基于LTCC技術(shù)的雷達(dá)接收前端設(shè)計(jì)

白珂 魏巍

摘要

近年來(lái)，微波混合集成電路的發(fā)展速度十分的迅速，隨著其發(fā)展，雷達(dá)設(shè)備對(duì)于微波電路的體積要求也越來(lái)越高，同時(shí)對(duì)于電路的可靠性提出了較高的要求，這樣就促使微波混合集成電路在設(shè)計(jì)時(shí)在立體性上有更多考慮，而不是拘泥于平面型。低溫共燒陶瓷（ LTCC）作為一種先進(jìn)的工藝技術(shù)能夠在電路的體積小型化以及可靠性的提高上起到很大的作用，本文就這一技術(shù)制造的材料在雷達(dá)的接受前段上的設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)接收 低溫共燒陶瓷 集成電路

1雷達(dá)接收前段簡(jiǎn)介

雷達(dá)接收機(jī)的設(shè)計(jì)工作中，其前段是一個(gè)相當(dāng)重要的部件，正是因?yàn)橛薪邮涨岸蔚拇嬖冢沟美走_(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于雷達(dá)回波自射頻到可進(jìn)行量化的聲視頻的轉(zhuǎn)換，技術(shù)的發(fā)展使得該部件結(jié)束了分離器件的時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了集成電路。而在混合集成電路體系之中，電路是依靠平面微帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行負(fù)載的，選擇的材料就是較為常見(jiàn)的無(wú)機(jī)材料三氧化二鋁陶瓷以及有機(jī)材料聚四氟乙烯板，這種結(jié)構(gòu)使得集成電路水平又得到了一定的提高，發(fā)展到現(xiàn)在，雷達(dá)接收前段的主要實(shí)現(xiàn)形式就是混合集成電路（ HMIC）。

而這些年，雷達(dá)技術(shù)更是得到了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步，單獨(dú)線路的微波信道已經(jīng)滿足不了技術(shù)的要求，因此目前較為普及的信息傳輸方式是多路微波信道，比如說(shuō)相控陣?yán)走_(dá)以及DBF體制雷達(dá)都使用越來(lái)越多的微波信道。但是在要求信道多的同時(shí)還需要在體積上小型化，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的有效傳輸也能夠減小雷達(dá)的有效負(fù)荷，在特殊的場(chǎng)合比如航天航空設(shè)備上對(duì)于體積的要求更為苛刻。這就使得在電路設(shè)計(jì)技術(shù)上需要進(jìn)行改進(jìn)，一種典型的方法是微波電路的結(jié)構(gòu)由平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為立體結(jié)構(gòu)，而低溫共燒陶瓷（ LTCC）能夠作為電路載體，在微波電路的小型化以及立體化發(fā)展中發(fā)揮出重要作用，在未來(lái)雷達(dá)前段的微波電路設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用前景。2微波集成電路中LTCC的應(yīng)用

2.1 LTCC工藝簡(jiǎn)介

LTCC工藝制造的多層基板可以實(shí)現(xiàn)高密度多層之間的互連以及可以將無(wú)源元件與氣密性陶瓷封裝與一體，這樣就能夠在微波的性能提高以及頻率的高低混合方面進(jìn)行優(yōu)化，這樣的體系對(duì)于航天航空、軍事通訊等特殊領(lǐng)域發(fā)揮出獨(dú)有的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及在這些行業(yè)里的應(yīng)用前景。

