基于LTCC工艺的微型宽带混频器及其应用

2012-02-24 来源:互联网 我要评论(0) 字号:

低温共烧陶瓷(LTCC)材料的出现,对高性能器件的小型化很大促进。该技术也是Mini-Circuits公司最新一系列宽带、低成本混频器的基础。该系列混频器采用了尖端的半导体技术和专利的LTCC封装,频率覆盖范围从750 MHz to 15GHz。该系列产品用途很广,既可作为下变频器,也可作为上变频器,并且其宽带特性使该产品的应用领域非常广。

LTCC技术采用陶瓷作衬底,形成多层电路。由于电路可以在三维空间进行设计,并且可以嵌入电阻、电容等无源器件,与平面电路(传统的集总电路或微带电路)相比,其体积可以缩小很多倍。
以最新的SM-153+ LTCC双平衡混频器为例,其体积为5.1×4.6×2.1 mm,和通常的场效应管或二极管混频器相比,其体积有明显的减小。和其他的半导体混频器相比,SM-153+ 是无源器件,无须偏置,并且抗静电能力较强。其射频输入的范围是3.4 to 15.0GHz,中频输出范围为DC to 4.5GHz。因为它既可作为下变频器,又可作为上变频器,因此在商用和军事领域都有很广的应用。并且该产品符合RoHS环保标准,可以用于无铅电子系统。

除了二极管以外,整个混频器都使用多层LTCC电路实现的。由于各层之间的连接比较紧密,LTCC电路的稳定性和密封性是与生俱来的。该混频器在设计时就考虑到商用、军用领域可能的温度、湿度、振动和机械冲击等情况。

新型的SIM系列混频器占用的PCB板面积很小,便于焊接和连接。传统的直插式混频器需要在PCB板上打孔,并且还需要螺丝紧固,非常费力。而新型的SIM系列混频器和早期非常成功的MCA1系列相比,其体积缩小了一半。随着单片集成混频器的发展,混频组件逐渐以陶瓷和塑料封装的形式出现。

SIM-153+系列混频器的指标如表1所示,其标称本振功率为+7dBm,但是其本振的功率范围很大,灵活性较好。为了验证其抵抗本振变化的能力,在3组不同本振激励下进行测试。当本证功率大于+7dBm,中频频率为4.5GHz时,变频损耗小于10.5dB。当本振固定在8GHz时,本振幅度的变化对变频损耗有一定的影响,但是,当射频频率在15GHz 且本振电平为 +4、+7和+10dBm时,即使在环境温度变化很大时(-55 to +100°C),该混频器的变频损耗波动仅为±0.5dB。需要指出的是,这些大温度变化的测试,都是故意为了发现其性能缺陷而设计的,该器件的标称工作温度为-40 to +85°C。



当固定中频,改变本振电平进行测试时发现:SIM-153+混频器在9GHz以下,变频损耗典型值为6dB,在15GHz以下变频损耗典型值为9dB。由于该混频器的中频范围非常大(DC~4.5GHz),该混频器非常适合多级混频的系统,可以在第一级采用高中频。该混频器具有足够的灵活性,可以把15GHz的微波信号转换到标准的中频(如70MHz),当然也可以把这样的中频信号转换到微波频段。

端口间的隔离度也是混频器的一项重要参数,在不同的本振电平下测试了该混频器的本振到射频端口的隔离度,在3.4 到 5.0GHz范围内隔离度为40dB,其他频段的隔离度从28 到43dB。对于卫星通讯的3.7到4.2-GHz频段之间的隔离度高达40dB。这样高的隔离度对单边带系统或I/Q调制器/解调器的应用非常有利。对于这种需要匹配度很好的混频器的场合,高隔离度就意味着良好的载波抑制。

LTCC技术不但能保证产品的一致性,还能抵抗频率变化带来的性能漂移。当考验本振到射频端口的隔离度的时候,发现,本振频率从3.5扫描到15.0GHz的时候(温度范围为-55到100°C),隔离度的变化小于±2dB。

较高的本振到中频端口的隔离度,有助于防止本振信号泄漏到中频频率。如果隔离不好,则会增加后级滤波处理的成本。当本振频率从3.5扫描到15.0GHz,电平分别为+4、+7和+10dBm时,SIM-153+混频器在8GHz附近的隔离度曾一度低至13dB,但是在9GHz以后,隔离度一直保持在19dB以上(三种本振电平下都是如此)。另外在三种不同的温度下测试,隔离度的变化范围小于±1dB。

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主题阅读: LTCC工艺  混频器应用

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