CN206673954U - 基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，包括：微波数字复合基板、变频模块、低噪声放大模块和滤波模块，其中，所述变频模块、低噪声放大模块和滤波模块均采用多芯片MCM微组装技术形成，并被装焊至所述微波数字复合基板的表面上，所述变频模块包括：切换开关、上变频器和下变频器，所述切换开关接入一路本振信号，并选择性的送至所述上变频器或所述下变频器，所述低噪声放大模块与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述下变频器连接组成接收支路，所述下变频器与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述低噪声放大模块连接组成发射支路。本实用新型具有高集成度、重量轻、体积小、可靠性高、灵活可扩充的优点。

Description

基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置

技术领域

本实用新型涉及射频收发技术领域，特别涉及一种基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置。

背景技术

近些年来，随着大型有源相控阵雷达技术，尤其是新型的数字阵列雷达技术的迅速发展，对多通道T/R组件的需求在快速增加，一般而言，T/R组件通道与阵列天线单元一一对应，装机数量多、设备量大，占系统成本比重大，有的甚至达到2/3以上，可以说，多通道T/R组件是阵列雷达的关键组成部分，其研制开发对系统具有非常重要的意义。

现代雷达、通讯技术的发展，对系统T/R组件轻小型化的要求越来越高，即体积越来越小，重量越来越轻，同时具备的功能还不能打折扣，尤其是某些应用环境下，如在机载平台、卫星设备上，受平台的承重、能耗等使用研制，对T/R组件轻小型化的要求更为迫切。

T/R组件主要是实现信号收发功能，内部电路主要组成为收发模块。T/R组件随着技术发展，目前大量应用的有两种：模拟T/R和数字T/R，但不管哪一类型T/R，都离不开射频信号收发，即射频收发模块。传统的T/R组件收发射频模块设计主要特点为：

1)采用上、下变频分开独立设计，分属2个不同的模块，分别包含有各自的混频器和滤波器；工艺上，采用带封装器件、印刷微带电路板、铝屏蔽盒，使用普通焊接或表贴焊技术进行器件装配。

2)电路板基本为单层印刷电路板，微波电路、数字控制信号电路均独立制版设计，两者之间通过线缆组件连接。电路板占用体积较大，集成度较低。

现代大型相控阵雷达单元数量众多，对单路T/R通道的集成度、体积、重量要求越来越高，如果采用传统的射频收发模块设计实现方式，无法满足高集成度、小体积、轻重量的要求，无法适应现代雷达系统发展的需要。因此T/R组件内部射频收发模块的设计应充分考虑集成度、体积、重量、可扩充性等因素，迫切需要采取一种新型设计方式的射频收发模块。

微波数字复合基板技术是采用新型的复合半固化片将多层微带电路与高密度数字电路压合在一起，将传统的多层微波电路板和印制板相结合，通过金属化孔、材料和形状的立体组合等新技术实现电性能的互联与集成。

随着MCM(Multi Chip Module,多芯片模块)技术的快速发展，将多块未封装的集成电路芯片高密度安装在同一基板上构成一个完整的部件，已成为微波组件研制的主要发展方向。MCM技术集成先进印刷线路板技术、先进混合集成电路技术、先进表面安装技术、半导体集成电路技术于一体，是典型的垂直集成技术，对半导体器件来说，它是典型的柔性封装技术，是一种电路的集成。MCM的出现使电子系统实现小型化、模块化、低功耗、高可靠性提供了有效的技术保障。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，该射频收发装置具有集成度高，体积小，重量轻，生产成本低，可靠性高的特点。

为了实现上述目的，本实用新型一方面的实施例提供一种基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，包括：微波数字复合基板、变频模块、低噪声放大模块和滤波模块，其中，所述变频模块、低噪声放大模块和滤波模块装焊至所述微波数字复合基板的表面上。

其中，所述变频模块包括：切换开关、上变频器和下变频器，所述切换开关接入一路本振信号，并选择性的送至所述上变频器或所述下变频器。

其中所述低噪声放大模块与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述下变频器连接组成接收支路。

所述下变频器与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述低噪声放大模块连接组成发射支路。

在本实用新型的一个实施例中，所述微波数字复合基板包括自上而下的微波电路层、数字电路层和地层，所述微波数字复合基板采用微型金属化盲孔实现信号垂直互联，采用微型金属化通孔实现地层连接。

