專利名稱：多芯片集成e波段接收模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多芯片集成E波段接收模塊。
背景技術(shù)：
微波是常見的無線通信技術(shù)，以其遠(yuǎn)距離、大容量、部署快捷、抗損強(qiáng)的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各類通信系統(tǒng)的中繼和回傳。持續(xù)的移動(dòng)寬帶的承載需求，常規(guī)6GHz 38GHz的微波頻譜資源已經(jīng)被迅速消耗殆盡，微波通信向更高頻段擴(kuò)展已成為必然趨勢(shì)。E波段微波早在2001年和2003年被國(guó)際電聯(lián)無線組織(ITU-R)所發(fā)布，主要包括60GHz和80GHz的高頻段微波通信，60GHz免費(fèi)頻段較早為軍方和行業(yè)客戶使用，對(duì)運(yùn)營(yíng)商來說，80GHz微波頻段將會(huì)是重要的無線傳輸手段。E波段微波頻段由7IG 76G/81G 86G頻譜資源構(gòu)成的，既是目前民用微波通信領(lǐng)域發(fā)布的最高傳送頻段，也是迄今為止ITU-R —次性發(fā)放的頻譜資源中波道間隔最大的一次。從圖1可以看出，80GHz E波段頻段擁有IOGHz的收發(fā)間隔(TR間隔)，以及總共5GHz的可調(diào)制帶寬。按照IHz傳送Ibit這樣最基本的傳送能力計(jì)算,5GHz的頻帶寬度使得G比特(Gbps)級(jí)高速率傳輸成為可能，這是以往常規(guī)低頻段的微波無法實(shí)現(xiàn)的。E波段具有更寬的可調(diào)制波道間隔，故E波段頻段的微波通信系統(tǒng)天然具有傳輸G比特以上業(yè)務(wù)容量的能力。以歐洲電子通信委員會(huì)(ECC)對(duì)80GHz頻段的定義為例，其建議的最小波道間隔為250MHz，整個(gè)5GHz的可用調(diào)制頻段劃被分成了 19個(gè)子頻段，傳輸業(yè)務(wù)時(shí)使用的波道間隔可以是I 4個(gè)250MHz子頻段的組合，當(dāng)最多4個(gè)250MHz子頻段組合在一起時(shí)，可調(diào)波道間隔最大可以達(dá)到1GHz，采用一定的更高階調(diào)制方式后，E波段微波可以實(shí)現(xiàn)I 5Gbps的高容量傳輸。近年來，隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)從GSM、UMTS發(fā)展到LTE，回傳網(wǎng)絡(luò)所需要的承載帶寬需求大幅增長(zhǎng)。對(duì)電信運(yùn)營(yíng)商而言，E波段微波的應(yīng)用無疑拓寬了無線傳輸緊張的頻率資源，特別是對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)未來大量部署的LTE基站，E波段能以更寬的頻譜資源滿足其超大帶寬的承載需求。目前，許多國(guó)家已經(jīng)開放了 E波段頻段的使用限制，各國(guó)紛紛開始進(jìn)行E波段微波用于無線下一代無線回傳網(wǎng)絡(luò)的研制及試驗(yàn)。目前應(yīng)用面臨的困難主要在于毫米波模塊的集成度低，造成系統(tǒng)電路復(fù)雜，體積大，從而影響整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明提供了一種基于多芯片集成技術(shù)的E波段接收模塊，用做E波段射頻接收前端。它是在一個(gè)模塊中實(shí)現(xiàn)了 E波段到X波段的下變頻功能，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中毫米波模塊集成度低、系統(tǒng)電路復(fù)雜、體積大的不足。技術(shù)方案:一種多芯片集成E波段接收模塊，包括電路和外部封裝盒體，外部封裝盒體包括金屬上基座和金屬下基座；金屬上基座和金屬下基座形成的腔體內(nèi)分別設(shè)置SMA到微帶過渡和中頻低通濾波電路，簡(jiǎn)稱為第一電路；本振電路，包括本振放大芯片、微帶耦合傳輸線、微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)、鍵合金絲及直流偏置電路；下變頻電路，包括微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)、低噪放大芯片、下混頻芯片、鍵合金絲及直流偏置電路；第一電路的輸出端分別連接本振電路的輸入端和下變頻電路的輸入端；基片上各電路與各功能芯片通過鍵合金絲實(shí)現(xiàn)電氣連接；
金屬下基座底部腔體內(nèi)設(shè)有直流電源電路板，直流電源電路與第一直流偏置電路和第二直流偏置電路分別通過直流絕緣子相連；直流電源電路和第三直流偏置電路通過直流絕緣子相連。金屬上基座和金屬下基座組成的腔體側(cè)面分別設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)SMA接頭的中頻輸入端、標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)的本振輸入端以及標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)的射頻輸出端。金屬上基座和金屬下基座由銅、鋁或其他金屬材料制成，先由精密機(jī)床做精密數(shù)控銑，然后在表面鍍金或銀；兩者通過定位銷連接。第一電路為SMA到微帶過渡和中頻低通濾波電路，通頻帶DC 18 GHz0本振電路本振放大芯片本體的輸入端和輸出端分別通過鍵合金絲與微帶耦合傳輸線和波導(dǎo)微帶過渡實(shí)現(xiàn)電氣連接；
