的输入端，放大器A1的另一端依次经由驻波器N1、变频器M1、驻波器N2、放大器A2、滤波器Z1、驻波器N3、变频器M2、驻波器N4连接单刀双掷开关S1；放大器A3的一端作为变频器M1的本振信号的输入端，放大器A3的另一端经由驻波器N5连接变频器M1；放大器A4的一端作为变频器M2的本振信号的输入端，放大器A4的另一端经由驻波器N6连接变频器M2。

所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；所述射频信号经过放大器A1进行放大，进入驻波器N1经改善驻波特性送至变频器M1进行变频，变频器M1所需的本振信号经过放大器A3放大、驻波器N5驻波调整后达到变频器M1，下变频至一中频，然后经过驻波器N2调整驻波特性，经过放大器A2进行放大，再经过带通滤波器Z1滤除干扰后，经过驻波器N3改善驻波特性，进入变频器M2进行变频，变频器M2的本振信号经过放大器A4放大、驻波器N6驻波调整后达到变频器M2，变频至二中频后，经过驻波器N4改善驻波进入单刀双掷开关S1，进入所述中频放大支路。

由于低频段二次变频支路与高频段二次变频支路结构对称，故高频段二次变频支路：来自开关滤波器组的高频段射频信号经滤除杂散和干扰后，进入下变频模块内部，经过A8进行放大，进入N8经改善驻波特性送至变频器M3进行变频，M3所需本振信号由外部送入，经过A10、N12后达到混频器所需本振电平。下变频至一中频，然后经过N9调整驻波特性，经过A9进行放大，再经过带通滤波器Z4滤除干扰后，经过N10改善驻波特性，进入二次下变频器M4进行下变频，M4的本振信号由外部送入，经过A11放大，N13驻波调整后达到混频器所需本振电平。变频至二中频后，经过N11改善驻波进入单刀双掷开关，进入公共支路(中频放大支路)。

所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；放大器A5的一端连接单刀双掷开关S1，放大器A5的另一端依次经由滤波器Z2、放大器A6、驻波器N7、放大器A7连接滤波器Z3的一端，滤波器Z3的另一端作为所述中频放大支路的信号输出端。

所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；来自低频段变频支路和高频段变频支路的二中频信号经单刀双掷开关S1进入中频放大支路，经过放大器A5进行放大，再经过低通滤波器Z2滤除本振和高频交调后，进入放大器A6放大，经驻波器N7改善驻波特性送至放大器A7放大，经带通滤波器Z3输出中频信号。

请结合图2，在结构工艺上，所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔，上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接；所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊，并使用铝合金壳体屏蔽和密封；所述上腔设置有电源、绝缘子、微波信号线、控制及电源接口，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。

图2中，频接口：RF1、RF2、1LO1、1LO2、2LO1、2LO2、IF。(注：RF1为低频段射频输入口，RF2为高频段射频输入口，1LO1为低频段一本振，1LO2为低频段二本振，2LO1为高频段一本振，2LO2为高频段二本振，IF为中频输出口)，9芯电源控制接口：+5V、TTL、-5V、GND。

请参阅表1，表1为本实用新型超宽带大瞬时带宽下变频模块的测试表。

表1

结合电路结合和机械结构，本实用新型的各大特征如下：

1.模块技术特征：工作频率0.8GHz～18GHz，瞬时带宽1.2GHz，将频率划分为高频段和低频段，二次变频后通过单刀双掷开关输出一路中频信号；

2.模块结构特征：裸芯片和表贴器件混装结构；窄腔结构；铝合金壳体，基板与铝合金壳体间焊接采用大面积焊接；上下分腔，中间用烧结绝缘子连接；

3.模块工艺特征：共晶焊、钎锡焊、回流焊、金丝楔焊、金丝球焊、激光焊、导电胶电连接、绝缘胶固定等。

其中，所述模块结构形式：上下分腔，中间用绝缘子相连；上腔射频部分采用窄腔结构。

所述模块结构特征：表面安装、铝合金壳体，尺寸：100×80×20mm³；电源和控制信号通过9芯插座对外连接；低频段信号和高频段信号通过SMP盲配接口对外连接；其余微波信号通过射频绝缘子和射频连接器与外界连接。

所述模块工艺形式：共晶焊、钎锡焊、回流焊、金丝楔焊、金丝球焊、激光焊、导电胶电连接、绝缘胶固定等。

所述模块工艺特征：裸芯片和钼铜衬底之间采用共晶焊；RO5880微带板与铝合金壳体之间采用大面积钎锡焊；表贴元器件采用回流焊；射频传输线和裸芯片电连接采用金丝楔焊；裸芯片的供电及控制与绝缘子之间采用金丝球焊；裸芯片和钼铜衬底焊接后通过导电胶粘结在铝合金壳体上；某些元器件的固定需要用绝缘胶固定；铝合金壳体采用激光焊以确保气密。

