[發明專利]衛星通信多通道射頻收發接口單元3D集成封裝架構

有效

• 申請號: 202110596453.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113471186B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 朱勇;祁冬;邱釗;陸宇;浦韻溪;張睿
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/31;H04B7/185
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉磊

本發明公開的一種衛星通信多通道射頻收發接口單元3D集成封裝架構，旨在提供一種體積小重量輕，可靠性高，成本低，性能好的多路射頻收發架構。本發明通過下述技術方案實現：PoP硅堆疊模塊通過母板與封裝在母板下方空氣腔中的CPLD器件垂直互聯，共形成2?4層射頻PoP堆的立體結構；校準/參考源PoP堆的下方，與封裝在母板下方空氣腔中的穩壓電源，形成1～8個射頻SiP模塊封裝堆和1個參考/校準源射頻SiP模塊的至少兩層射頻封裝堆，從而構成了被上封蓋板封裝頂部蓋板、底封裝蓋板封裝底部蓋板屏蔽封裝，集成帶備份的1～8路發射業務通道和2～16路接收業務通道的多通道射頻收發接口單元3D集成封裝架構。

技術領域

本發明涉及通信技術和集成微系統領域，是一種用于衛星通信有源陣列天線的多通道收發接口單元集成封裝架構。

背景技術

衛星通信具有遠距離、大容量、多業務等諸多優點，現在越來越受到人們的關注和青睞，在抗震救災、應急維穩中發揮了很大作用。天線作為通信設備載荷的一部分和連接衛星射頻單元的硬件，是整個系統的骨架。衛星通信推動天線向小型化、集成化、低剖面、芯片化方向發展。隨著5G毫米波通信和寬帶低軌衛星通信的迅速崛起，毫米波有源天線開始了前所未有的發展。5G通信的發展，提供了更高的通信速率，更小的時延。有源相控陣天線使用微波集成的方法，將移相器、濾波器、衰減器、功放和低噪放等集成在GaAs芯片中，實現了設備的小型化、輕型化，波束指向精度較高和一定的波束旁瓣抑制能力，與傳統的動中通天線相比，沒有體積龐大的伺服跟蹤系統，波束速度快、方向可控、可實時跟蹤衛星，并且重量輕。但隨著MMIC和晶圓級微封裝技術發展，成本會大幅降低。基于塔臺式基站的5G通信很難覆蓋海洋、人口稀少或環境惡劣地區、高中低空飛行器等場合，將通信搬到軌道上，形成無死角全球覆蓋的天地一體化通信網絡。處于低軌的數千顆通信衛星將組成天地一體化通信網絡的用戶接入節點，無線衛星通信作為通信衛星任務載荷主要設備，是衛星重量、體積、功耗、成本的主要構成。由于發射衛星數量多，降低通信設備的成本對降低天地一體化網絡的建設和運營成本具有重要作用。多波束體制提供了更大通信容量以及在時間、空間上更高效通信方式，但需要多個獨立工作的發射和接收業務射頻通道，同時為了提高設備整體的可靠性，每個發射和接收業務通道都需要備份，所以，相對傳統衛星通信單通道射頻接口單元，設備數量劇增(3～24倍)，接口單元占比設備的體積、重量、可靠性和成本分量相應從微不足道增加到可與終端、有源陣列天線等構成相當的程度，急需降低接口單元的體積、重量、功耗，提高可靠性，降低成本。射頻接口單元是衛星通信系統的重要組成部分，作為衛星的有效載荷，它的體積、重量、功耗、可靠性和成本對通信衛星發射和使用、維護成本降低有重要作用。功能的劃分是接口單元收發信道架構設計的重要內容，也是專業協同和技術組織的主要載體。一般情況下，單機或整機的集成按照專業和完整的獨立功能劃分模塊功能，再通過接插件、纜線、安裝與連接結構實現單機或整機的集成。因此，模塊的專業性、功能的獨立性以及技術指標體系的完整性是集成設計主要追求的方向。

在相控陣天線系統中，由于采用了電子掃描技術而無需機械轉動，天線單元的寬角寬帶特性決定著本天線系統的整體性能。系統級封裝SiP(System?in?package)技術使得陣中單元具有較寬的單元波瓣，陣中單元具有良好的有源駐波特性，易實現雙極化、小型化、集成化以及易共形，具有較高的輻射效率。子陣基本單元內含輻射單元、饋電網絡和低噪聲放大器等模塊。多芯片射頻SiP硅封裝的射頻電路難以調試電性能技術指標，因此，必須利用硅基材料的穩定性和良好的加工精度，通過場路及場路協同精確建模仿真和驗證，GaAs芯片封裝效應準確的參數提取，提高設計的精準度。