Ka波段瓦片式TR组件研究与设计

摘要

毫米波是介于光波与微波之间的波段，具有波长短，频带宽，波束窄，角分辨率高，抗干扰性强等特点。正是由于这些特点，使得毫米波在通信领域受到了广泛的关注。低温共烧陶瓷（LTCC）技术是多芯片组件（MCM）中的一种高集成度封装技术。由于其能集成为三维立体式的封装结构，利于实现电路的集成化，从而为传统的电路设计引入了一种崭新的设计方法与实现方式。本文基于低温共烧陶瓷（LTCC）技术，先是借助瓦片式的集成方式将高性能无源器件与微波单片集成电路芯片（MMIC）分层放置。然后将各层并行垒叠构成三维立体结构。最后通过低损耗，高可靠性的传输互连结构来实现各元件，各层级之间的互连，从而构成整个电路系统，进而实现Ka波段收发组件的集成化与小型化。
　　本研究主要内容包括：⑴概述了MCM和LTCC各自的技术特点，并简单介绍了LTCC技术的工艺流程。而后把砖块式和瓦片式两种集成方式进行了比较，进一步了解LTCC技术，为借助LTCC技术实现收发组件的集成化与小型化奠定了工艺及技术基础。⑵基于传输线理论，分别对微带线，垂直互连通孔及键合金丝这三种常用的LTCC传输互连结构采用容差分析以及模式优化方法进行分析，使得其在Ka波段内具有低传播损耗，高可靠性的良好传输特性，从而适用于Ka波段的 LTCC电路。⑶基于LTCC技术来设计实现无源器件。设计了两种无源器件，一个是借助微带探针结构，提出基于微带探针来设计实现波导—微带过渡结构，以便实现外部接口与LTCC内部电路之间的连接。另一个是借助缺陷地结构（DGS）的高特征阻抗和慢波特性来设计低通滤波器，使其能够基于LTCC技术之下实现，进而实现低通滤波器的集成化。⑷通过比较几种常用收发系统的优缺点，提出以一次变频的超外差结构来设计Ka波段收发组件，并给出设计思路。然后选取出合适的Ka频段微波单片集成电路芯片，并依据设计思路来构建出收发组件的系统电路。借助仿真软件 ADS对整个收发组件进行系统级电路仿真分析，完成整个Ka频段收发组件的设计工作。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外发展现状

1.3本文的主要工作

第二章 MCM和LTCC技术概述

2.1多芯片组件技术（MCM）

2.2低温共烧陶瓷（LTCC）技术

2.3砖块式与瓦片式

第三章 LTCC毫米波传输互连结构研究

3.1微带线

3.2垂直互连结构

3.3键合金丝

3.4本章小结

第四章 无源器件设计

4.1波导—微带过渡结构

4.2 DGS低通滤波器

4.3本章小结

第五章 Ka波段收发组件系统仿真

5.1各类型收发机结构概要

5.2收发系统的主要指标参数

5.3本文设计指标及收发系统方案

5.4 Ka 频段收发组件选取的器件

5.5 Ka 频段收发组件关键指标的参数估算

5.6 Ka 波段收发组件系统仿真

5.7本章小结

第六章 结论和展望

6.1本文结论

6.2展望

参考文献

致谢

作者简介