本振放大芯片本體一側(cè)的直流端由鍵合金絲分別與芯片電容實(shí)現(xiàn)電氣連接，芯片電容由鍵合金絲分別與直流偏置電路實(shí)現(xiàn)電氣連接，直流偏置電路由鍵合金絲與直流絕緣子實(shí)現(xiàn)電氣連接；放大芯片本體另一側(cè)的電氣連接情況與上述連接方式相同。下變頻電路中下混頻芯片的本振輸入端通過鍵合金絲與微帶耦合傳輸線實(shí)現(xiàn)電氣連接；下混頻芯片的射頻輸入端通過鍵合金絲與低噪放大芯片實(shí)現(xiàn)電氣連接；下混頻芯片的中頻輸出端通過鍵合金絲與中頻低通濾波電路實(shí)現(xiàn)電氣連接；低噪放大芯片的輸入端和輸出端分別通過鍵合金絲與微帶波導(dǎo)過渡和下混頻芯片實(shí)現(xiàn)電氣連接；
低噪放大芯片一側(cè)的直流端由鍵合金絲與芯片電容實(shí)現(xiàn)電氣連接，芯片電容由鍵合金絲與直流偏置電路實(shí)現(xiàn)電氣連接，直流偏置電路由鍵合金絲與直流絕緣子實(shí)現(xiàn)電氣連接；低噪放大芯片另一側(cè)直流端的電氣連接情況與上述連接方式相同。微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)包括扇形探針和輸出波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，輸出波導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括降高波導(dǎo)和標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)，所述微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)具有寬帶特性，覆蓋70GHz 90GHz頻率范圍。低通濾波電路、微帶耦合傳輸線、微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)和低噪放大芯片的基片的厚度為127 254 μ m，所用材料是復(fù)合介質(zhì)基片、陶瓷基片或石英基片。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:本發(fā)明基于多芯片技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的特點(diǎn)，輸入端采用標(biāo)準(zhǔn)SMA接頭，輸出端采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭盤，易于外接各類測(cè)試線纜及測(cè)試設(shè)備。所采用的下混頻發(fā)射功能分別由下混頻芯片、低噪放大芯片和波導(dǎo)過渡實(shí)現(xiàn)，具有成本低，一致性好，便于規(guī)模制造的特點(diǎn)。本發(fā)明具有端口性能好的特點(diǎn)，在進(jìn)行輸出電路設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮端口匹配與其它電路結(jié)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)，明顯減弱了端口駐波，端口性能大幅提聞。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中ITU-R建議的微波通信頻段示意 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的第一種放置狀態(tài)三維結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的第二種放置狀態(tài)三維結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的金屬下基座的俯視圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的金屬下基座的仰視 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的本振電路結(jié)構(gòu)示意 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的下變頻電路下混頻芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖2、圖3、圖4和圖5所示，本實(shí)施例包括金屬上基座61和金屬下基座62，金屬上基座61和金屬下基座62形成的腔體內(nèi)分別設(shè)置第一部分SMA到微帶過渡I和中頻低通濾波電路2，簡(jiǎn)稱第一電路；本振電路，包括本振放大芯片4、微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)42、微帶耦合傳輸線41、鍵合金絲及第一直流偏置電路71和第二直流偏置電路72 ;下變頻電路，包括微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)42、低噪放大芯片5、下混頻芯片3及鍵合金絲及第三直流偏置電路73。