一種小型化星載8mm頻段發(fā)射通道的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)射通道，特別是一種小型化星載8mm頻段發(fā)射通道，屬于微波 電路技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 星載8mm頻段發(fā)射通道主要功能是將輸入的S頻段中頻信號(hào)通過(guò)諧波混頻上變頻 至8_頻段，并經(jīng)過(guò)濾波，驅(qū)動(dòng)放大以及功率放大后輸出至天線。目前，國(guó)內(nèi)有部分單位完 成了小型化發(fā)射通道研制，但僅局限于地面應(yīng)用。星載應(yīng)用沒(méi)有相關(guān)研制記錄及報(bào)道。國(guó) 外從公開(kāi)渠道了解有兩家公司具有星載研制應(yīng)用記錄和成品，分別是德國(guó)的RPG公司和日 本的NTS公司。
[0003] 8mm發(fā)射通道主要由中頻電路、本振放大電路、混頻濾波電路和射頻放大電路組 成。為滿足小型化需求，在設(shè)計(jì)中所有放大器、混頻器、衰減器等全部采用MMIC芯片，同時(shí) 濾波電路采用MEMS芯片。由于在8mm頻段砷化鎵芯片的功率放大器的工作效率較低（小 于20% )，而為滿足輸出功率要求，需要較大的直流功耗，因此在工作過(guò)程中功放芯片會(huì)產(chǎn) 生大量熱耗。同時(shí)由于產(chǎn)品為星載應(yīng)用，需滿足MMIC芯片氣密性封裝。因此設(shè)計(jì)的核心問(wèn) 題是：1)解決小型化結(jié)構(gòu)與熱耗散的矛盾；2)小型化結(jié)構(gòu)、發(fā)射通道散熱、材料工藝與星載 高可靠應(yīng)用的矛盾。
[0004] 在公開(kāi)刊物及公開(kāi)渠道上了解到的小型化星載發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)方法的主要有：
[0005] 比如RPG公司的上變頻發(fā)射通道是將整個(gè)射頻面布局在一個(gè)平面內(nèi)，上變頻發(fā)射 通道混頻濾波完成后僅進(jìn)行二級(jí)放大至15dBm輸出。與本專利方法相比，具有如下不同點(diǎn)： 1)由于該單機(jī)射頻面在一個(gè)平面內(nèi)，而本方法將射頻面通過(guò)射頻絕緣子垂直互聯(lián)，二者布 局實(shí)現(xiàn)方法不同；2)該單機(jī)輸出功率僅為15dBm，而本專利設(shè)計(jì)單機(jī)輸出功率大于33dBm， 二者不僅濾波后高頻端增益差距較大，同時(shí)發(fā)射通道熱耗差異很大，本單機(jī)設(shè)計(jì)難度遠(yuǎn)大 于該單機(jī)；3) RPG公司采用微帶線耦合波導(dǎo)腔輸出，而本發(fā)射通道采用微帶-探針-波導(dǎo)腔 的輸出結(jié)構(gòu)。由于輸出差異，RPG公司的單機(jī)無(wú)法完成模塊腔體氣密性封裝，星載應(yīng)用可靠 性低于本單機(jī)提出方法。綜上所述，RPG公司的小型化上變頻通道與本專利方法有本質(zhì)上 不同。
[0006] 比如NTS公司的小型化上變頻發(fā)射通道是將幾個(gè)功能芯片封裝在一個(gè)單獨(dú)的小 模塊內(nèi)，該模塊通過(guò)射頻絕緣子垂直互聯(lián)完成輸入輸出。存在如下區(qū)別：1)該單機(jī)單獨(dú)的 微波模塊封裝后通過(guò)螺釘固定在機(jī)殼上。而本方法直接將芯片裝配在機(jī)殼上，不存在微波 模塊與機(jī)殼間裝配工藝，不僅避免了由于模塊裝配不良造成的性能下降因素，同時(shí)消除了 微波模塊與機(jī)殼間接觸熱阻；2)該發(fā)射通道微波模塊為實(shí)現(xiàn)氣密性封裝采用可伐材料，機(jī) 殼采用鋁合金材料，發(fā)射通道較重。而本專利方法由于要同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣密性封裝與高效散熱、 輕量化的要求，采用了硅鋁合金材料，二者的使用材料與實(shí)現(xiàn)工藝完全不同。綜上，NTS公 司的上變頻通道與本專利方法有本質(zhì)不同。
