專利名稱：用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種毫米波接收機(jī)，特別涉及用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏
度毫米波接收機(jī)。
背景技術(shù)：
毫米波是指電磁波譜中頻率介于30-300GHz或波長介于lcm-lmm的電磁波，毫米 波具有比光波、紅外電磁波更好的穿透性。毫米波成像系統(tǒng)是利用的這些特性研制成的各 種用途的探測成像系統(tǒng)。 隨著毫米波器件與部件水平的不斷提高，毫米波成像方式也不斷發(fā)展，其中，陣列 成像技術(shù)使毫米波成像系統(tǒng)由單通道機(jī)械掃描實(shí)現(xiàn)成像發(fā)展到了包括有成千上萬接收機(jī) 的全凝視焦平面陣列實(shí)時成像。陣列成像技術(shù)需要有相應(yīng)的毫米波器件(如匪IC)作支持， 所以用平面電路取代波導(dǎo)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是毫米波系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。 用于毫米波成像系統(tǒng)的接收機(jī)必須滿足低噪聲、高增益、寬頻帶等特點(diǎn)，對于陣列 成像系統(tǒng)對接收機(jī)的體積、集成度、和穩(wěn)定性提出了更嚴(yán)格的要求。 因此，提供一種高靈敏度的毫米波接收機(jī)，實(shí)已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的 技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定性好、體積小、靈敏度高、且適合于各種毫米波接 收系統(tǒng)特別是陣列成像系統(tǒng)的毫米波接收機(jī)，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的體積大、穩(wěn)定性差，適 用性小，難于實(shí)現(xiàn)陣列成像的缺陷。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米 波接收機(jī)，包括具有孔體的板體；固定在所述板體一側(cè)的集成型射頻電路，其包括用于 接收毫米波的平面微帶縫隙天線、用于將接入的毫米波放大的低噪聲放大器、和將放大后 的毫米波轉(zhuǎn)換為與功率成正比的低頻電壓信號的混合集成的二極管檢波器；固定在所述板 體另一側(cè)的供電電路，其通過孔體與所述集成型射頻電路相連接，用于向所述射頻電路供 電；以及兩封裝蓋體，用于夾持所述板體以便封裝。 其中，所述低噪聲放大器至少包含兩片GaAs單片微波集成電路芯片；兩片GaAs單 片微波集成電路芯片之間可采用50 Q微帶線連接。 其中，所述平面微帶縫隙天線可采用槽線-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，通過微帶與單片微波 集成電路芯片連接；其可制作在介電常數(shù)為2. 2、厚度0. 254mm的聚四氟乙烯復(fù)合材料上， 其面積為36mmX10mm。 其中，所述二極管檢波器可采用二極管倒扣工藝制作在介電常數(shù)為2.2、厚度 0. 254mm的聚四氟乙烯復(fù)合材料上。 其中，所述兩封裝蓋體和板體的材料可為銅，表面鍍金厚度> 3 ii m，其尺寸可為 10X12X40mm。
較佳的，所述射頻電路可采用導(dǎo)電膠粘貼在所述板體的一側(cè)，所述供電電路可采 用小型金屬連接器經(jīng)過所述孔體與所述射頻電路電連通。 較佳的，所述平面微帶縫隙天線微帶輸出部分可采用導(dǎo)電膠粘貼在所述板體相應(yīng) 位置，并在其與一封裝蓋體之間的空間內(nèi)可填充微波透波材料。 綜上所述，本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)采用 直接檢波工作體制，結(jié)構(gòu)簡單；采用平面微帶縫隙天線，可以直接與匪IC芯片實(shí)現(xiàn)集成，有 益于降低饋線損耗；采用匪IC芯片技術(shù)和平面微帶電路，可以大大降低的生產(chǎn)成本；采用 多芯片集成技術(shù)，使成品率和一致性很好體現(xiàn)。本發(fā)明采用上述的措施，有效的克服了體 積大、穩(wěn)定性差等缺陷，大大減小毫米波接收機(jī)的體積、重量，提高整機(jī)的性能、質(zhì)量和可靠 性，適合于大批量生產(chǎn)，從而滿足陣列毫米波成像系統(tǒng)的需求。


