Ka波段衛星小站收發機的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種Ka波段衛星小站收發機，包括上變頻模塊和下變頻模塊。上變頻模塊的輸入端與調制解調器的輸出端連接，且上變頻模塊的輸出端與天線組件的輸入端連接。下變頻模塊的輸入端與天線組件的輸出端連接，且下變頻模塊的輸出端與調制解調器的輸入端連接。上變頻模塊或下變頻模塊包括若干利用系統級封裝技術制造的SIP芯片，且各SIP芯片集成有若干電性連接且均采用半導體工藝制造的功能芯片。該Ka波段衛星小站收發機利用系統級封裝技術使芯片數量大大減少，也減少了各芯片之間銅走線或者微帶線的數量，從而減小了Ka波段衛星小站收發機的占用面積，便于實現產品的小型化設計。
【專利說明】
Ka波段衛星小站收發機
技術領域
[0001]本實用新型涉及Ka波段衛星通信技術領域，特別是涉及一種Ka波段衛星小站收發機。
【背景技術】
[0002]在早期的衛星通信中，主要通過若干主站完成主要的通信需求。主站通過有線連接的方式分發到不同的地區，故主站主要分布在城市的市區。主站的有線連接方式使得整個衛星通信系統的架構構建即為不便且價格昂貴。
[0003]VSAT(Very Small Aperture Terminal，衛星小站)衛星通信系統能夠克服上述問題。在VSAT衛星通信系統中，衛星小站(VSAT)能夠廣泛地分布在不同的區域，除了在城市市區，還能夠分布于山區等。同時，VSAT衛星通信系統能夠滿足互聯網服務、語音/傳真服務、數據業務等不同通信需求，從而得到了越來越廣泛的應用。
[0004]如圖1所示，VSAT衛星通信系統通常包括一個主站12、衛星轉發器13及分布在各個區域的衛星小站11。衛星轉發器13通常分布在赤道上方36000千米的地球同步軌道上。主站12是整個VSAT衛星通信系統中的中央通信和監控終端，通常需要全天候工作。主站12通過直接發送信號到分布在不同區域的衛星小站11來控制并與各衛星小站11進行通信。如圖2所示，衛星小站11包括一個室外單元15和一個室內單元14。其中，室內單元14包含用來交互的設備，例如調制解調器、計算機設備，且室內單元14通過有線方式連接室外單元15。室外單元15包括天線組件17、收發機16以及其他配件。天線組件17中包括反射器、饋源、安裝底座等。收發機16包含上變頻模塊(BUC，block up converter)、下變頻模塊(LNB，low noiseblock)以及其他收發組件部分。
[0005]另外，基于可用帶寬傳輸容量大的優勢和市場需求，Ka波段通信衛星市場的需求越來越大，Ka波段主要為26.5?40GHz。據統計，全球三十余家衛星運營商中，已經啟動或者正在啟動Ka波段衛星項目的有二十余家。相應地，地面終端市場也將取得較大發展，衛星終端使用量將達到百萬部級別，因此全球衛星行業進入Ka時代的步伐在加快。而在VSAT衛星通信系統中，收發機是衛星小站11的通信核心部分。對于波長更短的Ka波段來說，收發機中PCB電路板的加工工藝則有更嚴格的要求。因此，如何提高收發機的性能并且減少成本是收發機產品面向商業化的關鍵一步。
[0006]然而，在傳統的Ka波段衛星小站收發機中，上變頻模塊、下變頻模塊均包括較多的功能芯片以及晶體管，且這些功能芯片和晶體管均分立排布于對應的PCB電路板上，各分立的功能芯片和晶體管之間通過銅走線或者微帶線連接。因此，傳統的Ka波段衛星小站收發機占用的面積較大，使得整個產品的尺寸無法縮小。
【實用新型內容】
[0007]基于此，有必要針對傳統的Ka波段衛星小站收發機占用面積較大的問題，提供一種Ka波段衛星小站收發機。
[0008]一種Ka波段衛星小站收發機，包括上變頻模塊和下變頻模塊，所述上變頻模塊的輸入端與調制解調器的輸出端連接，且所述上變頻模塊的輸出端與天線組件的輸入端連接;所述下變頻模塊的輸入端與所述天線組件的輸出端連接，且所述下變頻模塊的輸出端與所述調制解調器的輸入端連接；
[0009]同時，所述上變頻模塊或下變頻模塊包括若干利用系統級封裝技術制造的SIP芯片，且各所述SIP芯片集成有若干電性連接且均采用半導體工藝制造的功能芯片。
[0010]在其中一個實施例中，所述上變頻模塊包括第一SIP芯片，且所述第一SIP芯片集成有第一本振信號發生器及第一本振信號放大器。