模塊中頻端口為標(biāo)準(zhǔn)SMA接頭65，射頻及本振端口為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)63和64，基片上電路與各功能毫米波砷化鎵芯片通過金絲鍵合實(shí)現(xiàn)電氣連接。金屬下基座62底部腔體8內(nèi)設(shè)有直流電源電路板81，直流電源電路81和第一直流偏置電路71和第二直流偏置電路72分別通過直流絕緣子494相連；直流電源電路81和第三直流偏置電路73通過直流絕緣子494相連。金屬上基座61和金屬下基座62通過定位銷91和92連接。本實(shí)施例中，金屬上基座61和金屬下基座62，是通過精密數(shù)控銑(CNC Milling,ComputerizedNumericalControl Milling)的方式得到。金屬上基座61和金屬下基座62由銅制成，其他實(shí)施例中可以選擇鋁或其他金屬材料，先由精密機(jī)床做精密數(shù)控銑，然后表面鍍金或銀得到。如圖6所示，本實(shí)施例所述本振電路包括本振放大芯片本體4，波導(dǎo)微帶過渡結(jié)構(gòu)42及微帶耦合傳輸線41。本振放大芯片4的輸入端和輸出端分別通過鍵合金絲43與微帶耦合傳輸線41和波導(dǎo)微帶過渡結(jié)構(gòu)42實(shí)現(xiàn)電氣連接；本振放大芯片本體4 一側(cè)的直流端由鍵合金絲43分別與第一芯片電容47和第二芯片電容48實(shí)現(xiàn)電氣連接，上述芯片電容由鍵合金絲43分別與第二直流偏置電路72實(shí)現(xiàn)電氣連接，第二直流偏置電路72由鍵合金絲43與直流絕緣子494實(shí)現(xiàn)電氣連接；放大芯片本體4另一側(cè)與第一直流偏置電路71的電氣連接情況與上述連接方式相同。直流絕緣子494與金屬下基座62底部腔體8內(nèi)直流電源板81相連。如圖7所示，本實(shí)施例所述下變頻電路，主要包括下混頻芯片3、低噪放大芯片5及微帶波導(dǎo)過渡42。下混頻芯片3的本振輸入端通過鍵合金絲43與微帶耦合傳輸線41實(shí)現(xiàn)電氣連接；下混頻芯片3的射頻輸入端通過鍵合金絲43與低噪放大芯片5實(shí)現(xiàn)電氣連接；下混頻芯片3的中頻輸出端通過鍵合金絲43與中頻低通濾波電路2實(shí)現(xiàn)電氣連接；低噪放大芯片5的輸入端和輸出端分別通過鍵合金絲43與微帶波導(dǎo)過渡42和下混頻芯片3實(shí)現(xiàn)電氣連接；
低噪放大芯片5 —側(cè)的直流端由鍵合金絲43與第一芯片電容47和第二芯片電容48實(shí)現(xiàn)電氣連接，上述芯片電容由鍵合金絲43與第三直流偏置電路73實(shí)現(xiàn)電氣連接，第三直流偏置電路73由鍵合金絲43與直流絕緣子494實(shí)現(xiàn)電氣連接；低噪放大芯片5另一側(cè)與第二直流偏置電路72的電氣連接情況與上述連接方式相同。直流絕緣子494與金屬下基座62底部腔體8內(nèi)直流電源板81相連。本實(shí)施例中，低通濾波電路2、微帶耦合傳輸線41及微帶波導(dǎo)過渡42的制作工藝選用蝕刻方式在厚度為127 254 μ m的低耗介質(zhì)材料上制成，后經(jīng)表面鍍金、打孔、沖模等工序得到。本實(shí)施例的混頻芯片3、低噪放大芯片5及放大芯片本體4為砷化鎵芯片，根據(jù)應(yīng)用也可采用氮化鎵、磷化銦芯片或硅基芯片，可根據(jù)具體指標(biāo)要求，優(yōu)選出合適類型芯片，從而實(shí)現(xiàn)更好的混頻接收性能。該實(shí)施例的電氣特征為:輸入射頻信號(hào)頻率范圍70GHz 80GHz，中頻輸出頻率范圍OGHz IOGHz，輸入本振信號(hào)功率OdBm ；
該實(shí)施例的另一種電氣特征為:輸入射頻信號(hào)頻率范圍80GHz 90GHz，中頻輸出頻率范圍OGHz IOGHz，輸入本振信號(hào)功率OdBm。作為優(yōu)選，整個(gè)模塊所需電源電壓小于5V,電源電流小于200mA。
權(quán)利要求
1.一種多芯片集成E波段接收模塊，包括外部封裝盒體，外部封裝盒體包括金屬上基座(61)和金屬下基座(62);其特征在于， 金屬上基座(61)和金屬下基座(62)形成的腔體內(nèi)設(shè)置有電路，所述電路包括SMA到微帶過渡(I)和中頻低通濾波電路(2)、本振電路以及下變頻電路；其中將SMA到微帶過渡(I)和中頻低通濾波電路(2)簡(jiǎn)稱為第一電路； 所述本振電路包括本振放大芯片(4)、微帶耦合傳輸線(41)、微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)(42)、鍵合金絲及第一直流偏置電路(71)和第二直流偏置電路(72)； 所述下變頻電路包括微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)(42)、低噪放大芯片(5)、下混頻芯片(3)、鍵合金絲及第三直流偏置電路(73);所述第一電路的輸出端分別連接本振電路的輸入端和下變頻電路的輸入端； 