圖1為本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度 框圖； 圖2a為本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度 蓋體和板體構(gòu)成的封裝體的正面示意圖； 圖2b為本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度 蓋體和板體構(gòu)成的封裝體的背面示意圖； 圖3為本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度 微帶縫隙天線結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度 微帶縫隙天線輻射特性測量結(jié)果圖； 圖5為本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度 電路靈敏度對應(yīng)頻率曲線。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的Ka波段的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成 高靈敏度毫米波接收機(jī)。 請參見圖1及圖2，本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接
收機(jī)至少包括具有孔體的板體、集成型射頻電路、供電電路和兩封裝蓋體。 所述集成型射頻電路固定在所述板體一側(cè)，在本實(shí)施例中，其采用采用導(dǎo)電膠粘
貼在所述板體上，其包括用于接收毫米波的平面微帶縫隙天線、用于將接入的毫米波放大
的低噪聲放大器、和將放大后的毫米波轉(zhuǎn)換為與功率成正比的低頻電壓信號的混合集成的
二極管檢波器。 請參見圖3，其為所述平面微帶縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖，采用了寬帶行波端射式平 面縫隙天線，具有適當(dāng)?shù)脑鲆婧筒ㄊ鴮挾龋炀€面積為36mmX 10mm，所述天線光刻在襯底厚 為0. 254mm介電常數(shù)為2. 2的聚四氟乙烯復(fù)合材料上，采用微帶結(jié)構(gòu)與低噪聲放大器相連。 再請參見圖4，其為所述天線輻射方向圖，可以看出，天線在35GHz有很好的輻射特性，能成 功應(yīng)用在陣列毫米波成像系統(tǒng)中。
毫米波接收機(jī)的系統(tǒng) 毫米波接收機(jī)的封裝 毫米波接收機(jī)的封裝 毫米波接收機(jī)的平面 毫米波接收機(jī)的平面 毫米波接收機(jī)的射頻
所述低噪聲放大器采用兩片單片微波集成電路芯片(匪IC)級聯(lián)而成，具有高增 益、低噪聲、寬頻帶特性，匪IC芯片采用0. 25um GaAs pHEMT工藝加工而成，具有小的面積、 穩(wěn)定的性能，兩芯片之間通過50 Q微帶線連接，采用槽線-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的平面微帶縫隙 天線也通過微帶與單片微波集成電路芯片連接。 所述二極管檢波器采用混合集成的二極管檢波器，檢波器制作在介電常數(shù)為2. 2、 厚度0. 254mm的聚四氟乙烯復(fù)合材料上，采用二極管倒扣工藝實(shí)現(xiàn)互連。
請參見圖5，其為射頻電路的射頻部分靈敏度對應(yīng)頻率曲線，從圖可以看出，射頻 部分有5X106mV/mW左右的靈敏度，有大于7GHz的帶寬。 所述供電電路固定在所述板體另一側(cè)，其通過孔體與所述集成型射頻電路相連 接，用于向所述射頻電路供電。在本實(shí)施例中，所述供電電路采用小型金屬連接器經(jīng)過所述 板體上的孔體與所述射頻電路電連通。 所述兩封裝蓋體用于封裝所述板體，在本實(shí)施例中，兩封裝蓋體和板體所構(gòu)成 的封裝體的結(jié)構(gòu)如圖2a和2b所示，封裝體的材料為銅，表面鍍金厚度> 3 ii m，其尺寸為 10X12X40mm。所述平面微帶縫隙天線微帶輸出部分采用導(dǎo)電膠粘貼在所述板體相應(yīng)位 置，并在其與所述兩封裝蓋體之間的空間內(nèi)填充微波透波材料。 所述用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)的工作原理為由所 述平面微帶縫隙天線接收毫米波，經(jīng)過饋線損耗后送入低噪聲放大器，低噪聲放大器將毫 米波信號放大到二極管檢波器可以檢測的范圍，二極管檢波器將毫米波信號轉(zhuǎn)變成與功率 成正比的低頻電壓信號，而供電電路將一路輸入直流正電壓轉(zhuǎn)換為正、負(fù)兩路直流電壓，實(shí) 現(xiàn)對射頻電路的供電。 綜上所述，本發(fā)明的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)采用 雙層結(jié)構(gòu)，板體一側(cè)裝設(shè)射頻電路，另一側(cè)安置供電電路，兩層之間通過通孔的引線進(jìn)行連 接。