基于LTCC工藝的微型寬帶混頻器及其應(yīng)用
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LTCC技術(shù)采用陶瓷作襯底，形成多層電路。由于電路可以在三維空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且可以嵌入電阻、電容等無源器件，與平面電路(傳統(tǒng)的集總電路或微帶電路)相比，其體積可以縮小很多倍。
以最新的SM-153+ LTCC雙平衡混頻器為例，其體積為5.1×4.6×2.1 mm，和通常的場(chǎng)效應(yīng)管或二極管混頻器相比，其體積有明顯的減小。和其他的半導(dǎo)體混頻器相比，SM-153+ 是無源器件，無須偏置，并且抗靜電能力較強(qiáng)。其射頻輸入的范圍是3.4 to 15.0GHz，中頻輸出范圍為DC to 4.5GHz。因?yàn)樗瓤勺鳛橄伦冾l器，又可作為上變頻器，因此在商用和軍事領(lǐng)域都有很廣的應(yīng)用。并且該產(chǎn)品符合RoHS環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可以用于無鉛電子系統(tǒng)。
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除了二極管以外，整個(gè)混頻器都使用多層LTCC電路實(shí)現(xiàn)的。由于各層之間的連接比較緊密，LTCC電路的穩(wěn)定性和密封性是與生俱來的。該混頻器在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到商用、軍用領(lǐng)域可能的溫度、濕度、振動(dòng)和機(jī)械沖擊等情況。
新型的SIM系列混頻器占用的PCB板面積很小，便于焊接和連接。傳統(tǒng)的直插式混頻器需要在PCB板上打孔，并且還需要螺絲緊固，非常費(fèi)力。而新型的SIM系列混頻器和早期非常成功的MCA1系列相比，其體積縮小了一半。隨著單片集成混頻器的發(fā)展，混頻組件逐漸以陶瓷和塑料封裝的形式出現(xiàn)。
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SIM-153+系列混頻器的指標(biāo)如表1所示，其標(biāo)稱本振功率為+7dBm，但是其本振的功率范圍很大，靈活性較好。為了驗(yàn)證其抵抗本振變化的能力，在3組不同本振激勵(lì)下進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)本證功率大于+7dBm，中頻頻率為4.5GHz時(shí)，變頻損耗小于10.5dB。當(dāng)本振固定在8GHz時(shí)，本振幅度的變化對(duì)變頻損耗有一定的影響，但是，當(dāng)射頻頻率在15GHz 且本振電平為 +4、+7和+10dBm時(shí)，即使在環(huán)境溫度變化很大時(shí)(-55 to +100°C)，該混頻器的變頻損耗波動(dòng)僅為±0.5dB。需要指出的是，這些大溫度變化的測(cè)試，都是故意為了發(fā)現(xiàn)其性能缺陷而設(shè)計(jì)的，該器件的標(biāo)稱工作溫度為-40 to +85°C。
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當(dāng)固定中頻，改變本振電平進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)：SIM-153+混頻器在9GHz以下，變頻損耗典型值為6dB，在15GHz以下變頻損耗典型值為9dB。由于該混頻器的中頻范圍非常大(DC～4.5GHz)，該混頻器非常適合多級(jí)混頻的系統(tǒng)，可以在第一級(jí)采用高中頻。該混頻器具有足夠的靈活性，可以把15GHz的微波信號(hào)轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)的中頻(如70MHz)，當(dāng)然也可以把這樣的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換到微波頻段。
端口間的隔離度也是混頻器的一項(xiàng)重要參數(shù)，在不同的本振電平下測(cè)試了該混頻器的本振到射頻端口的隔離度，在3.4 到 5.0GHz范圍內(nèi)隔離度為40dB，其他頻段的隔離度從28 到43dB。對(duì)于衛(wèi)星通訊的3.7到4.2-GHz頻段之間的隔離度高達(dá)40dB。這樣高的隔離度對(duì)單邊帶系統(tǒng)或I/Q調(diào)制器/解調(diào)器的應(yīng)用非常有利。對(duì)于這種需要匹配度很好的混頻器的場(chǎng)合，高隔離度就意味著良好的載波抑制。
LTCC技術(shù)不但能保證產(chǎn)品的一致性，還能抵抗頻率變化帶來的性能漂移。當(dāng)考驗(yàn)本振到射頻端口的隔離度的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)，本振頻率從3.5掃描到15.0GHz的時(shí)候(溫度范圍為-55到100°C)，隔離度的變化小于±2dB。
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評(píng)論