[发明专利]卫星通信多通道射频收发接口单元3D集成封装架构

说明书

本发明公开的一种卫星通信多通道射频收发接口单元3D集成封装架构，旨在提供一种体积小重量轻，可靠性高，成本低，性能好的多路射频收发架构。本发明通过下述技术方案实现：PoP硅堆叠模块通过母板与封装在母板下方空气腔中的CPLD器件垂直互联，共形成2‑4层射频PoP堆的立体结构；校准/参考源PoP堆的下方，与封装在母板下方空气腔中的稳压电源，形成1～8个射频SiP模块封装堆和1个参考/校准源射频SiP模块的至少两层射频封装堆，从而构成了被上封盖板封装顶部盖板、底封装盖板封装底部盖板屏蔽封装，集成带备份的1～8路发射业务通道和2～16路接收业务通道的多通道射频收发接口单元3D集成封装架构。

技术领域

本发明涉及通信技术和集成微系统领域，是一种用于卫星通信有源阵列天线的多通道收发接口单元集成封装架构。

背景技术

卫星通信具有远距离、大容量、多业务等诸多优点，现在越来越受到人们的关注和青睐，在抗震救灾、应急维稳中发挥了很大作用。天线作为通信设备载荷的一部分和连接卫星射频单元的硬件，是整个系统的骨架。卫星通信推动天线向小型化、集成化、低剖面、芯片化方向发展。随着5G毫米波通信和宽带低轨卫星通信的迅速崛起，毫米波有源天线开始了前所未有的发展。5G通信的发展，提供了更高的通信速率，更小的时延。有源相控阵天线使用微波集成的方法，将移相器、滤波器、衰减器、功放和低噪放等集成在GaAs芯片中，实现了设备的小型化、轻型化，波束指向精度较高和一定的波束旁瓣抑制能力，与传统的动中通天线相比，没有体积庞大的伺服跟踪系统，波束速度快、方向可控、可实时跟踪卫星，并且重量轻。但随着MMIC和晶圆级微封装技术发展，成本会大幅降低。基于塔台式基站的5G通信很难覆盖海洋、人口稀少或环境恶劣地区、高中低空飞行器等场合，将通信搬到轨道上，形成无死角全球覆盖的天地一体化通信网络。处于低轨的数千颗通信卫星将组成天地一体化通信网络的用户接入节点，无线卫星通信作为通信卫星任务载荷主要设备，是卫星重量、体积、功耗、成本的主要构成。由于发射卫星数量多，降低通信设备的成本对降低天地一体化网络的建设和运营成本具有重要作用。多波束体制提供了更大通信容量以及在时间、空间上更高效通信方式，但需要多个独立工作的发射和接收业务射频通道，同时为了提高设备整体的可靠性，每个发射和接收业务通道都需要备份，所以，相对传统卫星通信单通道射频接口单元，设备数量剧增(3～24倍)，接口单元占比设备的体积、重量、可靠性和成本分量相应从微不足道增加到可与终端、有源阵列天线等构成相当的程度，急需降低接口单元的体积、重量、功耗，提高可靠性，降低成本。射频接口单元是卫星通信系统的重要组成部分，作为卫星的有效载荷，它的体积、重量、功耗、可靠性和成本对通信卫星发射和使用、维护成本降低有重要作用。功能的划分是接口单元收发信道架构设计的重要内容，也是专业协同和技术组织的主要载体。一般情况下，单机或整机的集成按照专业和完整的独立功能划分模块功能，再通过接插件、缆线、安装与连接结构实现单机或整机的集成。因此，模块的专业性、功能的独立性以及技术指标体系的完整性是集成设计主要追求的方向。

在相控阵天线系统中，由于采用了电子扫描技术而无需机械转动，天线单元的宽角宽带特性决定着本天线系统的整体性能。系统级封装SiP(System in package)技术使得阵中单元具有较宽的单元波瓣，阵中单元具有良好的有源驻波特性，易实现双极化、小型化、集成化以及易共形，具有较高的辐射效率。子阵基本单元内含辐射单元、馈电网络和低噪声放大器等模块。多芯片射频SiP硅封装的射频电路难以调试电性能技术指标，因此，必须利用硅基材料的稳定性和良好的加工精度，通过场路及场路协同精确建模仿真和验证，GaAs芯片封装效应准确的参数提取，提高设计的精准度。