一种基于LTCC技术的高集成度8x8微波开关矩阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于LTCC技术的高集成度8x8开关矩阵，尤其是一种基于LTCC基板的高集成度8x8开关矩阵，属于微波电路技术领域。
【背景技术】
[0002]随着卫星技术的不断发展，卫星有效载荷产品不断的向小型化、轻量化方向发展，星载单机产品的高集成化设计是实现该目标的基础。微波开关矩阵常被应用于通信、雷达等卫星中，本专利中的设计方法可以实现微波开关矩阵的小型化和轻量化目的。
[0003]星载微波开关矩阵包含射频电路、控制电路和电源网络，射频电路部件能够响应上位机发来的控制指令进行通道切换，射频电路主要实现射频信号的传输、隔离等特性。
[0004]传统的8X8开关矩阵设计方案中，采用的是三维立体组装结构，该方案以单刀八掷开关模块为基本单元，将8个单刀八掷开关呈垂直方向安装，另有8个单刀八掷开关呈水平方向安装，它们之间用BMA盲插射频接头对插连接。电源控制组件通过电缆线连接到射频模块上，对射频开关模块的状态进行控制。通过对每个单刀八掷开关模块的控制，组合实现8X8开关矩阵的功能。该方案设计的8X8路微波开关矩阵射频信号的插入损耗为5dB，外形尺寸为227mmX 152mmX 172mm。该方案制造的开关矩阵体积较大，已经无法满足卫星通信系统对星载微波开关矩阵的小型化要求。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题为:克服现有技术不足，本发明提出了一种基于LTCC技术的高集成度8x8开关矩阵，在LTCC介质基板中设计完成了 64路射频路由，通过垂直互连设计实现不同层间射频信号的传输；通过金丝压焊等工艺实现射频网络与单刀八掷开关实现互连；通过上位机的软件操作来控制射频通道的切换状态。整体设计结构紧凑，使得8X8开关矩阵的体积大大减小，插入损耗也明显降低。将传统的三维立体组装结构的开关矩阵改进为多层的平面结构，将组成开关矩阵的射频网络、供电网络、单刀八掷开关集成在一块多层LTCC基板上，重点解决微波开关矩阵高集成度的问题。
[0006]本发明解决的技术方案为:一种基于LTCC技术的高集成度8x8开关矩阵，包括金属壳、16个射频接头、电源和控制接口、控制电路基板、金属介质、射频网络、供电网络；该基于LTCC技术的高集成度8x8开关矩阵包括36层LTCC基板，每层LTCC基板包括介质层和金属层，金属层附在介质层上；第一层LTCC基板的金属层上安装有十六个单刀八掷开关，十六个单刀八掷开关包括八个输入的单刀八掷开关和八个输出的单刀八掷开关；
[0007]八个输入的单刀八掷开关分别为第一输入单刀八掷开关、第二输入单刀八掷开关、第三输入单刀八掷开关、第四输入单刀八掷开关、第五输入单刀八掷开关、第六输入单刀八掷开关、第七输入单刀八掷开关、第八输入单刀八掷开关；
[0008]八个输出的单刀八掷开关分别为第一输出单刀八掷开关、第二输出单刀八掷开关、第三输出单刀八掷开关、第四输出单刀八掷开关、第五输出单刀八掷开关、第六输出单刀八掷开关、第七输出单刀八掷开关、第八输出单刀八掷开关；
[0009]金属介质中镶嵌有多个绝缘子；电源和控制接口包括电源接口和控制接口，电源接口和控制接口共用一个九针的低频插头；
[0010]16个射频接头包括8个射频输入接头和8个射频输出接头；
[0011]36层LTCC基板和控制电路基板间为一定厚度的金属介质，金属壳尺寸与36层LTCC基板匹配，使36层LTCC基板能够固定卡在金属壳内；
[0012]射频网络包括多个射频传输层，射频传输层分布在第一层、第四层、第九层、第十四层、第十九层、第二十四层、第二十九层、第三十四层LTCC基板的金属层上；
[0013]供电网络分布在第一层和第四层LTCC基板的金属层上，第一层和第四层LTCC基板的介质层设有多个通孔，每个通孔进行金属化处理；
[0014]隔离层为第二层、第七层、第十二层、第十七层、第二十二层、第二十七层、第三十二层、第三十六层LTCC基板的金属层，隔离层留有非金属化孔，该非金属化孔与第一层和第四层LTCC基板的通孔位置对应，使射频信号通过该层；
[0015]第二层、第七层、第十二层、第十七层、第二十二层、第二十七层、第三十二层、第三十六层LTCC基板的介质层上设有多个通孔，分别与第二层、第七层、第十二层、第十七层、第二十二层、第二十七层、第三十二层的隔离层留有的非金属化孔的位置对应，每个通孔内壁进行金属化处理；
[0016]第三层、第五层、第六层、第八层、第十层、第^ 层、第十三层、第十五层、第十六层、第十八层、第二十层、第二 i^一层、第二十三层、第二十五层、第二十六层、第二十八层、第三十层、第三十一层、第三十三层、第三十五层LTCC基板为过渡层，过渡层设有多个通孔；
[0017]十六个单刀八掷开关分两列安装在第一层LTCC基板的金属层表面；每个输入的单刀八掷开关包括一个射频输入接口和八个射频输出接口、三个控制接口和一个供电接口 ；输入的单刀八掷开关的八个射频输出接口分别为第一路射频输出接口、第二路射频输出接口、第三路射频输出接口、第四路射频输出接口、第五路射频输出接口、第六路射频输出接口、第七路射频输出接口、第八路射频输出接口
[0018]每个输出的单刀八掷开关包括八个射频输入接口和一个射频输出接口、三个控制接口和一个供电接口 ；每个输出的单刀八掷开关的八个射频输入接口分别为第一路射频输入接口、第二路射频输入接口、第三路射频输入接口、第四路射频输入接口、第五路射频输入接口、第六路射频输入接口、第七路射频输入接口、第八路射频输入接口 ；
[0019]第一输入单刀八掷开关的第一路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第一输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0020]第一输入单刀八掷开关的第二路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第二输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0021]第一输入单刀八掷开关的第三路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第三输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0022]第一输入单刀八掷开关的第四路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第四输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0023]第一输入单刀八掷开关的第五路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第五输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0024]第一输入单刀八掷开关的第六路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第六输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0025]第一输入单刀八掷开关的第七路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第七输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0026]第一输入单刀八掷开关的第八路射频输出接口通过第一层LTCC基板的金属层连接第八输出单刀八掷开关的第一路射频输入接口；
