专利名称：用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种毫米波接收机，特别涉及用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏
度毫米波接收机。
背景技术：
毫米波是指电磁波谱中频率介于30-300GHz或波长介于lcm-lmm的电磁波，毫米 波具有比光波、红外电磁波更好的穿透性。毫米波成像系统是利用的这些特性研制成的各 种用途的探测成像系统。 随着毫米波器件与部件水平的不断提高，毫米波成像方式也不断发展，其中，阵列 成像技术使毫米波成像系统由单通道机械扫描实现成像发展到了包括有成千上万接收机 的全凝视焦平面阵列实时成像。阵列成像技术需要有相应的毫米波器件(如匪IC)作支持， 所以用平面电路取代波导结构系统是毫米波系统发展的必然趋势。 用于毫米波成像系统的接收机必须满足低噪声、高增益、宽频带等特点，对于阵列 成像系统对接收机的体积、集成度、和稳定性提出了更严格的要求。 因此，提供一种高灵敏度的毫米波接收机，实已成为本领域技术人员亟待解决的 技术课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好、体积小、灵敏度高、且适合于各种毫米波接 收系统特别是阵列成像系统的毫米波接收机，以克服现有技术存在的体积大、稳定性差，适 用性小，难于实现阵列成像的缺陷。 为了达到上述目的，本发明提供的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米 波接收机，包括具有孔体的板体；固定在所述板体一侧的集成型射频电路，其包括用于 接收毫米波的平面微带缝隙天线、用于将接入的毫米波放大的低噪声放大器、和将放大后 的毫米波转换为与功率成正比的低频电压信号的混合集成的二极管检波器；固定在所述板 体另一侧的供电电路，其通过孔体与所述集成型射频电路相连接，用于向所述射频电路供 电；以及两封装盖体，用于夹持所述板体以便封装。 其中，所述低噪声放大器至少包含两片GaAs单片微波集成电路芯片；两片GaAs单 片微波集成电路芯片之间可采用50 Q微带线连接。 其中，所述平面微带缝隙天线可采用槽线-微带转换结构，通过微带与单片微波 集成电路芯片连接；其可制作在介电常数为2. 2、厚度0. 254mm的聚四氟乙烯复合材料上， 其面积为36mmX10mm。 其中，所述二极管检波器可采用二极管倒扣工艺制作在介电常数为2.2、厚度 0. 254mm的聚四氟乙烯复合材料上。 其中，所述两封装盖体和板体的材料可为铜，表面镀金厚度> 3 ii m，其尺寸可为 10X12X40mm。
较佳的，所述射频电路可采用导电胶粘贴在所述板体的一侧，所述供电电路可采 用小型金属连接器经过所述孔体与所述射频电路电连通。 较佳的，所述平面微带缝隙天线微带输出部分可采用导电胶粘贴在所述板体相应 位置，并在其与一封装盖体之间的空间内可填充微波透波材料。 综上所述，本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机采用 直接检波工作体制，结构简单；采用平面微带缝隙天线，可以直接与匪IC芯片实现集成，有 益于降低馈线损耗；采用匪IC芯片技术和平面微带电路，可以大大降低的生产成本；采用 多芯片集成技术，使成品率和一致性很好体现。本发明采用上述的措施，有效的克服了体 积大、稳定性差等缺陷，大大减小毫米波接收机的体积、重量，提高整机的性能、质量和可靠 性，适合于大批量生产，从而满足阵列毫米波成像系统的需求。
图1为本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度 框图； 图2a为本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度 盖体和板体构成的封装体的正面示意图； 图2b为本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度 盖体和板体构成的封装体的背面示意图； 图3为本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度 微带缝隙天线结构示意图； 图4为本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度 微带缝隙天线辐射特性测量结果图； 图5为本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度 电路灵敏度对应频率曲线。
具体实施例方式
以下将结合附图进一步说明本发明的Ka波段的用于毫米波阵列成像系统的集成 高灵敏度毫米波接收机。 请参见图1及图2，本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接
收机至少包括具有孔体的板体、集成型射频电路、供电电路和两封装盖体。 所述集成型射频电路固定在所述板体一侧，在本实施例中，其采用采用导电胶粘
贴在所述板体上，其包括用于接收毫米波的平面微带缝隙天线、用于将接入的毫米波放大
的低噪声放大器、和将放大后的毫米波转换为与功率成正比的低频电压信号的混合集成的
二极管检波器。 请参见图3，其为所述平面微带缝隙天线的结构示意图，采用了宽带行波端射式平 面缝隙天线，具有适当的增益和波束宽度，天线面积为36mmX 10mm，所述天线光刻在衬底厚 为0. 254mm介电常数为2. 2的聚四氟乙烯复合材料上，采用微带结构与低噪声放大器相连。 再请参见图4，其为所述天线辐射方向图，可以看出，天线在35GHz有很好的辐射特性，能成 功应用在阵列毫米波成像系统中。
毫米波接收机的系统 毫米波接收机的封装 毫米波接收机的封装 毫米波接收机的平面 毫米波接收机的平面 毫米波接收机的射频
所述低噪声放大器采用两片单片微波集成电路芯片(匪IC)级联而成，具有高增 益、低噪声、宽频带特性，匪IC芯片采用0. 25um GaAs pHEMT工艺加工而成，具有小的面积、 稳定的性能，两芯片之间通过50 Q微带线连接，采用槽线-微带转换结构的平面微带缝隙 天线也通过微带与单片微波集成电路芯片连接。 所述二极管检波器采用混合集成的二极管检波器，检波器制作在介电常数为2. 2、 厚度0. 254mm的聚四氟乙烯复合材料上，采用二极管倒扣工艺实现互连。