[0011]在其中一個實施例中，所述上變頻模塊還包括相連接的第二SIP芯片及第三SIP芯片;
[0012]所述第二SIP芯片集成有第一放大器及第一混頻器，且所述第一混頻器用于連接所述調制解調器;所述第三SIP芯片集成有第二放大器和第三放大器。
[0013]在其中一個實施例中，所述上變頻模塊還包括微帶線濾波器及第一功率放大器；所述微帶線濾波器連接于所述第一 SIP芯片與第二 SIP芯片之間；所述第三SIP芯片還與所述第一功率放大器連接;所述第一功率放大器還用于連接所述天線組件。
[0014]在其中一個實施例中，所述下變頻模塊包括第四SIP芯片;所述第四SIP芯片集成有第二本振信號發生器及第二本振信號放大器。
[0015]在其中一個實施例中，所述下變頻模塊還包括相連接的第五SIP芯片及第六SIP芯片;
[0016]所述第五SIP芯片集成有若干級放大器，且所述第五SIP芯片還用于連接所述天線組件;所述第六SIP芯片集成有若干級濾波器。
[0017]在其中一個實施例中，所述下變頻模塊還包括本振信號濾波器、第二混頻器、混頻信號濾波器及第二功率放大器；
[0018]所述本振信號濾波器連接于所述第四SIP芯片與所述第二混頻器之間；所述第二混頻器還分別與所述第六SIP芯片、所述混頻信號濾波器連接;所述混頻信號濾波器還與所述第二功率放大器連接;所述第二功率放大器還用于連接所述調制解調器。
[0019]在其中一個實施例中，所述SIP芯片包括襯底，且各所述功能芯片以層疊或并排的方式集成于所述襯底上。
[0020]在其中一個實施例中，各所述SIP芯片通過表面貼裝技術安裝于所述上變頻模塊或下變頻模塊對應的PCB板。
[0021 ]在其中一個實施例中，所述上變頻模塊和下變頻模塊共同安裝于同一塊PCB板上。
[0022]上述Ka波段衛星小站收發機具有的有益效果為:在該Ka波段衛星小站收發機中，上變頻模塊或下變頻模塊包括若干利用系統級封裝技術制造的SIP芯片，且各SIP芯片集成有若干電性連接且均采用半導體工藝制造的功能芯片。因此，該Ka波段衛星小站收發機利用系統級封裝技術使芯片數量大大減少，而且也減少了各芯片之間銅走線或者微帶線的數量，從而減小了整個Ka波段衛星小站收發機的占用面積，便于實現產品的小型化設計。
【附圖說明】

[0023]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他實施例的附圖。
[0024]圖1為VSAT衛星通信系統的組成結構示意圖；
[0025]圖2為圖1所示的VSAT衛星通信系統中衛星小站的組成結構示意圖；
[0026]圖3為一實施例提供的Ka波段衛星小站收發機的相關組成結構示意圖；
[0027]圖4為圖3所示實施例的Ka波段衛星小站收發機中上變頻模塊的電氣連接結構示意圖；
[0028]圖5為圖3所示實施例的Ka波段衛星小站收發機中下變頻模塊的電氣連接結構示意圖；
[0029]圖6為圖3所示實施例的Ka波段衛星小站收發機中的SIP芯片封裝結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為了便于理解本實用新型，下面將參照相關附圖對本實用新型進行更全面的描述。附圖中給出了本實用新型的較佳實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內容的理解更加透徹全面。
[0031]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本實用新型。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0032]一實施例提供了一種Ka波段衛星小站收發機，如圖3所示，包括上變頻模塊100和下變頻模塊200。上變頻模塊100的輸入端與調制解調器300的輸出端連接，且上變頻模塊100的輸出端與天線組件400的輸入端連接。下變頻模塊200的輸入端與天線組件400的輸出端連接，且下變頻模塊200的輸出端與調制解調器300的輸入端連接。
[0033]天線組件400包括天線、饋源等結構，用于發射或接收Ka波段高頻信號。需要說明的是，Ka波段衛星小站收發機至少包括上變頻模塊100和下變頻模塊200，還可以包括其他結構，例如正交模轉換器。
