Ka波段卫星小站收发机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种Ka波段卫星小站收发机，包括上变频模块和下变频模块，上变频模块、下变频模块均连接于调制解调器与天线组件之间。上变频模块用于对调制解调器发送的信号进行上变频，并将上变频后的信号发送至天线组件。下变频模块用于对天线组件发送的信号进行下变频，并将下变频后的信号发送至调制解调器。上变频模块或下变频模块包括若干利用系统级封装技术制造的SIP芯片，且各SIP芯片集成有若干电性连接且均采用半导体工艺制造的功能芯片。该Ka波段卫星小站收发机利用系统级封装技术使芯片数量大大减少，也减少了各芯片之间铜走线或者微带线的数量，从而减小了Ka波段卫星小站收发机的占用面积，便于实现产品的小型化设计。
【专利说明】
Ka波段卫星小站收发机
技术领域
[0001]本发明涉及Ka波段卫星通信技术领域，特别是涉及一种Ka波段卫星小站收发机。
【背景技术】
[0002]在早期的卫星通信中，主要通过若干主站完成主要的通信需求。主站通过有线连接的方式分发到不同的地区，故主站主要分布在城市的市区。主站的有线连接方式使得整个卫星通信系统的架构构建即为不便且价格昂贵。
[0003]VSAT(Very Small Aperture Terminal，卫星小站)卫星通信系统能够克服上述问题。在VSAT卫星通信系统中，卫星小站(VSAT)能够广泛地分布在不同的区域，除了在城市市区，还能够分布于山区等。同时，VSAT卫星通信系统能够满足互联网服务、语音/传真服务、数据业务等不同通信需求，从而得到了越来越广泛的应用。
[0004]如图1所示，VSAT卫星通信系统通常包括一个主站12、卫星转发器13及分布在各个区域的卫星小站11。卫星转发器13通常分布在赤道上方36000千米的地球同步轨道上。主站12是整个VSAT卫星通信系统中的中央通信和监控终端，通常需要全天候工作。主站12通过直接发送信号到分布在不同区域的卫星小站11来控制并与各卫星小站11进行通信。如图2所示，卫星小站11包括一个室外单元15和一个室内单元14。其中，室内单元14包含用来交互的设备，例如调制解调器、计算机设备，且室内单元14通过有线方式连接室外单元15。室外单元15包括天线组件17、收发机16以及其他配件。天线组件17中包括反射器、馈源、安装底座等。收发机16包含上变频模块(BUC，block up converter)、下变频模块(LNB，low noiseblock)以及其他收发组件部分。
[0005]另外，基于可用带宽传输容量大的优势和市场需求，Ka波段通信卫星市场的需求越来越大，Ka波段主要为26.5?40GHz。据统计，全球三十余家卫星运营商中，已经启动或者正在启动Ka波段卫星项目的有二十余家。相应地，地面终端市场也将取得较大发展，卫星终端使用量将达到百万部级别，因此全球卫星行业进入Ka时代的步伐在加快。而在VSAT卫星通信系统中，收发机是卫星小站11的通信核心部分。对于波长更短的Ka波段来说，收发机中PCB电路板的加工工艺则有更严格的要求。因此，如何提高收发机的性能并且减少成本是收发机产品面向商业化的关键一步。
[0006]然而，在传统的Ka波段卫星小站收发机中，上变频模块、下变频模块均包括较多的功能芯片以及晶体管，且这些功能芯片和晶体管均分立排布于对应的PCB电路板上，各分立的功能芯片和晶体管之间通过铜走线或者微带线连接。因此，传统的Ka波段卫星小站收发机占用的面积较大，使得整个产品的尺寸无法缩小。
【发明内容】
[0007]基于此，有必要针对传统的Ka波段卫星小站收发机占用面积较大的问题，提供一种Ka波段卫星小站收发机。
[0008]—种Ka波段卫星小站收发机，包括上变频模块和下变频模块，所述上变频模块、下变频模块均连接于调制解调器与天线组件之间；
[0009]所述上变频模块用于对所述调制解调器发送的信号进行上变频，并将上变频处理后的信号发送至所述天线组件;所述下变频模块用于对所述天线组件发送的信号进行下变频，并将下变频处理后的信号发送至所述调制解调器;同时，所述上变频模块或下变频模块包括若干利用系统级封装技术制造的SIP芯片，且各所述SIP芯片集成有若干电性连接且均采用半导体工艺制造的功能芯片。
[0010]在其中一个实施例中，所述上变频模块包括第一SIP芯片，且所述第一SIP芯片集成有第一本振信号发生器及第一本振信号放大器。