进一步，所述微波电路层为采用复合介质基板材料及工艺制作的微波多层板。

另，所述数字电路层为采用FR-4材料及普通多层PCB工艺制作的6层数字电路芯板。

并且，所述微波电路层和数字电路层采用复合半固化片压合在一起制成表面电路。其 中，所述地层为采用粘结片加铜箔材料制作成的接地板。

所述变频模块采取有源混频方式，所述上变频器和所述下变频器分别包括：一次有源变频芯片、二次有源变频芯片。

所述滤波模块包括：射频滤波器、一中频滤波器，二中频滤波器。

其中，所述射频滤波器分别与所述上变频器和下变频器的一次有源变频芯片连接，所述上变频器和下变频器的一次有源变频芯片与所述一中频滤波器连接，所述一中频滤波器与分别与所述上变频器和下变频器的二次有源变频芯片连接，所述上变频器和下变频器的二次有源变频芯片与所述二中频滤波器连接。

所述低噪声放大模块包括限幅器、朗格耦合器、低噪声放大器、收发开关，所述限幅器、朗格耦合器、低噪声放大器、收发开关集成于一体化全密封金属陶瓷表贴管壳。

根据本实用新型实施例的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，通过对射频收发模块进行创新设计，采用微波数字复合基板技术，解决了传统射频收发模块所面临的高集成、轻小型化实际使用需求，而且可靠性高、功耗低，大大推动了现代相控阵雷达技术的发展，尤其是数字阵列雷达技术的快速发展。本实用新型与传统T/R组件射频收发模块相比，明显集成度更高、体积更小，便于批量生产。而且每只射频收发模块之间都可以进行任意互换，把射频收发模块作为一个基本电路单元，根据系统需要灵活复制扩充，构建所需的单通道T/R或多通道T/R组件。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置的示意图；

图2为根据本实用新型的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置的信号流向图；

图3为根据本实用新型的微波数字复合基板的分层结构图；

图4为根据本实用新型的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置的接口图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，包括：微波数字复合基板10、变频模块13、低噪声放大模块11和滤波模块12。其中，在微波数字复合基板10上，采用SMT电装工艺，机器自动贴装，把上述已模块化的变频模块13、低噪声放大模块11，滤波模块12和数字集成电路、电容、电感等分立器件一起在微波数字复合基板10表面上进行SMT装焊，最终形成的整体构成本实用新型所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置。

另，变频模块13包括：上变频器15、下变频器14，切块开关16，其中，上、下变频器，切换开关16均采用芯片形式，该变频模块13设计为有源混频方式，即在变频芯片上同时集成信号放大功能，相较于无源混频加外围放大电路的实现方式集成度更高，体积更小。

此外，该变频模块13采用高温共烧陶瓷可伐合金的基板屏蔽盒一体化设计的方式，最大限度获得小尺寸，高密度集成。

具体为多层高温共烧陶瓷基板进行一体化设计，在高温共烧陶瓷基板上使用多芯片高密度组装，信号互联使用金丝球焊进行键合，控制信号及电源线路埋置于基板内，使用可伐合金壳体屏蔽和密封，工艺上，采用高温共烧陶瓷基板与可伐合金壳体间焊接采用大面积焊接技术、冠状倒扣密封技术，形成一体化的上、下变频模块。

如图1所示，上变频器15和下变频器14，合二为一，切换开关16接入一路本振信号，并选择性的送至上变频器15或下变频器14，同时利用滤波器工作可逆原理，上、下变频器共用一个滤波模块12，通过收发开关分别切换至收发支路，这样就节省了电路体积、本振接口及滤波器数量。

如图3所示，微波数字复合基板包括自上而下的微波电路层23、数字电路层25和地层27，采用微型金属化盲孔29实现信号垂直互联，采用微型金属化通孔28实现地层连接。通过电路仿真优化实现电路图形合理布局及结构分层，电路设计排版完毕后再进行制板。

其中，微波电路层23为采用复合介质基板材料及工艺制作的微波多层板，数字电路层25为采用FR-4材料及普通多层PCB工艺制作的6层数字电路芯板。微波电路层23和数字电路层25采用复合半固化片24压合在一起制成表面电路，通过金属化盲孔29实现数字电路互连。

地层27为采用粘结片26加铜箔材料制作成的接地板，采用微型金属化通孔28实现地层27连接，金属化孔钻孔采用复合介质板专用加工参数，严格控制钻头寿命，确保孔壁光滑无撕裂；沉铜前先做凹蚀处理，再做等离子改性处理，确保孔铜附着力和可靠性。

此外，对于完成低噪声放大功能的低噪声放大模块11，包括限幅器、耦合器、低噪声放大器、收发开关；限幅器、耦合器、低噪声放大器、收发开关集成于一体化全密封金属陶瓷表贴管壳，完成射频信号限幅、低噪声放大、收发开关切换功能，集成度高，体积小，接口简单，可靠性高。

如图4所示，本实用新型的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置的接口有射频信号输入接口RF1、射频信号输出接口RF2、一本振接口LO1、二本振接口LO2、一中频信号接口IF1、二中频信号接口IF2、收发开关TTL。

