高集成度的tr射頻模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及有源相控陣?yán)走_(dá)中TR組件的設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高集成度的TR射頻模塊。高集成度的TR射頻模塊，由兩塊1X8模塊對(duì)扣組合而成，每個(gè)1X8模塊主要包括盒體，所述盒體內(nèi)安裝有LTCC集成電路、波控子板、波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、射頻輸入接口及輸出接口，所述波控子板與LTCC集成電路通過金絲焊接連通；所述LTCC集成電路以LTCC基板為載體，在LTCC基板上集成有前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片、功分器、8路TR通道及DAC控制芯片。本發(fā)明在LTCC多層基板的基礎(chǔ)上，集成有芯片及多功能電路，再通過微電子進(jìn)行互連，使高集成度的TR射頻模塊具有體積小、集成度高且具有幅度和相位控制功能。
【專利說明】高集成度的TR射頻模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有源相控陣?yán)走_(dá)中TR組件的設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種高集成度的TR射頻模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)30年代雷達(dá)問世以來，雷達(dá)技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)中獲得了高速發(fā)展，90年代以后，有源相控陣?yán)走_(dá)已成為雷達(dá)發(fā)展中的主流。
[0003]每部有源相控陣?yán)走_(dá)中，包含多個(gè)T/R組件，它既完成接收任務(wù)又完成發(fā)射任務(wù)以及天線波束電掃描。每一個(gè)T/R組件就相當(dāng)于一個(gè)普通雷達(dá)的高頻頭，既包含有發(fā)射功率放大器，又有低噪聲放大器、移相器及波束控制電路等功能電路。隨著現(xiàn)代科技對(duì)有源相控陣?yán)走_(dá)的要求越來越高，作為有源相控陣?yán)走_(dá)核心部件之一的T/R組件的性能也提出了更高的要求，要求集成度高、一致性好、體積小、重量輕，能適應(yīng)不同的工作平臺(tái)和環(huán)境。目前國內(nèi)市場化的高頻段TR組件還比較少，現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸較大，集成度較低，TR射頻通道缺乏有效的幅度相位調(diào)制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種模塊化、小型化、高集成度且具有幅度和相位控制功能的TR射頻模塊。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
高集成度的TR射頻模塊，由兩塊1X8模塊對(duì)扣組合而成，每個(gè)1X8模塊主要包括盒體，所述盒體內(nèi)安裝有LTCC集成電路、波控子板、波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、射頻輸入接口及輸出接口，所述波控子板與LTCC集成電路通過金絲焊接連通；所述LTCC集成電路以LTCC基板為載體，在LTCC基板上集成有驅(qū)動(dòng)芯片、功分器、8路TR通道及DAC控制芯片，所述射頻輸入接口依次經(jīng)波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)芯片、功分器后再分別通過8路TR通道與射頻輸出接口連接。
[0005]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述8路TR通道中的每個(gè)通道由矢量調(diào)制器芯片、TR芯片及環(huán)行器依次級(jí)聯(lián)而成。
[0006]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述LTCC集成電路、波控子板以及波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)安裝在盒體的正面；波控子板安裝在盒體的背面；射頻輸入接口和輸出接口安裝在盒體的側(cè)面。各個(gè)電子元件布局緊湊合理，使TR射頻模塊的體積進(jìn)一步縮小。
[0007]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述射頻輸入接口為矩形波導(dǎo)口，通過波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與LTCC集成電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸；射頻輸出接口為SMP雙陽接頭，通過雙陽SMP接頭可與外部天線對(duì)接。
