基于LTCC技术的C频段星载接收机混频器研究

   随着科技的不断发展,现代通讯和雷达等电子产品正在向小型化、轻量化、高速度和高可靠方向发展。LTCC技术对于高电子装备的小型轻量化、电气性能和可靠性发挥了巨大的作用,本文就针对基于LTCC技术的C频段星载接收机混频器进行了简单研究。
关键词LTCC技术 C频段 混频器
中图分类号TN85 文献标识码A 文章编号19-914X(213)25-6-1
随着人们在无线通信、雷达探测、射电天文等军民领域的研究不断深入,能够满足机载、星载或是舰载平台应用求的有源相控阵雷达已经成为研究的 热点。基于LTCC的混频器为毫米波应用供低损耗变频功能,LTCC以其阻抗可控、高Q值、无源器件可集成、易形成三维互连结构、可直接芯片组装、组装 密度高和体积小等优点,是实现小型化、高密度和高可靠微波和毫米波电路组件的最有效的办法之一。
1.LTCC技术的概念和性质
1.1 LTCC技术的概念
LTCC英文全称Low temperature cofired ceramic,低温共烧陶瓷技术。所谓低温共烧陶瓷工(Low-temperature cofired ceramics,LTCC)技术,就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带,作为电路基板材料,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体 浆料印刷等工艺制出所需的电路图形,将未烧结的流延陶瓷材料叠层在一起而制成的多层电路,内有印制互联导体、元件和电路,并将该结构烧结成一个集成式陶 瓷多层材料。在9℃烧结,制成三维电路网络的无源集成组件,也可制成内置无源元件的三维电路基板,在其表面可以贴装 IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块。将导体连同所需的电阻器、电容器和电感器网印或者光刻到各层陶瓷片上。然后各层陶瓷片对准、叠层并在 85摄氏度下共烧。利用现有的厚膜电路生产技术装配基板和进行表面安装。LTCC整合型组件包括各种基板承载或内埋各式主动或被动组件的产品,整合型组 件产品项目包含零组件(components)、基板(substrates)与模块(modules )。主有低温共烧陶瓷(LTCC)技术、薄膜技术、硅片半导体技术、多层电路板技术等。目前,LTCC技术是无源集成的主流技术。
1.2 LTCC技术的性质
LTCC与其它多层基板技术相比较,具有以下特点
(1)易于内埋置元器件,高组装密度,实现多功能;(2)易于实现更多布线层数,高组装密度;(3)易于形成多种结构的空腔,从而可实现 性能优良的多功能微波MCM;(4)具有良好的高频特性和高速传输特性;(5)便于基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查,有利于高多层基板的 成品率和质量,缩短生产周期,降低成本;(6)易于实现多层布线与封装一体化结构,进一步减小体积和重量,高可靠性;(7)与薄膜多层布线技术具有良好 的兼容性,二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件(MCM-C/D)。
2.LTCC技术在C频段星载接收机混频器中的应用
在高频系统中的RF/微波部分,频率变换是最关键的功能之一。尽管模数转换器(ADC)的速度和分辨率在持续高改进,但它们也仍依赖混频器 将高频信号变换至其工作带宽范围内。小型化、高密度微波和毫米波电路是实现通讯和雷达中接受和发射等分系统级微波和毫米波电路的基础,对于机载和星载等电 子装备的研制生产具有重意义。微波和毫米波国内外对于LTCC技术在微波和毫米波领域的应用做了大量工作。
现阶段我国求不断高微波和毫米波电路的组装和互连密度,实现微型化、轻量化。低温共烧陶瓷(LTCC)技术是实现微型化、高密度微波和毫 米波电路的一种较理想的组装互连技术,它供了比传统的厚膜、薄膜和高温共烧陶瓷(LTCC)技术更加灵活的设计方法,即采用微带贴片天线、微波传输线 (如微带线、带状线和共面波导)、逻辑控制线和电源线的混合信号设计可以将它们组合在同一个LTCC三维微波传输结构中,还可以将集总参数电阻、电容和电 感等无源元件埋置在LTCC多层基板中,以取代表面封装元件,形成三维立体结构,进一步缩小体积、降低成本、高电性能和可靠性。因此采用LTCC技术为 实现超小型微波和毫米波电路组件供了一个切实可行的优良途径。
由于相控阵雷达的信号的发射和接收必须有若干个收/发组件和辐射单元完成,不仅需快速改变天线扫描方向,还需同时形成多波束,其系统性能 实现的关键已不再是单个子通道收/发(T/R)组件和辐射单元的性能,大规模收发组件和辐射单元的低成本高一致性及多通道的高密度系统集成是制约有源相控 阵雷达系统性能的关键因素。在C频段星载接收机混频器中采用LTCC技术的目的旨在高组装密度、缩小体积、减轻重量、增加功能、高可靠性和性能,缩短 了组装周期。
3.LTCC技术在C频段星载接收机混频器中的发展
LTCC技术应用在低频电路和数字电路中已有数十年的历史,但在微波和毫米波技术领域的应用国外从九十年代初期才开始研究并广泛应用在有源相控阵雷达和通讯领域,而国内在这方酝的研究才刚刚起步,尚少有相应的研究和应用成果发表。
目前,国际上己应用LTCC技术制成高性能的C频段星载接收机混频器,并形成了系列化商品,通过采用LTCC技术使C频段星载接收机混频器体 积大大缩小。国内是近4年发展LTCC技术在C频段星载接收机混频器中应用广泛。 其性能己达到国外同类产品水平,并己进入市场。但国内现在急需开发出系列化的、有自主知识产权的LTCC用陶瓷粉料,并专业化生产LTCC用陶瓷生带系 列,为LTCC产业的开发奠定基础。
LTCC技术由于自身具有的独特优点,己经进入产业化阶段。日、美、欧洲国家等各家公司纷纷推出了各种性能的应用LTCC技术的C频段星载接 收机混频器。国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后5年。这主是由于电子终端产品发展滞后造成的。但LTCC在我国台湾地区发展很快。LTCC 在23年后快速发展,平均增长速度达到17.7%。从目前来看,今后几年的发展速度将会超过17.7%。
在C频段星载接收机混频器中利用系统封装技术是将多个不同功能的半导体裸片以平面或重叠方式,表面安装或者埋入基板,同时将尽可能多的无源元 件埋入基板,使基板功能化,表面只安装不能埋入基板的有源元件和无源元件,是实现高密度系统集成的有效途径。采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术则能有效地 减小系统的体积和重量、高系统性能。LTCC技术是MCM中的一种多层布线基板技术
4.结语
随着通讯技术的发展,采LTCC在C频段星载接收机混频器中得到了广泛的应用.同时对相关电子器件的小型化、轻量化和高密度的技术求也越来 越高。用微波和毫米波LTCC技术研制的微型化、高密度微波和毫米波电路具有体积小、重量轻、可靠性高的特点,一种新型的基于低温共烧陶瓷技术 (LTCC)的C频段星载接收机混频器便可以很好的解决这一问题。所以,将LTCC技术广泛的运用到C频段星载接收机混频器中必将是未来通讯领域的发展方 向,无可置疑的是运用LTCC技术的C频段星载接收机混频器势必会为通讯技术的发展增添亮色的一笔。
参考文献
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