请参见图5，其为射频电路的射频部分灵敏度对应频率曲线，从图可以看出，射频 部分有5X106mV/mW左右的灵敏度，有大于7GHz的带宽。 所述供电电路固定在所述板体另一侧，其通过孔体与所述集成型射频电路相连 接，用于向所述射频电路供电。在本实施例中，所述供电电路采用小型金属连接器经过所述 板体上的孔体与所述射频电路电连通。 所述两封装盖体用于封装所述板体，在本实施例中，两封装盖体和板体所构成 的封装体的结构如图2a和2b所示，封装体的材料为铜，表面镀金厚度> 3 ii m，其尺寸为 10X12X40mm。所述平面微带缝隙天线微带输出部分采用导电胶粘贴在所述板体相应位 置，并在其与所述两封装盖体之间的空间内填充微波透波材料。 所述用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机的工作原理为由所 述平面微带缝隙天线接收毫米波，经过馈线损耗后送入低噪声放大器，低噪声放大器将毫 米波信号放大到二极管检波器可以检测的范围，二极管检波器将毫米波信号转变成与功率 成正比的低频电压信号，而供电电路将一路输入直流正电压转换为正、负两路直流电压，实 现对射频电路的供电。 综上所述，本发明的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机采用 双层结构，板体一侧装设射频电路，另一侧安置供电电路，两层之间通过通孔的引线进行连 接。采用这种紧凑的结构，使毫米波接收机的体积大大减小，尺寸为10 X 12 X 40m，输入直接 与平面微带天线集成，减小了射频传输通路的损耗，其上覆盖微波透波材料，既不影响射频 性能又可以保护内部电路，简化了辐射计系统的结构，降低了成本，更有利于阵列成像系统 的应用。 上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉 此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发 明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
一种用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特征在于包括具有孔体的板体；固定在所述板体一侧的集成型射频电路，其包括用于接收毫米波的平面微带缝隙天线、用于将接入的毫米波放大的低噪声放大器、和将放大后的毫米波转换为与功率成正比的低频电压信号的混合集成的二极管检波器；固定在所述板体另一侧的供电电路，其通过孔体与所述集成型射频电路相连接，用于向所述射频电路供电；两封装盖体，用于夹持所述板体以便封装。
2. 如权利要求1所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特 征在于所述低噪声放大器至少包含两片GaAs单片微波集成电路芯片。
3. 如权利要求2所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特 征在于两片GaAs单片微波集成电路芯片之间采用50 Q微带线连接。
4. 如权利要求2所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特 征在于所述平面微带缝隙天线采用槽线-微带转换结构，通过微带与单片微波集成电路 芯片连接。
5. 如权利要求1或3所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机， 其特征在于所述平面微带缝隙天线制作在介电常数为2. 2、厚度0. 254mm的聚四氟乙烯复 合材料上，其面积为36mmX10mm。
6. 如权利要求1所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特 征在于所述二极管检波器采用二极管倒扣工艺制作在介电常数为2. 2、厚度0. 254mm的聚 四氟乙烯复合材料上。
7. 如权利要求l所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收 机，其特征在于所述封装盖体和板体的材料都为铜，表面镀金厚度> 3ym，其尺寸为 10X12X40mm。
8. 如权利要求1所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特 征在于所述射频电路采用导电胶粘贴在所述板体的一侧，所述供电电路采用小型金属连 接器经过所述孔体与所述射频电路电连通。
9. 如权利要求1所述的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其特征在于所述平面微带缝隙天线微带输出部分采用导电胶粘贴在所述板体相应位置，并在其与 一封装盖体之间的空间内填充微波透波材料。
全文摘要
本发明提供的用于毫米波阵列成像系统的集成高灵敏度毫米波接收机，其包括具有孔体的板体；固定在所述板体一侧的集成型射频电路，其又包括用于接收毫米波的平面微带缝隙天线、用于将接入的毫米波放大的低噪声放大器、和将放大后的毫米波转换为与功率成正比的低频电压信号的混合集成的二极管检波器；固定在所述板体另一侧的供电电路，其通过孔体与所述集成型射频电路相连接，用于向所述射频电路供电；以及两封装盖体，用于夹持所述板体以便封装。如此紧凑型结构，可有效克服体积大、稳定性差等缺陷，大大减小毫米波接收机的体积、重量，提高整机的性能、质量和可靠性，适合于大批量生产，从而满足阵列毫米波成像系统的需求。
文档编号G01S7/48GK101776750SQ20101010928
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者关福宏, 孙晓玮, 时翔, 杨明辉, 钱蓉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所