[0008]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述波控子板上還設(shè)置有SPI總線接口，外部信號(hào)可經(jīng)SPI總線接口進(jìn)入波控子板。
[0009]上述高集成度的TR射頻模塊中，由于波控子板通過金絲焊接與LTCC集成電路相連，波控子板可與DAC控制芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，所述DAC控制芯片再通過內(nèi)部走線與矢量調(diào)制器芯片互連。在對(duì)LTCC集成電路進(jìn)行控制時(shí)，外部信號(hào)通過控制DAC控制芯片的輸出電壓，來對(duì)矢量調(diào)制器芯片進(jìn)行幅相控制。
[0010]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述波控子板上包括電源調(diào)制電路和邏輯控制電路，以及相應(yīng)的控制電源接口和控制邏輯接口，所述控制電源接口和控制邏輯接口通過金絲焊接方式與LTCC集成電路連接；TR射頻模塊所包含的兩塊波控子板通過軟帶纜進(jìn)行互連。
[0011]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述1X8模塊還包括蓋板、屏蔽板等保護(hù)性結(jié)構(gòu)。所述蓋板安裝在盒體正面，位于LTCC集成電路之上，用于保護(hù)LTCC集成電路及相關(guān)電子元器件；屏蔽板位于SMP接頭的外圍，防止外部信號(hào)干擾。
[0012]上述1X8模塊中，LTCC集成電路以LTCC基板為載體，通過集成驅(qū)動(dòng)芯片、功分器、8路TR通道、DAC控制芯片、饋電網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)控制電路，實(shí)現(xiàn)了微波信號(hào)的放大，達(dá)到了控制電路的高度集成。由于波控子板可與DAC控制芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，DAC控制芯片再通過內(nèi)部走線與各個(gè)矢量調(diào)制器芯片實(shí)現(xiàn)互連，通過控制DAC控制芯片的輸出電壓，進(jìn)而控制矢量調(diào)制器芯片，完成對(duì)模塊中每路TR通道的幅度和相位的調(diào)整，波控子板還對(duì)各個(gè)通道芯片提供電源。所述波導(dǎo)-微帶結(jié)構(gòu)用于波導(dǎo)到微帶結(jié)構(gòu)的匹配。所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于完成8路TR通道的等幅同相的饋電或8路TR通道的信號(hào)合成。
[0013]LTCC (低溫共燒陶瓷基板)集成電路采用的多層結(jié)構(gòu)，根據(jù)選定的各個(gè)器件及其相互的電氣關(guān)系，選擇合適的LTCC材料和介質(zhì)層數(shù)，合理確定各層的功能和相應(yīng)的衆(zhòng)料。其中，LTCC集成電路中射頻信號(hào)饋電線與TR通道的元器件同處一層中，并采用帶狀線結(jié)構(gòu)；而芯片供電線與矢量調(diào)制器芯片控制線則處于它們的下層并通過大面積的地層進(jìn)行隔離。為了防止帶狀線饋電網(wǎng)絡(luò)中電磁干擾的影響，此設(shè)計(jì)中采用金屬化過孔進(jìn)行屏蔽。通過LTCC集成電路采用的多層結(jié)構(gòu)解決了以往電路復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)，電子元件處于不同的層中，提高了電路的集成度，縮小了模塊尺寸；減小電子元器件的相互干擾，使模塊性能指標(biāo)得以提聞。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，兩塊1X8模塊對(duì)扣組合成高集成度的TR射頻模塊，使用靈活方便。每個(gè)1X8模塊結(jié)構(gòu)簡單，電子元件布局緊湊合理，使高集成度的TR射頻模塊的體積能夠進(jìn)一步縮小。LTCC集成電路在LTCC多層基板的基礎(chǔ)上，集成有芯片及多功能電路，再通過微電子進(jìn)行互連，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的放大和幅相控制，且達(dá)到了控制電路的高度集成。射頻通道采用矢量調(diào)制器芯片調(diào)整信號(hào)幅度和相位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明中1X8模塊的電路連接框圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中1X8模塊的拆分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖(兩塊1X8模塊未扣攏前)。