[0027]第二输入单刀八掷开关的第一路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第一输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0028]第二输入单刀八掷开关的第二路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第二输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0029]第二输入单刀八掷开关的第三路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第三输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0030]第二输入单刀八掷开关的第四路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第四输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0031]第二输入单刀八掷开关的第五路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第五输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0032]第二输入单刀八掷开关的第六路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第六输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0033]第二输入单刀八掷开关的第七路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第七输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0034]第二输入单刀八掷开关的第八路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第四层LTCC基板的金属层，再通过第三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第八输出单刀八掷开关的第二路射频输入接口 ；
[0035]第三输入单刀八掷开关的第一路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第一输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0036]第三输入单刀八掷开关的第二路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第二输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0037]第三输入单刀八掷开关的第三路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第三输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0038]第三输入单刀八掷开关的第四路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第四输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0039]第三输入单刀八掷开关的第五路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第五输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0040]第三输入单刀八掷开关的第六路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第六输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0041]第三输入单刀八掷开关的第七路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第七输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0042]第三输入单刀八掷开关的第八路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第九层LTCC基板的金属层，再通过第八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第八输出单刀八掷开关的第三路射频输入接口 ；
[0043]第四输入单刀八掷开关的第一路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第一输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0044]第四输入单刀八掷开关的第二路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第二输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0045]第四输入单刀八掷开关的第三路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第三输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0046]第四输入单刀八掷开关的第四路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第四输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0047]第四输入单刀八掷开关的第五路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第五输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0048]第四输入单刀八掷开关的第六路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第六输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0049]第四输入单刀八掷开关的第七路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第七输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0050]第四输入单刀八掷开关的第八路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十三层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十四层LTCC基板的金属层，再通过第十三层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第八输出单刀八掷开关的第四路射频输入接口 ；
[0051]第五输入单刀八掷开关的第一路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十九层LTCC基板的金属层，再通过第十八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连接至第一输出单刀八掷开关的第五路射频输入接口 ；
[0052]第五输入单刀八掷开关的第二路射频输出接口通过金丝压焊与第一层LTCC基板的金属层相连，再通过第一层至第十八层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第十九层LTCC基板的金属层，再通过第十八层至第一层LTCC基板的通孔形成的垂直过孔连接至第一层LTCC基板的金属层，再通过金丝压焊连