综上所述，本实用新型公开的新型超宽带大瞬时带宽下变频模块，工作频率0.8GHz～18GHz，瞬时带宽1.2GHz。电原理上包括：低频段二次变频支路、高频段二次变频支路，通过单刀双掷开关进入中频放大支路；结构上包括：窄腔结构、裸芯片和表贴器件混装结构、RO5880微带板、RO4003微带板和铝合金壳体；工艺上包括：共晶焊、钎锡焊、回流焊、金丝楔焊、金丝球焊、激光焊、导电胶电连接、绝缘胶固定；其特征在于：超宽带、大瞬时带宽，交调抑制大于50dB，带内起伏小于3dB。

所述超宽带大瞬时带宽下变频模块结构上分上下两腔，射频部分位于上腔，控制及电源部分位于下腔；工艺上采用多芯片高密度组装技术、大面积钎焊技术、激光焊技术、绝缘子焊接技术、金丝球焊、金丝压焊键合技术；电路结构中采用分腔技术，提高各信号之间的隔离度，充分考虑电磁兼容性和信号完整性。

本实用新型技术亮点在于：适用性强，超宽带(0.8GHz～18GHz)，大瞬时带宽(1.2GHz)，所有工作频率在0.8GHz～18GHz以内，瞬时带宽在1.2GHz以内的变频通道均可使用此模块；将频率划分为高频段和低频段，使一次混频后的频率不至于太高，降低加工难度，提高技术指标；采用窄腔结构，避免腔体效应产生自激；盒体采用上下分腔的方法，上下两层之间利用绝缘子对穿连接，保证了上腔气密性；采用射频SMP盲配，既保证了气密性，又解决了与前端开关滤波器组的连接问题，节省了电缆，缩小了体积；采用均衡电路，解决了带内的起伏问题，并提高了多通道之间的一致性。结构上，结合系统的尺寸要求充分利用空间，把中频滤波器(LC滤波器)置于下腔，通过绝缘子与上腔互连。工艺上，采用多基板大面积焊接技术、可拆卸气密封装技术，提高了模块的可靠性、可维修性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：在电路结构上，其包括低频段二次变频支路、高频段二次变频支路、单刀双掷开关S1、中频放大支路；所述低频段二次变频支路与所述高频段二次变频支路为对称结构，两个二次变频支路的一端均接收射频信号，两个二次变频支路的另一端均连接单刀双掷开关S1，由单刀双掷开关S1选择其中一个二次变频支路连接至所述中频放大支路。

2.如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述低频段二次变频支路包括放大器A1～A4、驻波器N1～N6、变频器M1～M2、滤波器Z1；放大器A1的一端作为所述射频信号的输入端，放大器A1的另一端依次经由驻波器N1、变频器M1、驻波器N2、放大器A2、滤波器Z1、驻波器N3、变频器M2、驻波器N4连接单刀双掷开关S1；放大器A3的一端作为变频器M1的本振信号的输入端，放大器A3的另一端经由驻波器N5连接变频器M1；放大器A4的一端作为变频器M2的本振信号的输入端，放大器A4的另一端经由驻波器N6连接变频器M2。

3.如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述中频放大支路包括放大器A5～A7、驻波器N7、滤波器Z2～Z3；放大器A5的一端连接单刀双掷开关S1，放大器A5的另一端依次经由滤波器Z2、放大器A6、驻波器N7、放大器A7连接滤波器Z3的一端，滤波器Z3的另一端作为所述中频放大支路的信号输出端。

4.如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述中频放大支路的信号传输方向与两个二次变频支路的信号传输方向相反。

5.如权利要求1所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：在机械结构上，所述超宽带大瞬时带宽下变频模块的腔体采用上下分腔的方式分成上腔、下腔。

6.如权利要求5所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：上腔、下腔之间采用绝缘子对穿连接。

7.如权利要求5所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述上腔由内而外设置内盖板、外盖板，所述外盖板密封采用激光封焊。

8.如权利要求7所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述外盖板采用铝合金壳体屏蔽和密封。

9.如权利要求5所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述上腔设置有电源、绝缘子，所述电源与所述绝缘子之间的连接使用金丝球焊进行键合。

10.如权利要求9所述的超宽带大瞬时带宽下变频模块，其特征在于：所述上腔还设置有微波信号线、控制及电源接口，所述微波信号线采用金丝楔焊进行键合，所述控制及电源接口通过J30J与所述下腔的微带板连接。