一种小型化星载8mm频段发射通道的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发射通道，特别是一种小型化星载8mm频段发射通道，属于微波 电路技术领域。
【背景技术】
[0002] 星载8mm频段发射通道主要功能是将输入的S频段中频信号通过谐波混频上变频 至8_频段，并经过滤波，驱动放大以及功率放大后输出至天线。目前，国内有部分单位完 成了小型化发射通道研制，但仅局限于地面应用。星载应用没有相关研制记录及报道。国 外从公开渠道了解有两家公司具有星载研制应用记录和成品，分别是德国的RPG公司和日 本的NTS公司。
[0003] 8mm发射通道主要由中频电路、本振放大电路、混频滤波电路和射频放大电路组 成。为满足小型化需求，在设计中所有放大器、混频器、衰减器等全部采用MMIC芯片，同时 滤波电路采用MEMS芯片。由于在8mm频段砷化镓芯片的功率放大器的工作效率较低（小 于20% )，而为满足输出功率要求，需要较大的直流功耗，因此在工作过程中功放芯片会产 生大量热耗。同时由于产品为星载应用，需满足MMIC芯片气密性封装。因此设计的核心问 题是：1)解决小型化结构与热耗散的矛盾；2)小型化结构、发射通道散热、材料工艺与星载 高可靠应用的矛盾。
[0004] 在公开刊物及公开渠道上了解到的小型化星载发射机设计方法的主要有：
[0005] 比如RPG公司的上变频发射通道是将整个射频面布局在一个平面内，上变频发射 通道混频滤波完成后仅进行二级放大至15dBm输出。与本专利方法相比，具有如下不同点： 1)由于该单机射频面在一个平面内，而本方法将射频面通过射频绝缘子垂直互联，二者布 局实现方法不同；2)该单机输出功率仅为15dBm，而本专利设计单机输出功率大于33dBm， 二者不仅滤波后高频端增益差距较大，同时发射通道热耗差异很大，本单机设计难度远大 于该单机；3) RPG公司采用微带线耦合波导腔输出，而本发射通道采用微带-探针-波导腔 的输出结构。由于输出差异，RPG公司的单机无法完成模块腔体气密性封装，星载应用可靠 性低于本单机提出方法。综上所述，RPG公司的小型化上变频通道与本专利方法有本质上 不同。
[0006] 比如NTS公司的小型化上变频发射通道是将几个功能芯片封装在一个单独的小 模块内，该模块通过射频绝缘子垂直互联完成输入输出。存在如下区别：1)该单机单独的 微波模块封装后通过螺钉固定在机壳上。而本方法直接将芯片装配在机壳上，不存在微波 模块与机壳间装配工艺，不仅避免了由于模块装配不良造成的性能下降因素，同时消除了 微波模块与机壳间接触热阻；2)该发射通道微波模块为实现气密性封装采用可伐材料，机 壳采用铝合金材料，发射通道较重。而本专利方法由于要同时实现气密性封装与高效散热、 轻量化的要求，采用了硅铝合金材料，二者的使用材料与实现工艺完全不同。综上，NTS公 司的上变频通道与本专利方法有本质不同。
[0007] 东南大学申报的专利《多芯片集成E波段发射模块》，专利号CN201310035066. X， 公开了一种多芯片集成的工作在E频段的发射电路，包括：中频滤波低通电路、本振电路及 上变频电路。该发明的基于MCM技术的模块电路具有结构紧凑、集成度高的特点，但是它输 出功率很小且采用微带线耦合波导腔输出。该电路不存在发射通道散热处理，同时由于该 方法不能完成气密性封装，因此不能完成星载高可靠应用。上述专利与本专利有本质上的 不同。
【发明内容】
[0008] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种小型化星载8mm频 段发射通道，采用基于MCM(多芯片集成）技术的射频通道，将多芯片集成在一个模块内， 射频通道在模块正反面立体布局，通过射频绝缘子垂直互联技术连接正反面的射频电路以 获得较小的产品体积，提出的功放芯片装配工艺，消除了功放管壳与机壳间的接触热阻，减 少了由此带来的功放芯片散热问题，提出的新型微波模块材料解决星载高可靠模块封装问 题，适用于批量生产，具有广阔的应用前景。
[0009] 本发明的技术解决方案是：一种小型化星载8mm频段发射通道，所述发射通道包 括芯片、微带线、金带和射频绝缘子，固定安装在发射腔体上，所述芯片固定安装在发射腔 体上，多个芯片构成一个处理模块，每个处理模块通过微带线和金带与射频绝缘子连接，所 述处理模块安装在发射腔体的上表面和下表面，射频绝缘子自上而下穿过发射腔体，位于 上表面的微带线通过金带与射频绝缘子顶部搭接，位于下表面的微带线通过金带与射频绝 缘子底部搭接。