[0011]在其中一个实施例中，所述上变频模块还包括相连接的第二SIP芯片及第三SIP芯片;
[0012]所述第二SIP芯片集成有第一放大器及第一混频器，且所述第一混频器用于连接所述调制解调器;所述第三SIP芯片集成有第二放大器和第三放大器。
[0013]在其中一个实施例中，所述上变频模块还包括微带线滤波器及第一功率放大器；所述微带线滤波器连接于所述第一 SIP芯片与第二 SIP芯片之间；所述第三SIP芯片还与所述第一功率放大器连接;所述第一功率放大器还用于连接所述天线组件。
[0014]在其中一个实施例中，所述下变频模块包括第四SIP芯片;所述第四SIP芯片集成有第二本振信号发生器及第二本振信号放大器。
[0015]在其中一个实施例中，所述下变频模块还包括相连接的第五SIP芯片及第六SIP芯片;
[0016]所述第五SIP芯片集成有若干级放大器，且所述第五SIP芯片还用于连接所述天线组件;所述第六SIP芯片集成有若干级滤波器。
[0017]在其中一个实施例中，所述下变频模块还包括本振信号滤波器、第二混频器、混频信号滤波器及第二功率放大器；
[0018]所述本振信号滤波器连接于所述第四SIP芯片与所述第二混频器之间；所述第二混频器还分别与所述第六SIP芯片、所述混频信号滤波器连接;所述混频信号滤波器还与所述第二功率放大器连接;所述第二功率放大器还用于连接所述调制解调器。
[0019]在其中一个实施例中，所述SIP芯片包括衬底，且各所述功能芯片以层叠或并排的方式集成于所述衬底上。
[0020]在其中一个实施例中，各所述SIP芯片通过表面贴装技术安装于所述上变频模块或下变频模块对应的PCB板。
[0021 ]在其中一个实施例中，所述上变频模块和下变频模块共同安装于同一块PCB板上。
[0022]上述Ka波段卫星小站收发机具有的有益效果为:在该Ka波段卫星小站收发机中，上变频模块或下变频模块包括若干利用系统级封装技术制造的SIP芯片，且各SIP芯片集成有若干电性连接且均采用半导体工艺制造的功能芯片。因此，该Ka波段卫星小站收发机利用系统级封装技术使芯片数量大大减少，而且也减少了各芯片之间铜走线或者微带线的数量，从而减小了整个Ka波段卫星小站收发机的占用面积，便于实现产品的小型化设计。
【附图说明】
[0023]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
[0024]图1为VSAT卫星通信系统的组成结构示意图；
[0025]图2为图1所示的VSAT卫星通信系统中卫星小站的组成结构示意图；
[0026]图3为一实施例提供的Ka波段卫星小站收发机的相关组成结构示意图；
[0027]图4为图3所示实施例的Ka波段卫星小站收发机中上变频模块的电气连接结构示意图；
[0028]图5为图3所示实施例的Ka波段卫星小站收发机中下变频模块的电气连接结构示意图；
[0029]图6为图3所示实施例的Ka波段卫星小站收发机中的SIP芯片封装结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
[0031]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0032]一实施例提供了一种Ka波段卫星小站收发机，如图3所示，包括上变频模块100和下变频模块200。上变频模块100、下变频模块200均连接于调制解调器300与天线组件400之间。天线组件400包括天线、馈源等结构，用于发射或接收Ka波段高频信号。需要说明的是，Ka波段卫星小站收发机至少包括上变频模块100和下变频模块200，还可以包括其他结构，例如正交模转换器。
[0033]上变频模块100用于对调制解调器300发送的信号进行上变频，并将上变频处理后的信号发送至天线组件400。其中，调制解调器300发送的信号通常为中频信号，该中频信号经过上变频模块100后，被上变频为Ka波段高频发射信号，并最终通过天线组件400发射出去。
[0034]下变频模块200用于对天线组件400发送的信号进行下变频，并将下变频处理后的信号发送至调制解调器300。其中，天线组件400发送至下变频模块200的信号为Ka波段高频接收信号，该Ka波段高频接收信号经过下变频模块200，被下变频为中频信号并最终进入调制解调器300中，以进行后续解调等相应处理过程。
