基于LTCC技術的雷達接收前端設計

白珂 魏巍

摘要

近年來，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，雷達設備對于微波電路的體積要求也越來越高，同時對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計時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）作為一種先進的工藝技術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，本文就這一技術制造的材料在雷達的接受前段上的設計進行相關研究。

【關鍵詞】雷達接收 低溫共燒陶瓷 集成電路

1雷達接收前段簡介

雷達接收機的設計工作中，其前段是一個相當重要的部件，正是因為有接收前段的存在，使得雷達能夠實現對于雷達回波自射頻到可進行量化的聲視頻的轉換，技術的發(fā)展使得該部件結束了分離器件的時代，實現了集成電路。而在混合集成電路體系之中，電路是依靠平面微帶結構進行負載的，選擇的材料就是較為常見的無機材料三氧化二鋁陶瓷以及有機材料聚四氟乙烯板，這種結構使得集成電路水平又得到了一定的提高，發(fā)展到現在，雷達接收前段的主要實現形式就是混合集成電路（ HMIC）。

而這些年，雷達技術更是得到了長足的發(fā)展與進步，單獨線路的微波信道已經滿足不了技術的要求，因此目前較為普及的信息傳輸方式是多路微波信道，比如說相控陣雷達以及DBF體制雷達都使用越來越多的微波信道。但是在要求信道多的同時還需要在體積上小型化，這樣既能夠實現信號的有效傳輸也能夠減小雷達的有效負荷，在特殊的場合比如航天航空設備上對于體積的要求更為苛刻。這就使得在電路設計技術上需要進行改進，一種典型的方法是微波電路的結構由平面結構轉換為立體結構，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，在未來雷達前段的微波電路設計中有著廣泛的應用前景。2微波集成電路中LTCC的應用

2.1 LTCC工藝簡介

LTCC工藝制造的多層基板可以實現高密度多層之間的互連以及可以將無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行優(yōu)化，這樣的體系對于航天航空、軍事通訊等特殊領域發(fā)揮出獨有的應用優(yōu)勢以及在這些行業(yè)里的應用前景。

隨著微波混合集成電路的發(fā)展，對于LTCC的需求也越來越高，而全球各地更是遍布著很多的LTCC生產公司，如圖1所示即為LTCC的常見生產流程圖。首先是根據設計的尺寸要求進行生瓷帶的裁剪，之后進行打孔過程，而借助的方法就是機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，接下來就是印制導帶圖形以及無源元件的過程，通用的方法就是絲網印刷。絲網印刷是目前在導帶圖形的設計中較為常見的技術，能夠實現O.lmm的分辨率，這樣就能夠滿足微波頻率的基本使用需求。絲網印刷之后就需要采用等靜壓的方式對生瓷片進行疊片熱壓，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行燒結，一般工藝上選擇的溫度是850-900℃，燒結之后的基板就可以在其表面進行元器件的組裝，密封之后就可以得到最終的LTCC產品。

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特的性質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過長時間的發(fā)展在材料的性能控制方面有著良好的經驗，參數的調控也更加穩(wěn)定，這些優(yōu)勢使得傳統(tǒng)材料在市場上一直具有一定的競爭力。與之相比，LTCC在熱傳導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用，而且能夠使得很多無源元件設計于電路內層，從而加強微波電路的集成性。

3電路設計要求

電路設計的目標為S波段的接收前段，這一設計在工作時所要求的工作頻率在3100-3400MHz，對應系統(tǒng)為下變頻系統(tǒng)，輸出中頻確定在432MHz，增益要求在25db以上，在設計時，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，利用鍵合相連實現芯片與導帶之間有效連接，而利用通孔相連來實現內層電路與表層電路之間的連接。在設計時要注意通孔會導致寄生電感，這就會對鏡像抑制濾波器頻帶內起伏特性起到很大的影響，所以在設計時必須考慮到通孔帶來的影響，原理圖如圖2所示。

最后設計使用的電路圖是由以下幾種芯片組成的，用于前段第一級信號放大的CHP2063低噪聲MMIC，該芯片使得信號在接收時的噪聲系數保持良好，其次是HMC218混頻器MMIC，主要用于頻率的轉變，以及SNA-500補償放大器MMIC，這一芯片是用于前置中頻以及本振補償的放大，再然后就是MMIC衰減片AT-06芯片，用于增益效果的調整。

4結語

低溫共燒陶瓷（ LTCC）作為一種先進的工藝技術能夠在雷達的微波混合電路的體積小型化，可靠性高以及立體化發(fā)展中有廣泛的應用前景。而利用LTCC，進行雷達接收前段的設計也能夠在信號放大，增益提高等方面發(fā)揮作用，對于雷達集成度提高以及成本降低方面有重要作用。

參考文獻

[1]嚴偉，符鵬，洪偉.LTCC微波多芯片組件中鍵合互連的微波特性[J].微波學報，2013 （03）.

[2]嚴偉，洪偉，薛羽.低溫共燒陶瓷微波多芯片組件[J].電子學報，2015 （05）.

[3]王瑞華.S波段雷達接收機射頻前端的設計與實現[D].西安電子科技大學，2013.