[0010] 所述发射通道还包括微带-同轴-波导转换和波导隔离器，所述微带-同轴-波 导转换将发射通道的输出接口由微带形式转换为波导形式后通过波导隔离器实现信号的 最终输出。
[0011] 所述芯片固定安装在发射腔体上，具体为：将芯片焊接在热沉上，然后将热沉直接 焊接在机壳上，完成所有芯片安装后，通过激光封焊一次性完成封装。
[0012] 所述热沉的材料为Cul
[0013] 所述腔体材料为AlSi。
[0014] 所述芯片为衰减器、混频器、放大器、倍频器或滤波器。
[0015] 所述衰减器、混频器、放大器、倍频器采用MMIC芯片。
[0016] 所述滤波器采用MEMS芯片。
[0017] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0018] (1)本发明通过将多芯片集成在一个处理模块内，通过射频绝缘子垂直互联技术 完成射频电路的双面布局，完成了腔体的立体结构复用，有效的减小了发射通道的体积与 重量且提高了产品可靠性。
[0019] (2)本发明通过将芯片直接焊接在机壳上，简化装配工艺并减少芯片接触热阻，提 高分机温度增益稳定性等电性能，提升功放芯片散热性能，减小产品调试时间并大幅改善 产品一致性。
【附图说明】
[0020] 图1为射频绝缘子垂直互连原理图；
[0021] 图2为射频绝缘子平面连接原理图；
[0022] 图3传统星载芯片装配剖面图；
[0023] 图4为本专利芯片装配剖面图；
[0024] 图5为小型化8mm发射通道原理框图；
[0025] 图6为矩形腔体示意图；
[0026] 图7为本专利大尺寸芯片腔体结构设计。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0028] 典型的8mm频段发射通道详细原理框图如图5。从图5可知，8mm频段发射通道的 电路结构包括：中频链路1、本振链路2和射频链路3 ;其中中频链路1包括：第一固定衰减 器4、温补衰减器5、S频段控制衰减器6和第二固定衰减器7 ;本振链路2包括第三固定衰 减器8、Ku频段放大器9、第四固定衰减器10、Ka频段二倍频器11、第五固定衰减器12、Ka 频段带通滤波器13、第六固定衰减器14、Ka频段放大器15 ;射频链路3包括射频链路混频 器16、第七固定衰减器17、8mm带通滤波器18、第八固定衰减器19、第一 8mm频段放大器20、 温度补偿衰减器21、第二8mm频段放大器22、第九固定衰减器23、8mm频段驱动放大器24 和8mm频段功率放大器25。
[0029] 输入的S频段中频信号中频链路1输入信号依次经过第一固定衰减器4、温补衰减 器5、S频段控制衰减器6和第二固定衰减器7后送至射频链路混频器16的中频输入端，其 中第一固定衰减器4是为了匹配输入端驻波，温补衰减器5是补偿高低温下中频通道1的 输入电平变化，S频段控制衰减器6的作用是接收外部输入控制信号，控制输入电平从而实 现射频输出电平的可调节。本振链路2输入信号依次经第三固定衰减器8、Ku频段放大器 9、第四固定衰减器10、Ka频段二倍频器11、第五固定衰减器12、Ka频段带通滤波器13、第 六固定衰减器14、Ka频段放大器15后送至射频链路混频器16的本振输入端，其中第三固 定衰减器8是匹配本振输入端口的驻波，Ku频段放大器9是将本振输入小信号进行放大， 第四固定衰减器10不仅可以完成Ku频段放大器9和Ka频段二倍频器11间的阻抗匹配， 同时可以调节Ka频段二倍频器11的工作电平，使其工作在稳定状态。Ka频段带通滤波器 13作用是通过倍频后的有用信号，将倍频后的其它杂波分量进行滤除，第五固定衰减器12 和第六固定衰减器14是匹配Ka频段带通滤波器13的端口阻抗，避免其工作频段因端口阻 抗失配偏离。射频链路混频器16的作用是将S频段信号转换至8_频段，第七固定衰减器 17与第八固定衰减器19是匹配8mm带通滤波器18的端口阻抗，第一 8mm频段放大器20与 第二8mm频段放大器22完成对8mm频段小信号的增益放大，温度补偿衰减器21是补偿高 低温下射频链路增益的变化，第九固定衰减器23是匹配8_频段驱动放大器24的输入阻 抗并调节其输入电平，8mm频段功率放大器25的作用是将输入信号完成高功率放大。
[0030] 放大后的信号再经过微带-探针-波导转换26后将射