[0035]在本实施例中，上变频模块100或下变频模块200包括若干利用系统级封装技术制造的SIP(System In a Package系统级封装)芯片。系统级封装技术是指将多种功能芯片集成在一个封装内，从而实现一个基本完整的功能，S卩SIP芯片。同时，各SIP芯片集成有若干电性连接且均采用半导体工艺制造的功能芯片。半导体工艺是指以半导体为材料，制作成组件及集成电路的技术，例如硅锗工艺。功能芯片是指传统上变频模块或下变频模块中分立排布的各功能芯片，例如滤波器、混频器等。
[0036]上述SIP芯片在制造过程中，将不同功能芯片对应的裸片通过系统级封装技术封装在一起的，从而形成对应的SIP芯片。同时，由于封装在一起的各功能芯片电性连接且制造工艺相同(即均采用半导体工艺制造)，因此在工艺制造方面便于实现。
[0037]综上所述，本实施例中，将上变频模块100或下变频模块200中电性连接且制造工艺均为半导体制造工艺的不同功能芯片封装在一起，减小了芯片的数量，同时也减少了各芯片之间铜走线或者微带线的数量，从而减小了整个Ka波段卫星小站收发机的占用面积，降低了元器件的成本，便于实现产品的小型化设计，简化了高频段的搭建以及调试。
[0038]具体的，如图4所示，上变频模块100共包括3个SIP芯片，即第一SIP芯片110、第二SIP芯片120及第三SIP芯片130。同时上变频模块100还包括微带线滤波器140及第一功率放大器150。上变频模块100还包括其他器件306，例如外围器件、匹配器件等。其中，第二SIP芯片120与第三SIP芯片130连接。微带线滤波器140连接于第一 SIP芯片110与第二 SIP芯片120之间。第三SIP芯片130还与第一功率放大器150连接。第一功率放大器150还用于连接天线组件400。
[0039]第一SIP芯片110，用于产生并放大上变频对应的第一本振信号。该第一SIP芯片110集成有电连接的第一本振信号发生器111及第一本振信号放大器112这两种功能芯片。第一本振信号发生器111用于产生第一本振信号，并发送至第一本振信号放大器112。第一本振信号放大器112用于将第一本振信号放大并将放大后的第一本振信号发送至微带线滤波器140中。
[0040]微带线滤波器140，用于将放大后的第一本振信号进行滤波，并将滤波后的第一本振信号发送至第二SIP芯片120。具体的，微带线滤波器140为带通滤波器，且微带线滤波器140通过镀铜或者镀铜加沉银工艺形成，厚度介于17μπι?34μπι。其中，沉银可以防止铜发生氧化，从而提高微带线滤波器140的可靠性。另外，由于微带线滤波器140与第一本振信号发生器111及第一本振信号放大器112的制造工艺不同，因此本实施例中将微带线滤波器140单独设为一级。
[0041]第二SIP芯片120，用于实现混频功能，以将调制解调器300发送的中频信号上变频为Ka波段高频信号。第二 SIP芯片120集成有电连接的第一放大器121及第一混频器122这两种功能芯片。其中，第一放大器121连接微带线滤波器140，且第一放大器121用于将微带线滤波器140滤波后的第一本振信号进行放大。第一混频器121用于连接调制解调器300，且第一混频器121用于将第一放大器121放大后的第一本振信号与调制解调器300传来的中频信号进行混频，从而得出Ka波段高频信号。该Ka波段高频信号通过微带线进行传输，并传输至第三SIP芯片130中。其中，微带贴片天线170用于发送和接收高频信号。本实施例中，第二SIP芯片120输出的Ka波段高频信号通过微带贴片天线170传输至第三SIP芯片130中。
[0042]第三SIP芯片130，用于对Ka波段高频信号进行放大，且第三SIP芯片130集成有电连接的第二放大器131和第三放大器132这两种功能芯片。其中，第二放大器131为低噪声放大器。第三放大器132为可变增益放大器。另外，第三SIP芯片130中还包括相应的匹配电路，以达到阻抗匹配的效果。因此，Ka波段高频信号经过第三SIP芯片130后，进行了相应的多级放大过程，并通过微带贴片天线170传送至第一功率放大器150中。
[0043]第一功率放大器150，用于进行功率放大，以使第三SIP芯片130发送的放大后的Ka波段高频信号产生足够的功率从而能够无线发射出去。由于第一功率放大器150具有大功率特性，会产生明显的发热，因此本实施例中将第一功率放大器150单独设为一级。