[0007] 東南大學(xué)申報(bào)的專利《多芯片集成E波段發(fā)射模塊》，專利號(hào)CN201310035066. X， 公開(kāi)了一種多芯片集成的工作在E頻段的發(fā)射電路，包括：中頻濾波低通電路、本振電路及 上變頻電路。該發(fā)明的基于MCM技術(shù)的模塊電路具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的特點(diǎn)，但是它輸 出功率很小且采用微帶線耦合波導(dǎo)腔輸出。該電路不存在發(fā)射通道散熱處理，同時(shí)由于該 方法不能完成氣密性封裝，因此不能完成星載高可靠應(yīng)用。上述專利與本專利有本質(zhì)上的 不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種小型化星載8mm頻 段發(fā)射通道，采用基于MCM(多芯片集成）技術(shù)的射頻通道，將多芯片集成在一個(gè)模塊內(nèi)， 射頻通道在模塊正反面立體布局，通過(guò)射頻絕緣子垂直互聯(lián)技術(shù)連接正反面的射頻電路以 獲得較小的產(chǎn)品體積，提出的功放芯片裝配工藝，消除了功放管殼與機(jī)殼間的接觸熱阻，減 少了由此帶來(lái)的功放芯片散熱問(wèn)題，提出的新型微波模塊材料解決星載高可靠模塊封裝問(wèn) 題，適用于批量生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種小型化星載8mm頻段發(fā)射通道，所述發(fā)射通道包 括芯片、微帶線、金帶和射頻絕緣子，固定安裝在發(fā)射腔體上，所述芯片固定安裝在發(fā)射腔 體上，多個(gè)芯片構(gòu)成一個(gè)處理模塊，每個(gè)處理模塊通過(guò)微帶線和金帶與射頻絕緣子連接，所 述處理模塊安裝在發(fā)射腔體的上表面和下表面，射頻絕緣子自上而下穿過(guò)發(fā)射腔體，位于 上表面的微帶線通過(guò)金帶與射頻絕緣子頂部搭接，位于下表面的微帶線通過(guò)金帶與射頻絕 緣子底部搭接。
[0010] 所述發(fā)射通道還包括微帶-同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換和波導(dǎo)隔離器，所述微帶-同軸-波 導(dǎo)轉(zhuǎn)換將發(fā)射通道的輸出接口由微帶形式轉(zhuǎn)換為波導(dǎo)形式后通過(guò)波導(dǎo)隔離器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的 最終輸出。
[0011] 所述芯片固定安裝在發(fā)射腔體上，具體為：將芯片焊接在熱沉上，然后將熱沉直接 焊接在機(jī)殼上，完成所有芯片安裝后，通過(guò)激光封焊一次性完成封裝。
[0012] 所述熱沉的材料為Cul
[0013] 所述腔體材料為AlSi。
[0014] 所述芯片為衰減器、混頻器、放大器、倍頻器或?yàn)V波器。
[0015] 所述衰減器、混頻器、放大器、倍頻器采用MMIC芯片。
[0016] 所述濾波器采用MEMS芯片。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0018] (1)本發(fā)明通過(guò)將多芯片集成在一個(gè)處理模塊內(nèi)，通過(guò)射頻絕緣子垂直互聯(lián)技術(shù) 完成射頻電路的雙面布局，完成了腔體的立體結(jié)構(gòu)復(fù)用，有效的減小了發(fā)射通道的體積與 重量且提高了產(chǎn)品可靠性。
