一种Ku 频段SiP封装R组件的设计

01 引言

近年来，陶瓷SiP T/R 组件在低剖面天线中的应用逐渐成为一个热门研究方向。本文转发中国西南电子技术研究所的罗里发表在《电子技术应用》上的“一种Ku 频段高密度集成的陶瓷SiP 封装R 组件的设计”一文，文中设计了一种基于HTCC工艺BGA封装架构的Ku频段双极化接收模组，采用SIP组件封装技术将放大、移相、衰减、功率合成的功能集成在一个封装内，实现对接收信号的放大、幅相调整及信号合成。

02 架构设计

文中接收阵元间距取11.35mm，为方便电路布局，取2×2个（双极化）通道作为一个SIP 封装的R组件进行设计。2×2个双极化天线单元的接收射频信号，首先分别通过低噪放芯片进行放大，再经过调相、调幅单元分别进行调幅、移相，最后通过功分

器完成功率合成，合成后的射频信号将传送到后端的天线网络母板中。

文中设计的R 组件采用GaAs 多功能集成套片。该套片集成了双通道低噪声放大和双通道移相衰减多功能芯片，该多功能芯片在工作频带内-55℃~70℃下的噪声系数小于1.8dB，单通道带内增益大于18dB，在13.5~15GHz 频率范围内其增益在0dB以下，有一定的高频抑制特性。芯片尺寸为4.2mm×4mm×0.1mm。

每个R模组对应2×2个双极化天线单元，主要由4片一体化双通道放大移相调幅多功能芯片、1 片一分四功分器组成。链路计算结果表明：R 组件的合成增益为23dB，噪声系数2.34dB，输入P-1为-5dBm。

R 组件的封装管壳平面外形尺寸为12.2mm×13.2mm。陶瓷底板厚度为1mm，可伐围框和盖板总高度为1.2mm，BGA球采用250μm 高铅球，植球后组件总高度为2.45mm。组件结构示意图如下图所示。

03 实物及测试结果

Ku频段2×4通道陶瓷SIP封装R组件实物如下图所示。

对5只R组件，共40通道进行了测试，其幅相一致性测试曲线、输入输出驻波如图所示。

对该组件在常温25℃下进行测试，测试结果表明，除去三级二合一功分网络的分损及插损后，R组件的增益约为5dB。测试结果表明，组件在10~12.8GHz频带内链路增益≥2.5dB，加上测试线损约3dB，故组件实测指标与链路计算结果相符。此外，40个通道在该频带内增益平坦度≤±1.25dB。常温下R组件的实测指标如表所示。

04 结果讨论

当收发阵面距离较近时，收发通道空间有限，为避免发射信号耦合到将接收链路的信号功率达到接收链路放大器的输入饱和功率，一般会在R链路最前端增加一级发阻滤波器，滤波器的插损和带外抑制度根据项目要求而不同，但要保证在满足带外抑制度要求的前提下尽可能地降低滤波器引入的损耗，以保证R 组件有较小的噪声系数。同时，为避免T链路工作时末级功放抬升噪底，影响正常接收信号的接收，一般会在T 组件末端增加一级收阻滤波器，滤波器的插损和带外抑制度根据项目要求而不同。

文中设计中围框和盖板材料选用了可伐合金，是因为R 组件的功耗及热耗较小，可伐合金即可满足散热要求。但当组件内芯片的热耗较高时，譬如在采用大功率功放芯片的T 组件设计时，可选用钼铜合金作围框和盖板以保证散热良好。