基于LTCC的北斗RDSS收发模块设计与实现

摘要

北斗卫星导航系统是中国独立运行、自主建设的重要空间基础设施。通过开展北斗行业规范，卫星导航与国民经济个体行业深入融合。目前，我国正在积极建设北斗三号系统，这将在国家安全和民众生活方面发挥重要作用。
　　本课题设计与制作了一种应用于北斗定位导航系统的收发一体模块。该模块的工作频段为L频段（1615.68MHz）和S频段（2491.75MHz）。其中，S频段实现了-110dBm天线信号的接收，并且其接收通道增益达到60dB等射频指标。而L频段实现了功率最小值为10dBm载波信号的发射，并且其载波抑制达到-35dBc等射频指标。
　　该模块采用LTCC（低温共烧陶瓷）工艺技术，3维立体SIP封装结构，实现了模块小型化。本论文主要内容如下：
　　（1）微波无源滤波器的设计与制作。该RDSS模块为了提高通道的带外抑制，将S/L频段带通滤波器内置于基板内部，并且实现输入端口驻波比小于1.5，在825MHz~960MHz和3.5GHz~6GHz频段内实现小于-35dBc的带外抑制指标。
　　（2）微波无源巴伦的设计与制作。根据射频收发芯片的要求，需设计一款S频段200Ω巴伦实现阻抗变换，并且实现输入驻波小于1.5，输出幅度平衡性小于0.3，输出相位平衡性小于5°等射频指标。
　　（3）有源电路器件的选型与布局。根据RDSS北斗收发芯片开发相应的外围电路，再根据指标选用相应的低噪放，开关，FBAR滤波器等，如何在16mm*18mm的空间内布局上百个器件，是实现模块小型化的关键技术。
　　（4）SIP封装形式解决电磁兼容问题。基于LTCC工艺的收发模块，陶瓷基板的层与层间隔0.1mm，内部传输线相互交叉，会出现严重的耦合、串扰，通过添加金属隔离墙和模数分离技术解决电磁兼容的问题。
　　在RDSS模块设计与制作完成后，将制作的成品进行测试，通过对比信号接收功率、发射功率、噪声系数、相位噪声等射频指标，和设计要求基本相符，实现了北斗收发一体机的小型化。

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ABSTRACT

Contents

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 GPS系统

1.2.2 欧盟伽利略系统

1.2.3 北斗导航系统

1.3 论文的主要工作及章节安排

1.3.1 论文的主要工作

1.3.2 论文的章节安排

2 LTCC技术以及SIP封装介绍

2.1 LTCC技术简介

2.1.1 什么是LTCC

2.1.2 LTCC工艺流程

2.1.3 LTCC国内外发展现状

2.2 RF_SIP封装介绍

3.1 导航接收机概述

3.2 接收机指标

3.2.1 接收机动态范围和增益

3.2.2 灵敏度和噪声系数

3.3 导航接收机结构方案

3.3.1 接收机结构关键性问题分析

3.3.2 系统指标分配与计算

4.1 RDSS模块系统方案

4.1.1 系统总体设计

4.1.2 RDSS射频收发模块引脚定义

4.1.3 RDSS模块3D版图及尺寸

4.2 无源器件设计与制作

4.2.1 S波段滤波器设计

4.2.2 L频段滤波器的设计

4.2.3 S波段200Ω巴伦设计

4.3 射频硬件外围电路设计与布局

4.3.1 射频收发芯片RX1003C2介绍

4.3.2 模数混合电磁兼容设计

4.3.3 RDSS芯片外围电路布局与开发

5.1 成品加工及测试原理

5.2 有源外围电路射频指标测试

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