所述金屬下基座(62)底部腔體(8)內(nèi)設(shè)有直流電源電路板(81)，所述直流電源電路(81)與第一直流偏置電路(71)和第二直流偏置電路(72)分別通過直流絕緣子相連；直流電源電路(81)和第三直流偏置電路(73)通過直流絕緣子相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述金屬上基座(61)和金屬下基座(62)組成的腔體側(cè)面分別設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)SMA接頭(65)的中頻輸入端、標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)(63)的本振輸入端以及標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)(64)的射頻輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述金屬上基座(61)和金屬下基座(62)通過第一定位銷(91)和第二定位銷(92)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述金屬上基座(61)和金屬下基座(62)由銅或鋁制成，且先由精密機(jī)床做精密數(shù)控銑，然后在表面鍍金或銀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述第一電路為SMA到微帶過渡(I)和中頻低通濾波電路(2)，通頻帶DC 18 GHz0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述本振電路本振放大芯片本體(4)的輸入端和輸出端分別通過鍵合金絲與微帶耦合傳輸線(41)和微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)(42)實(shí)現(xiàn)電氣連接； 所述本振放大芯片本體(4) 一側(cè)的直流端由鍵合金絲分別與第一芯片電容(47)和第二芯片電容(48)實(shí)現(xiàn)電氣連接，第一芯片電容(47)和第二芯片電容(48)由鍵合金絲分別與第二直流偏置電路(72)實(shí)現(xiàn)電氣連接，第二直流偏置電路(72)由鍵合金絲與直流絕緣子實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述放大芯片本體(4)另一側(cè)與第一直流偏置電路(71)的電氣連接情況與上述連接方式相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述下變頻電路中的下混頻芯片(3)的本振輸入端通過鍵合金絲與微帶耦合傳輸線(41)實(shí)現(xiàn)電氣連接； 所述下混頻芯片(3)的射頻輸入端通過鍵合金絲與低噪放大芯片(5)實(shí)現(xiàn)電氣連接；所述下混頻芯片(3)的中頻輸出端通過 鍵合金絲與中頻低通濾波電路(2)實(shí)現(xiàn)電氣連接； 所述低噪放大芯片(5)的輸入端和輸出端分別通過鍵合金絲與微帶波導(dǎo)過渡(42)和下混頻芯片(3)實(shí)現(xiàn)電氣連接； 所述低噪放大芯片(5 ) 一側(cè)的直流端由鍵合金絲與第三芯片電容(49 )實(shí)現(xiàn)電氣連接，第三芯片電容(49)由鍵合金絲與第三直流偏置電路(73)實(shí)現(xiàn)電氣連接，第三直流偏置電路(73)由鍵合金絲與直流絕緣子實(shí)現(xiàn)電氣連接；另一側(cè)與第二直流偏置電路(72)的電氣連接情況與上述連接方式相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)包括扇形探針和輸出波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)具有寬帶特性，覆蓋70GHz 90GHz頻率范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片集成E波段接收模塊，其特征在于:所述低通濾波電路(2)、微帶耦合傳輸線(41)、微帶波導(dǎo)過渡結(jié)構(gòu)(42)、低噪放大芯片(5)的基片厚度為127 254 μ m，所 用材料是復(fù)合介質(zhì)基片、陶瓷基片或石英基片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多芯片集成E波段接收模塊，包括金屬上基座和金屬下基座，金屬上基座和金屬下基座形成的腔體內(nèi)分別設(shè)置中頻低通濾波電路、本振電路以及下變頻結(jié)構(gòu)；中頻輸入端采用標(biāo)準(zhǔn)SMA接頭，本振輸入端為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)，射頻輸出端為標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)法蘭結(jié)構(gòu)。該模塊中波導(dǎo)與微帶電路之間的信號(hào)耦合通過過渡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，低損耗基片電路及各功能砷化鎵芯片通過金絲鍵合實(shí)現(xiàn)電氣連接。本發(fā)明基于多芯片集成技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高的特點(diǎn)；同時(shí)具有成本低，一致性好，便于規(guī)模制造的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B1/16GK103152066SQ20131003683
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者楊非, 王宗新, 孟洪福, 崔鐵軍, 孫忠良 申請(qǐng)人:東南大學(xué)