变频模块采取有源混频方式，上变频器14包括：一次有源变频芯片19a、二次有源变频芯片21a；下变频器包括：一次有源变频芯片19b,二次有源变频芯片21b。

如图2所示，本实用新型的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置工作信号流程为：

接收(下变频)工作：对模块加电，输入一本振LO1、二本振LO2信号，收发开关TTL信号控制在接收态，来自系统前端的射频信号RF1先经过低噪声放大模块11对射频信号进行低噪声放大，经射频滤波器18对射频信号滤波后，输入至变频电路进行两次下变频，经下变频器的一次有源变频芯片19b第一次下变频后输出一中频信号IF1，经一中频滤波器20对一中频信号滤波后，再经下变频器的二次有源变频芯片21b第二次下变频后输出二中频信号IF2，经二中频滤波器滤波22后，最终输出给系统后端的A/D模块进行处理。

发射(上变频)工作：对模块加电，输入一本振LO1、二本振LO2信号,收发开关TTL信号控制在发射态，来自系统后端的中频激励信号IF2，先经过二中频滤波器22，对激励波形滤波后，输入至变频电路进行两次上变频，经上变频器的二次有源变频芯片21a第一次上变频后输出一中频信号IF1，经一中频滤波器20对一中频信号滤波后，再经上变频器的一次有源变频芯片19a第二次上变频后输出射频信号，经射频滤波器18对射频信号滤波后，输入至低噪声放大模块11后输入至功率放大器17进行信号放大产生发射信号RF2， 最终输出给系统前端的天线对外辐射或作为后一级更大功率放大器的激励。

另，本实用新型的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置实现的主要技术参数为：工作频段：S波段；噪声系数：不大于2.8dB；接收增益：54dB(可调)；发射输出：8dBm(可调)；体积：42.5mm*59mm*1.6mm(长*宽*高)；重量：不大于25g。

需要说明的是，以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，还可以做出若干简单设计更改，如变频模块内部采用一次有源变频方式，或调整变频模块发射输出功率、接收增益等技术参数，都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的保护范围。

根据本实用新型实施例的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，通过对射频收发模块进行创新设计，采用微波数字复合基板技术，解决了传统射频收发模块所面临的高集成、轻小型化实际使用需求，而且可靠性高、功耗低，大大推动了现代相控阵雷达技术的发展，尤其是数字阵列雷达技术的快速发展。本实用新型与传统T/R组件射频收发模块相比，明显集成度更高、体积更小，便于批量生产。而且每只射频收发模块之间都可以进行任意互换，把射频收发模块作为一个基本电路单元，根据系统需要灵活复制扩充，构建所需的单通道T/R或多通道T/R组件。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，包括：微波数字复合基板、变频模块、低噪声放大模块和滤波模块，

其中，所述变频模块、低噪声放大模块和滤波模块装焊至所述微波数字复合基板的表面上，

其中，所述变频模块包括：切换开关、上变频器和下变频器，所述切换开关接入一路本振信号，并选择性的送至所述上变频器或所述下变频器，

其中所述低噪声放大模块与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述下变频器连接组成接收支路，

所述下变频器与所述滤波模块连接，所述滤波模块与所述低噪声放大模块连接组成发射支路。

2.根据权利要求1所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述微波数字复合基板包括自上而下的微波电路层、数字电路层和地层，所述微波数字复合基板采用微型金属化盲孔实现信号垂直互联，采用微型金属化通孔实现地层连接。

3.根据权利要求2所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述微波电路层为采用复合介质基板材料及工艺制作的微波多层板。

4.根据权利要求2所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述数字电路层为采用FR-4材料及普通多层PCB工艺制作的6层数字电路芯板。

5.根据权利要求2、3或4所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述微波电路层和数字电路层采用复合半固化片压合在一起制成表面电路。

6.根据权利要求2所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述地层为采用粘结片加铜箔材料制作成的接地板。

7.根据权利要求1所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述变频模块采取有源混频方式，所述上变频器和所述下变频器分别包括：一次有源变频芯片、二次有源变频芯片。

8.根据权利要求1或7所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述滤波模块包括：射频滤波器、一中频滤波器和二中频滤波器，

其中，所述射频滤波器分别与所述上变频器和下变频器的一次有源变频芯片连接，所述上变频器和下变频器的一次有源变频芯片与所述一中频滤波器连接，所述一中频滤波器与分别与所述上变频器和下变频器的二次有源变频芯片连接，所述上变频器和下变频器的二次有源变频芯片与所述二中频滤波器连接。

9.根据权利要求1所述的基于微波数字复合基板技术的多芯片射频收发装置，其特征在于，所述低噪声放大模块包括限幅器、朗格耦合器、低噪声放大器、收发开关，所述限幅器、朗格耦合器、低噪声放大器、收发开关集成于一体化全密封金属陶瓷表贴管壳。