采用這種緊湊的結(jié)構(gòu)，使毫米波接收機(jī)的體積大大減小，尺寸為10 X 12 X 40m，輸入直接 與平面微帶天線集成，減小了射頻傳輸通路的損耗，其上覆蓋微波透波材料，既不影響射頻 性能又可以保護(hù)內(nèi)部電路，簡化了輻射計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了成本，更有利于陣列成像系統(tǒng) 的應(yīng)用。 上述實(shí)施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉 此項(xiàng)技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此，本發(fā) 明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
一種用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特征在于包括具有孔體的板體；固定在所述板體一側(cè)的集成型射頻電路，其包括用于接收毫米波的平面微帶縫隙天線、用于將接入的毫米波放大的低噪聲放大器、和將放大后的毫米波轉(zhuǎn)換為與功率成正比的低頻電壓信號的混合集成的二極管檢波器；固定在所述板體另一側(cè)的供電電路，其通過孔體與所述集成型射頻電路相連接，用于向所述射頻電路供電；兩封裝蓋體，用于夾持所述板體以便封裝。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特 征在于所述低噪聲放大器至少包含兩片GaAs單片微波集成電路芯片。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特 征在于兩片GaAs單片微波集成電路芯片之間采用50 Q微帶線連接。
4. 如權(quán)利要求2所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特 征在于所述平面微帶縫隙天線采用槽線-微帶轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，通過微帶與單片微波集成電路 芯片連接。
5. 如權(quán)利要求1或3所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)， 其特征在于所述平面微帶縫隙天線制作在介電常數(shù)為2. 2、厚度0. 254mm的聚四氟乙烯復(fù) 合材料上，其面積為36mmX10mm。
6. 如權(quán)利要求1所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特 征在于所述二極管檢波器采用二極管倒扣工藝制作在介電常數(shù)為2. 2、厚度0. 254mm的聚 四氟乙烯復(fù)合材料上。
7. 如權(quán)利要求l所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收 機(jī)，其特征在于所述封裝蓋體和板體的材料都為銅，表面鍍金厚度> 3ym，其尺寸為 10X12X40mm。
8. 如權(quán)利要求1所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特 征在于所述射頻電路采用導(dǎo)電膠粘貼在所述板體的一側(cè)，所述供電電路采用小型金屬連 接器經(jīng)過所述孔體與所述射頻電路電連通。
9. 如權(quán)利要求1所述的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其特征在于所述平面微帶縫隙天線微帶輸出部分采用導(dǎo)電膠粘貼在所述板體相應(yīng)位置，并在其與 一封裝蓋體之間的空間內(nèi)填充微波透波材料。
全文摘要
本發(fā)明提供的用于毫米波陣列成像系統(tǒng)的集成高靈敏度毫米波接收機(jī)，其包括具有孔體的板體；固定在所述板體一側(cè)的集成型射頻電路，其又包括用于接收毫米波的平面微帶縫隙天線、用于將接入的毫米波放大的低噪聲放大器、和將放大后的毫米波轉(zhuǎn)換為與功率成正比的低頻電壓信號的混合集成的二極管檢波器；固定在所述板體另一側(cè)的供電電路，其通過孔體與所述集成型射頻電路相連接，用于向所述射頻電路供電；以及兩封裝蓋體，用于夾持所述板體以便封裝。如此緊湊型結(jié)構(gòu)，可有效克服體積大、穩(wěn)定性差等缺陷，大大減小毫米波接收機(jī)的體積、重量，提高整機(jī)的性能、質(zhì)量和可靠性，適合于大批量生產(chǎn)，從而滿足陣列毫米波成像系統(tǒng)的需求。
文檔編號G01S7/48GK101776750SQ20101010928
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者關(guān)福宏, 孫曉瑋, 時翔, 楊明輝, 錢蓉 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所