[发明专利]一种高集成光电一体化的光控相控阵前端

说明书

本发明提出了一种高集成光电一体化的光控相控阵前端，应用于光控相控阵领域。基于光控相控阵前端工作原理，提出三维堆叠垂直互联、稳定温度控制的瓦片式结构设计方案。通过LTCC基板低成本易布线的优势实现射频、控制信号的统一规划转接，利用硅基异构集成技术充分发挥硅基集成度高、高密度布线的优点，将光电信号处理功能集成在同一层内，采用TSV技术实现层间信号传输提高信号稳定性与一致性。本发明突破三维微波信号高效传输、高性能集成化微组装、高密度微波馈入路径、高频陶瓷制备工艺等技术，获得高集成性、高稳定性的光电一体化的光控相控阵前端。

技术领域

本发明涉及一种应用于光控相控阵领域的信号传输控制前端，具体涉及到一种高集成光电一体化的光控相控阵前端。

背景技术

光控相控阵前端的主要功能为根据波控信号实现对载波为光信号的传输信号进行放大、移相和衰减等工作，从而实现信号的波束合成及分解。

在光控相控阵中，需要为每个波束信号配备独立的幅相控制和反馈单元，随着波束信号数量的增加，所需幅相控制器件增加，反馈网络也随之越来越复杂，同时组件互联所需的射频接口、控制接口与供电接口也随之增加。因此，传统的多波束光控相控阵前端的设计复杂、可扩展性低，而且设备体积重量大、装配难度高、成本高，在实际应用中装配难度大、稳定性和可靠性低，很大程度上限制了光控相控阵的广泛应用。为了解决上述问题，本发明采取了光控相控阵前端高集成封装技术、硅基的TSV垂直互连技术以及LTCC与连接器界面的转接技术。目前未见到采用高度集成化设计的光控相控阵前端的相关报道。

由此可见，现有技术中存在着光控相控阵前端集成度低、体积重量大、装配难度高、应用成本高等阻碍光控相控阵广泛应用的技术问题。

发明内容

本发明提供一种高集成光电一体化的光控相控阵前端，用以解决目前光控相控阵前端研发技术中存在的集成度低、体积重量大、可扩展性差、可靠性差、装配难度高等技术问题。

一种高集成光电一体化的光控相控阵前端，基于光控相控阵前端工作原理设计瓦片式架构，包括：对外接插件层、温度控制层、波束形成网络及射频功能层、综合布线层和天线层；

天线层用于接收空间内射频信号，并通过射频探针传输到综合布线层；

综合布线层用于通过BGA压接焊盘接收外接插件层的控制信号，并将控制信号与射频信号传输到波束形成网络及射频功能层；还用于接收波束形成网络及射频功能层处理后的射频信号，传输到对外接插件层；

波束形成网络及射频功能层内部通过TSV通孔进行射频信号与控制信号的传输，用于对射频信号进行调制、波束形成与光电探测后，通过TSV通孔与BGA焊盘将处理后的射频信号传输给综合布线层；

温度控制层用于对光控相控阵前端的温度进行控制；

外接插件层用于射频信号和控制信号的对外交互，并为光控相控阵前端提供装配盖板。

其中，波束形成网络及射频功能层从上到下包括一层硅基盖板和两层硅基基板，并集成有激光器、电光调制器、波束形成网络芯片和射频芯片；

上层硅基基板通过硅基异构集成方式，按信号流向顺序依次集成有激光器、电光调制器和波束形成网络芯片，且在硅基基板上表面设有不同深度的槽位，激光器和电光调制器设置在对应的槽位内，波束形成网络芯片采用倒装焊接方式与硅基基板内布线及通孔连接；下层硅基基板上表面集成射频芯片，且上层硅基基板下表面布设空间容纳射频芯片装配；硅基盖板上表面齐平与温度控制层紧密贴合，下表面设在结构凹槽，用于兼容上层硅基基板上集成的器件；

两层硅基基板内布设射频及控制信号线，并通过TSV通孔技术进行垂直互联，波束形成网络及射频功能层通过BGA封装与综合布线层进行信号交互。

本发明提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：