隨著微波混合集成電路的發(fā)展，對(duì)于LTCC的需求也越來(lái)越高，而全球各地更是遍布著很多的LTCC生產(chǎn)公司，如圖1所示即為L(zhǎng)TCC的常見(jiàn)生產(chǎn)流程圖。首先是根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸要求進(jìn)行生瓷帶的裁剪，之后進(jìn)行打孔過(guò)程，而借助的方法就是機(jī)械沖制或者是激光鉆孔，這樣就能夠在裁剪的生瓷片上形成定位孔或者是互連通孔，接下來(lái)就是印制導(dǎo)帶圖形以及無(wú)源元件的過(guò)程，通用的方法就是絲網(wǎng)印刷。絲網(wǎng)印刷是目前在導(dǎo)帶圖形的設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)O.lmm的分辨率，這樣就能夠滿足微波頻率的基本使用需求。絲網(wǎng)印刷之后就需要采用等靜壓的方式對(duì)生瓷片進(jìn)行疊片熱壓，這種壓層方式能夠保證壓層的均勻性以及壓片的高性能。在壓片之后，這些基板就需要切片之后在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，一般工藝上選擇的溫度是850-900℃，燒結(jié)之后的基板就可以在其表面進(jìn)行元器件的組裝，密封之后就可以得到最終的LTCC產(chǎn)品。

2.2 LTCC微波性能分析

在微波集成電路之中，傳統(tǒng)的基本材料選擇的多為氧化鋁、聚四氟乙烯等化學(xué)材料，與這些傳統(tǒng)的材料相比較，LTCC材料在射頻以及微波頻段附上的使用有著其獨(dú)特的性質(zhì)以及較為良好的性能。常規(guī)的傳統(tǒng)材料在工藝方面比較成熟以及經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展在材料的性能控制方面有著良好的經(jīng)驗(yàn)，參數(shù)的調(diào)控也更加穩(wěn)定，這些優(yōu)勢(shì)使得傳統(tǒng)材料在市場(chǎng)上一直具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。與之相比，LTCC在熱傳導(dǎo)率以及熱膨脹率方面性能良好，這樣就使得LTCC在微波線路中可以應(yīng)用，而且能夠使得很多無(wú)源元件設(shè)計(jì)于電路內(nèi)層，從而加強(qiáng)微波電路的集成性。

3電路設(shè)計(jì)要求

電路設(shè)計(jì)的目標(biāo)為S波段的接收前段，這一設(shè)計(jì)在工作時(shí)所要求的工作頻率在3100-3400MHz，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)為下變頻系統(tǒng)，輸出中頻確定在432MHz，增益要求在25db以上，在設(shè)計(jì)時(shí)，處理低噪聲以及混頻還有前置中頻放大器中使用的芯片為MMIC，利用鍵合相連實(shí)現(xiàn)芯片與導(dǎo)帶之間有效連接，而利用通孔相連來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)層電路與表層電路之間的連接。在設(shè)計(jì)時(shí)要注意通孔會(huì)導(dǎo)致寄生電感，這就會(huì)對(duì)鏡像抑制濾波器頻帶內(nèi)起伏特性起到很大的影響，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到通孔帶來(lái)的影響，原理圖如圖2所示。

最后設(shè)計(jì)使用的電路圖是由以下幾種芯片組成的，用于前段第一級(jí)信號(hào)放大的CHP2063低噪聲MMIC，該芯片使得信號(hào)在接收時(shí)的噪聲系數(shù)保持良好，其次是HMC218混頻器MMIC，主要用于頻率的轉(zhuǎn)變，以及SNA-500補(bǔ)償放大器MMIC，這一芯片是用于前置中頻以及本振補(bǔ)償?shù)姆糯螅偃缓缶褪荕MIC衰減片AT-06芯片，用于增益效果的調(diào)整。

4結(jié)語(yǔ)

低溫共燒陶瓷（ LTCC）作為一種先進(jìn)的工藝技術(shù)能夠在雷達(dá)的微波混合電路的體積小型化，可靠性高以及立體化發(fā)展中有廣泛的應(yīng)用前景。而利用LTCC，進(jìn)行雷達(dá)接收前段的設(shè)計(jì)也能夠在信號(hào)放大，增益提高等方面發(fā)揮作用，對(duì)于雷達(dá)集成度提高以及成本降低方面有重要作用。

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