[0018]圖4為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖(兩塊1X8模塊扣攏后)。、
圖5為圖4中A面的側(cè)視圖。
[0019]圖中標(biāo)記:1-1X8模塊，2-盒體，3-LTCC集成電路，31-LTCC基板，32-驅(qū)動(dòng)芯片，33-功分器，34-TR通道，35-DAC控制芯片，341-矢量調(diào)制器芯片、342-TR芯片，343-環(huán)行器，4-波控子板，5-波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，6-矩形波導(dǎo)口，7-SMP雙陽接頭，8-SPI總線接口，
9-蓋板，10-屏蔽板。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
如附圖1、附圖2、附圖3所示，本實(shí)施例的高集成度的TR射頻模塊，由兩塊1X8模塊I對(duì)扣組合而成，每個(gè)1X8模塊I主要包括盒體2，所述盒體2的正面安裝有LTCC集成電路
3、波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)5，盒體2的背面安裝有波控子板4，盒體2的側(cè)面安裝有矩形波導(dǎo)口 6及SMP雙陽接頭7，所述波控子板4與LTCC集成電路3通過金絲焊接連通；所述LTCC集成電路3以LTCC基板31為載體，在LTCC基板31上集成有前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片32、功分器33、8路TR通道34及DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換)控制芯片35，TR通道34由矢量調(diào)制器芯片341、TR芯片342及環(huán)行器343依次級(jí)聯(lián)而成，所述矩形波導(dǎo)口 6依次經(jīng)波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)5、前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片32、功分器33后再分別通過8路TR通道34與各個(gè)SMP雙陽接頭7連接，SMP雙陽接頭7再與外部天線連接。所述1X8模塊還包括蓋板9、屏蔽板10等保護(hù)性結(jié)構(gòu)，TR射頻模塊所包含的兩塊波控子板4通過軟帶纜進(jìn)行互連。
[0023]上述高集成度的TR射頻模塊中，所述LTCC集成電路3采用多層結(jié)構(gòu)，其LTCC基板共有12層介質(zhì)，TR通道34中的矢量調(diào)制器芯片341、TR芯片342被放置于同一腔體內(nèi)。所述波控子板4上設(shè)置有SPI總線接口 8、電源調(diào)制電路和邏輯控制電路，以及相應(yīng)的控制電源接口和控制邏輯接口。模塊中芯片供電電源和幅相控制信號(hào)均由波控子板4提供；由于波控子板4可與DAC控制芯片35實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，DAC控制芯片35再通過內(nèi)部走線與矢量調(diào)制器芯片341實(shí)現(xiàn)互連，通過控制DAC控制芯片35的輸出電壓，進(jìn)而控制矢量調(diào)制器芯片341的幅度和相位，完成對(duì)模塊中每個(gè)TR通道的幅度和相位的調(diào)整，并對(duì)各個(gè)通道芯片提供電源。
[0024]所述高集成度的TR射頻模塊的收發(fā)工作原理為:
在發(fā)射狀態(tài)時(shí)，發(fā)射信號(hào)通過矩形波導(dǎo)口 6將信號(hào)饋入，在波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)5中通過微帶線-帶狀線過渡轉(zhuǎn)為帶狀線傳輸，經(jīng)前級(jí)驅(qū)動(dòng)芯片32放大后，再經(jīng)功分器33并行饋入由矢量調(diào)制器芯片341、TR芯片342及環(huán)行器343組成的TR通道34，在TR通道34中根據(jù)波束指向由矢量調(diào)制器芯片341調(diào)整各路信號(hào)的幅度和相位，然后經(jīng)TR芯片221放大，經(jīng)環(huán)行器343后饋入到SMP雙陽接頭6，SMP雙陽接頭6與外部天線連接將信號(hào)發(fā)射出去。
[0025]在接收狀態(tài)時(shí)，射頻信號(hào)通過SMP雙陽接頭7進(jìn)入LTCC集成電路3中的8個(gè)TR通道34，在TR通道34中信號(hào)經(jīng)過環(huán)行器343進(jìn)入TR芯片342進(jìn)行信號(hào)的放大及衰減控制，放大后根據(jù)上級(jí)控制指令由矢量調(diào)制器芯片341調(diào)整信號(hào)的幅度和相位，經(jīng)功分器33合成后變成一路信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片32放大后，最后通過微帶線-帶狀線過渡從矩形波導(dǎo)口 6輸出。