[0019] (2)本發(fā)明通過(guò)將芯片直接焊接在機(jī)殼上，簡(jiǎn)化裝配工藝并減少芯片接觸熱阻，提 高分機(jī)溫度增益穩(wěn)定性等電性能，提升功放芯片散熱性能，減小產(chǎn)品調(diào)試時(shí)間并大幅改善 產(chǎn)品一致性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為射頻絕緣子垂直互連原理圖；
[0021] 圖2為射頻絕緣子平面連接原理圖；
[0022] 圖3傳統(tǒng)星載芯片裝配剖面圖；
[0023] 圖4為本專利芯片裝配剖面圖；
[0024] 圖5為小型化8mm發(fā)射通道原理框圖；
[0025] 圖6為矩形腔體示意圖；
[0026] 圖7為本專利大尺寸芯片腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0028] 典型的8mm頻段發(fā)射通道詳細(xì)原理框圖如圖5。從圖5可知，8mm頻段發(fā)射通道的 電路結(jié)構(gòu)包括：中頻鏈路1、本振鏈路2和射頻鏈路3 ;其中中頻鏈路1包括：第一固定衰減 器4、溫補(bǔ)衰減器5、S頻段控制衰減器6和第二固定衰減器7 ;本振鏈路2包括第三固定衰 減器8、Ku頻段放大器9、第四固定衰減器10、Ka頻段二倍頻器11、第五固定衰減器12、Ka 頻段帶通濾波器13、第六固定衰減器14、Ka頻段放大器15 ;射頻鏈路3包括射頻鏈路混頻 器16、第七固定衰減器17、8mm帶通濾波器18、第八固定衰減器19、第一 8mm頻段放大器20、 溫度補(bǔ)償衰減器21、第二8mm頻段放大器22、第九固定衰減器23、8mm頻段驅(qū)動(dòng)放大器24 和8mm頻段功率放大器25。
[0029] 輸入的S頻段中頻信號(hào)中頻鏈路1輸入信號(hào)依次經(jīng)過(guò)第一固定衰減器4、溫補(bǔ)衰減 器5、S頻段控制衰減器6和第二固定衰減器7后送至射頻鏈路混頻器16的中頻輸入端，其 中第一固定衰減器4是為了匹配輸入端駐波，溫補(bǔ)衰減器5是補(bǔ)償高低溫下中頻通道1的 輸入電平變化，S頻段控制衰減器6的作用是接收外部輸入控制信號(hào)，控制輸入電平從而實(shí) 現(xiàn)射頻輸出電平的可調(diào)節(jié)。本振鏈路2輸入信號(hào)依次經(jīng)第三固定衰減器8、Ku頻段放大器 9、第四固定衰減器10、Ka頻段二倍頻器11、第五固定衰減器12、Ka頻段帶通濾波器13、第 六固定衰減器14、Ka頻段放大器15后送至射頻鏈路混頻器16的本振輸入端，其中第三固 定衰減器8是匹配本振輸入端口的駐波，Ku頻段放大器9是將本振輸入小信號(hào)進(jìn)行放大， 第四固定衰減器10不僅可以完成Ku頻段放大器9和Ka頻段二倍頻器11間的阻抗匹配， 同時(shí)可以調(diào)節(jié)Ka頻段二倍頻器11的工作電平，使其工作在穩(wěn)定狀態(tài)。Ka頻段帶通濾波器 13作用是通過(guò)倍頻后的有用信號(hào)，將倍頻后的其它雜波分量進(jìn)行濾除，第五固定衰減器12 和第六固定衰減器14是匹配Ka頻段帶通濾波器13的端口阻抗，避免其工作頻段因端口阻 抗失配偏離。射頻鏈路混頻器16的作用是將S頻段信號(hào)轉(zhuǎn)換至8_頻段，第七固定衰減器 17與第八固定衰減器19是匹配8mm帶通濾波器18的端口阻抗，第一 8mm頻段放大器20與 第二8mm頻段放大器22完成對(duì)8mm頻段小信號(hào)的增益放大，溫度補(bǔ)償衰減器21是補(bǔ)償高 低溫下射頻鏈路增益的變化，第九固定衰減器23是匹配8_頻段驅(qū)動(dòng)放大器24的輸入阻 抗并調(diào)節(jié)其輸入電平，8mm頻段功率放大器25的作用是將輸入信號(hào)完成高功率放大。
[0030] 放大后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)微帶-探針-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換26后將射