基于LTCC的射频前端的制作方法

本实用新型涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于LTCC的低噪声高增益高环境适应性射频前端。
背景技术：
：无线通信系统在环境监测、智能交通和工业监控等领域有广泛应用。射频接收前端是无线通信系统的一个重要部分，主要用于是从复杂的环境信号中筛选出有用射频信号并转换成易处理的中频信号，其性能对整个无线通信系统有着决定性的影响。在复杂的环境信号中对有用信号的准确、高速响应，要求射频前端灵敏度高；对有用信号的快速、高效处理要求射频前端增益高；而极端环境和紧张资源的应用，则要求射频前端向小型化、轻量化和高环境适应性发展。传统印制板工艺，采用普通介质和普通陶瓷作为基板材料，相对于低温共烧陶瓷(LTCC)技术，材料的损耗比较高，额外增加了电路中信号传输的损耗，并且频段越高损耗越明显。损耗的提高，影响射频前端的灵敏度、增益。采用低温共烧陶瓷(LTCC)技术制备电路，可以实现产品的高密度封装，用多层层叠技术对微波传输线、逻辑控制线及电源线混合布线，减小产品体积。同时，基于LTCC技术的产品，可以采用气密封装，满足苛刻环境条件下使用。技术实现要素：针对应用环境对射频前端的高增益、高灵敏度、高环境适应性和小型化等高性能需求，研制一款基于LTCC技术的射频前端模块，使其具有低噪声、低损耗、高集成度等特点，并能在温度恶劣的极端环境中保持优良性能。所述射频前端采用超外差式接收系统框架，采用LTCC技术，基板采用生瓷片材料层叠布局；信号链路采用微带线连接，所述信号链路包括射频低噪放、陶瓷滤波器、混频器、第一中频滤波器、中频放大器和第二中频滤波器。所述基板为Ferro材料，设计层数为10层。基板安装过程中先将基板焊接在钼铜片载板上，载板再焊接在壳体上。所述信号链路中，低噪放、中频放大器和混频器采用裸芯片。所述信号链路安装在第一层；其中，裸芯片器件采用金锡焊料进行共晶焊接，其余器件使用锡铅焊料进行焊接安装。基板第二层设置微波地，并且射频传输线对应的地大面积接地；基板第六层设置电源地；基板第五层设置电源加载线；基板中采用过孔进行信号传输。本实用新型提出的射频前端采用超外差式接收系统框架，选取裸芯片的低噪放、中频放大器和混频器。所有信号经由低噪放放大，通过陶瓷滤波器筛选有用信号，有用信号和本振信号经过混频产生中频信号，中频信号经过滤波、放大后，传输至通信系统其他模块进行处理计算，详见附图1。本实用新型选用的裸芯片如表1所示，各芯片和滤波器之间用微带线连接，并采用微带线高低阻抗匹配技术进行匹配，构成射频链路。射频链路、电源信号以及射频信号地、电源地采用过孔进行信号传输，详见附图2。表1射频前端使用的芯片芯片型号生产厂商低噪放XN3017中电24所中频放大器BW600中电13所混频器BWM251中电13所本实用新型的创新性体现在：1)采用高密度封装技术，对芯片、微波传输线、电源线、电源地和微波地进行多层层叠布局，见附图2，实现射频前端的小型化。2)采用微波垂直互连技术，实现电源信号和微波信号在层间过孔传输，减小了微波电路的平面面积，见附图2，实现射频前端的小型化。3)采用LTCC技术，基板采用生瓷片材料为Ferro材料，基板引入的损耗很低。4)采用金丝键合技术，互连产生的杂散电容、互连电阻和互连电感很小。5)采用激光封焊技术，保证了产品气密性，增强产品的可靠性和环境适应性。本实用新型提出的射频前端，在恶劣的温度环境中，具有优良性能，详见表2。在-50℃到85℃，射频前端噪声低于1.5，净增益达到48dB。整个结构(包括壳体)，体积为45mm×26mm×11mm，重量为34.7g，达到了小型化和轻量化的效果。表2射频前端高低温试验结果常温(25℃)低温(-50℃)高温(85℃)常温(25℃)工作频率////中频信号范围满足满足满足满足净增益50.11753.0449.2250.43本振输入0dBm0dBm0dBm0dBm噪声系数1.040.641.361.111dB压缩点8.989.558.138.95工作电压4.999V4.999V4.999V4.999V工作电流119118118118驻波比1.261.331.171.25附图说明图1是本实用新型射频前端系统结构图；图2是本实用新型LTCC基板层间设计图。具体实施方式下面结合附图将本实用新型的具体实施方式进行详细解读：本实用新型所述的射频前端采用超外差式接收系统框架，采用LTCC技术，基板采用生瓷片材料层叠布局；信号链路采用微带线连接，所述信号链路包括射频低噪放、陶瓷滤波器、混频器、第一中频滤波器、中频放大器和第二中频滤波器。所述基板为Ferro材料，设计层数为10层。基板安装过程中先将基板焊接在钼铜片载板上，载板再焊接在壳体上。所述信号链路中，低噪放、中频放大器和混频器采用裸芯片。所述信号链路安装在第一层；其中，裸芯片器件采用金锡焊料进行共晶焊接，其余器件使用锡铅焊料进行焊接安装。基板第二层设置微波地，并且射频传输线对应的地大面积接地；基板第六层设置电源地；基板第五层设置电源加载线；基板中采用过孔进行信号传输。本实用新型的射频前端具体实施方式如下：1信号链路包括射频低噪放、陶瓷滤波器、混频器、第一中频滤波器、中频放大器和第二中频滤波器，信号经过链路后，传输到无线通信系统下一级模块进行处理。2选择生瓷片材料为Ferro材料，其介电常数为5.9，损耗因子为0.002。设计层数为10层，烧制后基板厚度为1mm。由于机械结构与LTCC材料的热膨胀系数有所差距，在高温下容易引起基板变形开裂,在本模块安装过程中采用先将LTCC基板焊接在钼铜片载板上，载板再焊接在壳体上的安装工艺，以此避免了基板的破裂。3主要器件包括低噪放裸芯片、混频器封装芯片以及阻容器件，安装在第一层。其中裸芯片采用金锡焊料进行共晶焊接，其余器件使用锡铅焊料进行焊接安装。使用直径25μm金丝进行芯片与LTCC基板互联。4微波地设置在中间第二层，并且射频传输线对应的地大面积接地。5电源地设置在中间第六层。6电源加载线设置在中间第五层。当前第1页1 2 3