[0026]供電及控制工作原理為:
外部電源經(jīng)SPI總線接口 8進(jìn)入波控子板4，1X8模塊I中波控子板4與LTCC集成電路3通過金絲焊接連通。外部電源通過波控子板4輸入LTCC集成電路3，再經(jīng)LTCC集成電路3的內(nèi)部走線及金絲鍵合的方式傳輸?shù)礁餍酒线M(jìn)行供電。
[0027]外部控制信號(hào)經(jīng)SPI總線接口 8進(jìn)入波控子板4，由于波控子板4與LTCC集成電路3通過金絲焊接連通，波控子板4可與DAC控制芯片35實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，DAC控制芯片35再通過內(nèi)部走線與各個(gè)矢量調(diào)制器芯片341互連。在對(duì)LTCC集成電路3進(jìn)行控制時(shí)，外部信號(hào)通過控制DAC控制芯片35的輸出電壓，進(jìn)而可對(duì)矢量調(diào)制器芯片341進(jìn)行幅度、相位控制。
[0028]整個(gè)高集成度的TR射頻模塊分成兩級(jí)高密度集成:芯片級(jí)和電路級(jí)，模塊采用專用芯片和環(huán)行器實(shí)現(xiàn)電路的收發(fā)功能和幅相控制功能；采用多層LTCC基板實(shí)現(xiàn)芯片、饋電網(wǎng)絡(luò)、低頻控制的一體化集成；通過SPI總線接口輸入控制信號(hào)完成對(duì)射頻信號(hào)幅度、相位的控制，使模塊性能指標(biāo)得以提高。本實(shí)施例采用模塊化設(shè)計(jì)，兩塊1X8模塊對(duì)扣組合成高集成度的TR射頻模塊，使用靈活方便；每個(gè)1X8模塊結(jié)構(gòu)簡單，電子元件布局緊湊合理，使高集成度的TR射頻模塊的體積能夠進(jìn)一步縮??；LTCC集成電路在LTCC多層基板的基礎(chǔ)上，集成有芯片組及多功能電路，再通過微電子進(jìn)行互連，能夠可靠地實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的放大和幅相控制，且達(dá)到了控制電路的高度集成；同時(shí)射頻通道采用矢量調(diào)制器芯片調(diào)整信號(hào)幅度和相位。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:由兩塊1X8模塊對(duì)扣組合而成，每個(gè)1X8模塊主要包括盒體，所述盒體內(nèi)安裝有LTCC集成電路、波控子板、波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、射頻輸入接口及輸出接口，所述波控子板與LTCC集成電路通過金絲焊接連通；所述LTCC集成電路以LTCC基板為載體，在LTCC基板上集成有驅(qū)動(dòng)芯片、功分器、8路TR通道及DAC控制芯片，所述射頻輸入接口依次經(jīng)波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)芯片、功分器后再分別通過8路TR通道與射頻輸出接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:所述8路TR通道中的每個(gè)通道由矢量調(diào)制器芯片、TR芯片及環(huán)行器依次級(jí)聯(lián)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:所述LTCC集成電路、波控子板以及波導(dǎo)-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)安裝在盒體的正面；波控子板安裝在盒體的背面；射頻輸入接口和輸出接口安裝在盒體的側(cè)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:所述射頻輸入接口為矩形波導(dǎo)口 ；射頻輸出接口為SMP雙陽接頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:所述波控子板上還設(shè)置有SPI總線接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:所述波控子板上包括電源調(diào)制電路和邏輯控制電路，以及相應(yīng)的電源控制接口和控制邏輯接口，TR射頻模塊所包含的兩塊波控子板通過軟帶纜進(jìn)行互連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高集成度的TR射頻模塊，其特征在于:所述1X8模塊還包括蓋板，所述蓋板安裝在盒體正面。
【文檔編號(hào)】H04B1/38GK104052515SQ201410198719
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】李 燦, 管玉靜, 廖潔, 孫宇, 崔玉波 申請(qǐng)人:成都雷電微力科技有限公司