基于LTCC技术的雷达接收前端设计

白珂 魏巍

摘要

近年来，微波混合集成电路的发展速度十分的迅速，随着其发展，雷达设备对于微波电路的体积要求也越来越高，同时对于电路的可靠性提出了较高的要求，这样就促使微波混合集成电路在设计时在立体性上有更多考虑，而不是拘泥于平面型。低温共烧陶瓷（ LTCC）作为一种先进的工艺技术能够在电路的体积小型化以及可靠性的提高上起到很大的作用，本文就这一技术制造的材料在雷达的接受前段上的设计进行相关研究。

【关键词】雷达接收 低温共烧陶瓷 集成电路

1雷达接收前段简介

雷达接收机的设计工作中，其前段是一个相当重要的部件，正是因为有接收前段的存在，使得雷达能够实现对于雷达回波自射频到可进行量化的声视频的转换，技术的发展使得该部件结束了分离器件的时代，实现了集成电路。而在混合集成电路体系之中，电路是依靠平面微带结构进行负载的，选择的材料就是较为常见的无机材料三氧化二铝陶瓷以及有机材料聚四氟乙烯板，这种结构使得集成电路水平又得到了一定的提高，发展到现在，雷达接收前段的主要实现形式就是混合集成电路（ HMIC）。

而这些年，雷达技术更是得到了长足的发展与进步，单独线路的微波信道已经满足不了技术的要求，因此目前较为普及的信息传输方式是多路微波信道，比如说相控阵雷达以及DBF体制雷达都使用越来越多的微波信道。但是在要求信道多的同时还需要在体积上小型化，这样既能够实现信号的有效传输也能够减小雷达的有效负荷，在特殊的场合比如航天航空设备上对于体积的要求更为苛刻。这就使得在电路设计技术上需要进行改进，一种典型的方法是微波电路的结构由平面结构转换为立体结构，而低温共烧陶瓷（ LTCC）能够作为电路载体，在微波电路的小型化以及立体化发展中发挥出重要作用，在未来雷达前段的微波电路设计中有着广泛的应用前景。2微波集成电路中LTCC的应用

2.1 LTCC工艺简介

LTCC工艺制造的多层基板可以实现高密度多层之间的互连以及可以将无源元件与气密性陶瓷封装与一体，这样就能够在微波的性能提高以及频率的高低混合方面进行优化，这样的体系对于航天航空、军事通讯等特殊领域发挥出独有的应用优势以及在这些行业里的应用前景。

随着微波混合集成电路的发展，对于LTCC的需求也越来越高，而全球各地更是遍布着很多的LTCC生产公司，如图1所示即为LTCC的常见生产流程图。首先是根据设计的尺寸要求进行生瓷带的裁剪，之后进行打孔过程，而借助的方法就是机械冲制或者是激光钻孔，这样就能够在裁剪的生瓷片上形成定位孔或者是互连通孔，接下来就是印制导带图形以及无源元件的过程，通用的方法就是丝网印刷。丝网印刷是目前在导带图形的设计中较为常见的技术，能够实现O.lmm的分辨率，这样就能够满足微波频率的基本使用需求。丝网印刷之后就需要采用等静压的方式对生瓷片进行叠片热压，这种压层方式能够保证压层的均匀性以及压片的高性能。在压片之后，这些基板就需要切片之后在高温下进行烧结，一般工艺上选择的温度是850-900℃，烧结之后的基板就可以在其表面进行元器件的组装，密封之后就可以得到最终的LTCC产品。

2.2 LTCC微波性能分析

在微波集成电路之中，传统的基本材料选择的多为氧化铝、聚四氟乙烯等化学材料，与这些传统的材料相比较，LTCC材料在射频以及微波频段附上的使用有着其独特的性质以及较为良好的性能。常规的传统材料在工艺方面比较成熟以及经过长时间的发展在材料的性能控制方面有着良好的經验，参数的调控也更加稳定，这些优势使得传统材料在市场上一直具有一定的竞争力。与之相比，LTCC在热传导率以及热膨胀率方面性能良好，这样就使得LTCC在微波线路中可以应用，而且能够使得很多无源元件设计于电路内层，从而加强微波电路的集成性。

3电路设计要求

电路设计的目标为S波段的接收前段，这一设计在工作时所要求的工作频率在3100-3400MHz，对应系统为下变频系统，输出中频确定在432MHz，增益要求在25db以上，在设计时，处理低噪声以及混频还有前置中频放大器中使用的芯片为MMIC，利用键合相连实现芯片与导带之间有效连接，而利用通孔相连来实现内层电路与表层电路之间的连接。在设计时要注意通孔会导致寄生电感，这就会对镜像抑制滤波器频带内起伏特性起到很大的影响，所以在设计时必须考虑到通孔带来的影响，原理图如图2所示。

最后设计使用的电路图是由以下几种芯片组成的，用于前段第一级信号放大的CHP2063低噪声MMIC，该芯片使得信号在接收时的噪声系数保持良好，其次是HMC218混频器MMIC，主要用于频率的转变，以及SNA-500补偿放大器MMIC，这一芯片是用于前置中频以及本振补偿的放大，再然后就是MMIC衰减片AT-06芯片，用于增益效果的调整。

4结语

低温共烧陶瓷（ LTCC）作为一种先进的工艺技术能够在雷达的微波混合电路的体积小型化，可靠性高以及立体化发展中有广泛的应用前景。而利用LTCC，进行雷达接收前段的设计也能够在信号放大，增益提高等方面发挥作用，对于雷达集成度提高以及成本降低方面有重要作用。

参考文献

[1]严伟，符鹏，洪伟.LTCC微波多芯片组件中键合互连的微波特性[J].微波学报，2013 （03）.

[2]严伟，洪伟，薛羽.低温共烧陶瓷微波多芯片组件[J].电子学报，2015 （05）.

[3]王瑞华.S波段雷达接收机射频前端的设计与实现[D].西安电子科技大学，2013.