[发明专利]微系统电磁场微调介质腔体结构

说明书

发明公开的一种微系统射频电磁场微调介质腔体装置，具有良好电磁隔离性能。本发明通过下述技术方案实现：顶底金属层顶端中央设有非金属矩形隔离池和围绕金属化的中心通孔并连通介质腔体的金属化圆阵孔，以及形成十字型线阵交叉连线的十字连线孔；在介质腔体底端的底部金属层上制有被隔槽分隔的绝缘平台及级联的芯片组，被隔槽分隔延伸至介质开口射频信号交换端口的微带传输线，相连芯片组形成与底部金属层共面的波导结构，结合介质腔体内壁建立了具有IBC的电磁散射特性的物理模型,电磁波在介质腔体内多次反射,通过金属化圆阵孔和十字连线孔来对介质腔体内部的射频性能进行调节，达到对三维集成及微系统集成封装后射频性能的调试。

技术领域

本发明涉及一种带十字型交叉和环形阵列金属化孔的射频介质腔体结构，具体地说，是涉及射频三维集成及微系统集成领域中一种可对腔体内的电磁场进行微调的介质腔体结构。

背景技术

为了适应现代射频设备的小型化，电子设备正在从传统的二维平面集成不断地向射频三维立体集成及微系统化方向发展。在射频三维集成及微系统集成中，常常采用陶瓷介质基板（HTCC/LTCC）、硅基板、玻璃基板等来做射频电路转接板，并在转接板上设置专门的腔体结构来放置各类有源或无源器件，同一层基板上的射频器件之间的信号连接通过基板上的射频传输线来完成，上下层基板之间通过金属化的介质通孔或实心化的金属孔来实现器件之间的射频垂直互联。

现有采用介质基板进行的射频三维集成及微系统集成结构中的微波组件，普遍通过装在盒体内的微波器件来实现雷达微波信号的功率放大、低噪声放大和变频等功能。这些放大器、滤波器、混频器等射频有源或无源芯片构成的微波组件是有源相控阵雷达中的关键部件之一。随着雷达技术和微波集成电路（MMIC）技术的发展，对其尺寸的要求进一步提高。微波有源模块因为腔体的原因造成自激和传输参数的恶化一直是微波电路设计的难点之一。目前没有完整的理论来支持微波有源电路模块的腔体设计。微波组件中微波信号和控制信号之间都有一层地的隔离，而且实际遇到的腔体多是矩形腔体或者矩形腔体的组合。根据电磁理论，腔体中可能存在TE和TM振荡模式。其腔体的尺寸决定了其振荡特性。根据仿真模型仿真显示，腔体的谐振特性对S参数有直接的影响，S参数在谐振频率点发生突变，但其变化程度由该谐振频率点的品质因子Q值决定，当Q值较小，该谐振频率的能量损耗较大时，S参数突变较小，反之亦然。同时由于2个模型的微带线的分布位置不一样，也带来了2个模型仿真结果的差异。通过仿真和测试数据结果比较可以看出，腔体效应对S参数的影响是明显的，在有较大Q值的谐振频率点附近，S参数明显恶化，当设计有源微波电路时，此频率点比较容易出现自激。微波有源模块因为腔体的原因造成自激和传输参数的恶化一直是微波电路设计的难点之一。

为了解决上述问题，工程上比较常见的方法是加吸波材料，通过合理的腔体尺寸避开工作频带等。这些结构参数对组件的性能指标和增益稳定性起着决定性作用。由于微波组件内部结构复杂，再加上器件对腔体的微扰，会产生腔体效应。腔体效应是指微波组件的形状、尺寸和电路布局等结构参数对S参数的影响。由于目前尚无非常完整的理论支持微波腔体的设计。因此，装有电路基板的腔体常常将多层介质基板进行垂直堆叠，在特定的介质基板层中设置介质腔体，并在介质腔体中通过微组装工艺或其它微系统工艺放置放大器、滤波器、混频器等射频有源或无源芯片；并在介质腔体的四周设置金属化孔来对腔体内的电磁进行隔离屏蔽，对于腔体的顶部和底部均直接采用上下层均金属化的整块介质基板来进行封装。整个封装完成之后，形成一个除射频端口外与外界隔离的密闭的电磁腔体环境，在腔体内的射频信号，其电气性能、电场方向等指标均被固定，封装完成后不能对腔体内部的电磁场进行调整，测试时发现不能满足设计指标，也无法对其腔内的射频性能进行针对性的调试，在微波频段尤其是Ka及以上频段的影响尤为明显，因此也导致整个三维及微系统集成封装完成后的射频电路性能被固化，产品不能像传统产品那样进行调试，导致整个设计、封装等过程带来的影响直接传递到最终产品上，当腔体内有介质基板或含有吸收介质的突变结构腔体时，其谐振特性会发生改变，可以通过对计算条件的简化计算出谐振频率。若基板上再加上微带线、焊盘以及各种器件，此时，整个腔体内部结构复杂，以至于目前的射频三维及微系统集成产品成品率偏低，增加了人力和经济成本。

发明内容