[0044]因此，在本实施例提供的上变频模块100中，通过第一SIP芯片110、第二SIP芯片120及第三SIP芯片130，将传统上变频模块中分立排布的各功能芯片按照电气连接关系和工艺相应封装在一起，从而减少了整个上变频模块100中芯片的数量和各芯片之间铜走线或者微带线的数量。
[0045]可以理解的是，上变频模块100的结构不限于上述一种情况，只要能够满足产品的小型化要求即可。例如，在其他实施例中，还可以将第二 SIP芯片120与第三SIP芯片130中的各功能芯片封装一体;第三SIP芯片130内也可集成有其他级数的放大器。
[0046]具体的，如图5所示，下变频模块200包括第四SIP芯片210、第五SIP芯片220、第六SIP芯片230、本振信号滤波器240、第二混频器250、混频信号滤波器260及第二功率放大器270。其中，第五SIP芯片220与第六SIP芯片230连接。第五SIP芯片220还用于连接天线组件400。本振信号滤波器240连接于第四SIP芯片210与第二混频器250之间。第二混频器250还分别与第六SIP芯片230、混频信号滤波器260连接。混频信号滤波器260还与第二功率放大器270连接。第二功率放大器270还用于连接调制解调器300。
[0047]第四SIP芯片210，用于产生并放大下变频对应的第二本振信号。同时，第四SIP芯片210集成有电连接的第二本振信号发生器211及第二本振信号放大器212这两种功能芯片。其中，第二本振信号发生器211用于产生下变频对应的第二本振信号，并发送至第二本振信号放大器212中。第二本振信号放大器212为低噪声放大器，用于放大第二本振信号，并将放大后的第二本振信号发送至本振信号滤波器240中。本振信号滤波器240再将滤波后的第二本振信号发送至第二混频器250中。
[0048]第五SIP芯片220集成有若干级放大器、并用于对天线组件400发送的Ka波段接收信号进行放大。具体的，第五SIP芯片220集成有三级低噪声放大器，以提高信号的信噪比。同时第五SIP芯片220通过贴片天线280接收Ka波段接收信号。
[0049]第六SIP芯片230集成有若干级滤波器，并用于对第五SIP芯片220发送的放大后的Ka波段接收信号进行滤波，再将滤波后的Ka波段接收信号发送至第二混频器250。具体的，第六SIP芯片230集成有三个滤波器。
[0050]第二混频器250用于将滤波后的第二本振信号与滤波后的Ka波段接收信号进行混频，从而形成相应的中频信号，并发送至混频信号滤波器260 ο混频信号滤波器260对该中频信号进行滤波，并将滤波后的中频信号发送至第二功率放大器270中。第二功率放大器270用于进行功率放大，并将将放大后的中频信号发送至调制解调器300中。
[0051 ]因此，在本实施例提供的下变频模块200中，通过第四SIP芯片210、第五SIP芯片220、第六SIP芯片230，将传统下变频模块中分立的各功能芯片按照电气连接关系和工艺相应封装在一起，从而减少了整个下变频模块200中芯片的数量和各芯片之间铜走线或者微带线的数量。
[0052]可以理解的是，下变频模块200的结构不限于上述一种情况，只要能够满足产品的小型化要求即可。
[0053]具体的，如图6所示，上述各SIP芯片(包括第一SIP芯片110、第二SIP芯片120、第三SIP芯片130、第四SIP芯片210、第五SIP芯片220、第六SIP芯片230)的具体封装结构原理如下。
[0054]各SIP芯片均包括衬底510，且SIP芯片内的各功能芯片以层叠或并排的方式集成于衬底510上。例如，功能芯片520、功能芯片530以层叠的方式集成于衬底510上，这种叠层结构能够进一步减小整个SIP芯片的面积。不适合叠加在一起的功能芯片则以并排的方式集成于衬底510上，例如功能芯片560则相对于功能芯片520及功能芯片530，以并排的方式集成于衬底510上。另外，功能芯片通过bonding工艺将引线引出，以实现电气连接。衬底510上还集成有其他元件550，例如匹配的电阻、电容或者微带线
[0055]可以理解的是，SIP芯片的封装结构不限于上述一种情况，只要能够将相应的功能芯片封装在一起即可。
[0056]具体的，各SIP芯片均通过表面贴装技术安装于上变频模块100或下变频模块200对应的PCB板，从而进一步减小了Ka波段卫星小站收发机的体积。另外，将安装完成后的PCB板置于波导腔体外壳之内，该波导腔体外壳具有波导、散热以及支撑等功能。
[0057]同时，上变频模块100和下变频模块200共同安装于同一块PCB板上。这时，上变频模块100和下变频模块200则可以共用本振信号发生器，从而进一步减小了芯片的数量，缩小了产品的体积、节约了元器件成本。
[0058]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0059]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种Ka波段卫星小站收发机，包括上变频模块和下变频模块，其特征在于，所述上变频模块、下变频模块均连接于调制解调器与天线组件之间； 所述上变频模块用于对所述调制解调器发送的信号进行上变频，并将上变频处理后的信号发送至所述天线组件;所述下变频模块用于对所述天线组件发送的信号进行下变频，并将下变频处理后的信号发送至所述调制解调器；同时，所述上变频模块或下变频模块包括若干利用系统级封装技术制造的SIP芯片，且各所述SIP芯片集成有若干电性连接且均采用半导体工艺制造的功能芯片。2.根据权利要求1所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述上变频模块包括第一 SIP芯片，且所述第一 SIP芯片集成有第一本振信号发生器及第一本振信号放大器。3.根据权利要求2所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述上变频模块还包括相连接的第二 SIP芯片及第三SIP芯片； 所述第二 SIP芯片集成有第一放大器及第一混频器，且所述第一混频器用于连接所述调制解调器;所述第三SIP芯片集成有第二放大器和第三放大器。4.根据权利要求3所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述上变频模块还包括微带线滤波器及第一功率放大器;所述微带线滤波器连接于所述第一 SIP芯片与第二 SIP芯片之间;所述第三SIP芯片还与所述第一功率放大器连接;所述第一功率放大器还用于连接所述天线组件。5.根据权利要求1所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述下变频模块包括第四SIP芯片;所述第四SIP芯片集成有第二本振信号发生器及第二本振信号放大器。6.根据权利要求5所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述下变频模块还包括相连接的第五SIP芯片及第六SIP芯片； 所述第五SIP芯片集成有若干级放大器，且所述第五SIP芯片还用于连接所述天线组件;所述第六SIP芯片集成有若干级滤波器。7.根据权利要求6所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述下变频模块还包括本振信号滤波器、第二混频器、混频信号滤波器及第二功率放大器； 所述本振信号滤波器连接于所述第四SIP芯片与所述第二混频器之间；所述第二混频器还分别与所述第六SIP芯片、所述混频信号滤波器连接;所述混频信号滤波器还与所述第二功率放大器连接;所述第二功率放大器还用于连接所述调制解调器。8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述SIP芯片包括衬底，且各所述功能芯片以层叠或并排的方式集成于所述衬底上。9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，各所述SIP芯片通过表面贴装技术安装于所述上变频模块或下变频模块对应的PCB板。10.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的Ka波段卫星小站收发机，其特征在于，所述上变频模块和下变频模块共同安装于同一块PCB板上。
【文档编号】H04B7/185GK105933028SQ201610411101
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】陈家诚, 姚建可, 丁庆
【申请人】深圳市华讯方舟卫星通信有限公司, 华讯方舟科技有限公司