[0034]上變頻模塊100用于對調制解調器300發送的信號進行上變頻，并將上變頻處理后的信號發送至天線組件400。其中，調制解調器300發送的信號通常為中頻信號，該中頻信號經過上變頻模塊100后，被上變頻為Ka波段高頻發射信號，并最終通過天線組件400發射出去。
[0035]下變頻模塊200用于對天線組件400發送的信號進行下變頻，并將下變頻處理后的信號發送至調制解調器300。其中，天線組件400發送至下變頻模塊200的信號為Ka波段高頻接收信號，該Ka波段高頻接收信號經過下變頻模塊200，被下變頻為中頻信號并最終進入調制解調器300中，以進行后續解調等相應處理過程。
[0036]在本實施例中，上變頻模塊100或下變頻模塊200包括若干利用系統級封裝技術制造的SIP(System In a Package系統級封裝)芯片。系統級封裝技術是指將多種功能芯片集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能，S卩SIP芯片。同時，各SIP芯片集成有若干電性連接且均采用半導體工藝制造的功能芯片。半導體工藝是指以半導體為材料，制作成組件及集成電路的技術，例如硅鍺工藝。功能芯片是指傳統上變頻模塊或下變頻模塊中分立排布的各功能芯片，例如濾波器、混頻器等。
[0037]上述SIP芯片在制造過程中，將不同功能芯片對應的裸片通過系統級封裝技術封裝在一起的，從而形成對應的SIP芯片。同時，由于封裝在一起的各功能芯片電性連接且制造工藝相同(即均采用半導體工藝制造)，因此在工藝制造方面便于實現。
[0038]綜上所述，本實施例中，將上變頻模塊100或下變頻模塊200中電性連接且制造工藝均為半導體制造工藝的不同功能芯片封裝在一起，減小了芯片的數量，同時也減少了各芯片之間銅走線或者微帶線的數量，從而減小了整個Ka波段衛星小站收發機的占用面積，降低了元器件的成本，便于實現產品的小型化設計，簡化了高頻段的搭建以及調試。
[0039]具體的，如圖4所示，上變頻模塊100共包括3個SIP芯片，即第一SIP芯片110、第二SIP芯片120及第三SIP芯片130。同時上變頻模塊100還包括微帶線濾波器140及第一功率放大器150。上變頻模塊100還包括其他器件306，例如外圍器件、匹配器件等。其中，第二SIP芯片120與第三SIP芯片130連接。微帶線濾波器140連接于第一 SIP芯片110與第二 SIP芯片120之間。第三SIP芯片130還與第一功率放大器150連接。第一功率放大器150還用于連接天線組件400。
[0040]第一SIP芯片110，用于產生并放大上變頻對應的第一本振信號。該第一SIP芯片110集成有電連接的第一本振信號發生器111及第一本振信號放大器112這兩種功能芯片。第一本振信號發生器111用于產生第一本振信號，并發送至第一本振信號放大器112。第一本振信號放大器112用于將第一本振信號放大并將放大后的第一本振信號發送至微帶線濾波器140中。
[0041]微帶線濾波器140，用于將放大后的第一本振信號進行濾波，并將濾波后的第一本振信號發送至第二SIP芯片120。具體的，微帶線濾波器140為帶通濾波器，且微帶線濾波器140通過鍍銅或者鍍銅加沉銀工藝形成，厚度介于17μπι?34μπι。其中，沉銀可以防止銅發生氧化，從而提高微帶線濾波器140的可靠性。另外，由于微帶線濾波器140與第一本振信號發生器111及第一本振信號放大器112的制造工藝不同，因此本實施例中將微帶線濾波器140單獨設為一級。
[0042]第二SIP芯片120，用于實現混頻功能，以將調制解調器300發送的中頻信號上變頻為Ka波段高頻信號。第二 SIP芯片120集成有電連接的第一放大器121及第一混頻器122這兩種功能芯片。其中，第一放大器121連接微帶線濾波器140，且第一放大器121用于將微帶線濾波器140濾波后的第一本振信號進行放大。第一混頻器121用于連接調制解調器300，且第一混頻器121用于將第一放大器121放大后的第一本振信號與調制解調器300傳來的中頻信號進行混頻，從而得出Ka波段高頻信號。該Ka波段高頻信號通過微帶線進行傳輸，并傳輸至第三SIP芯片130中。其中，微帶貼片天線170用于發送和接收高頻信號。本實施例中，第二SIP芯片120輸出的Ka波段高頻信號通過微帶貼片天線170傳輸至第三SIP芯片130中。
[0043]第三SIP芯片130，用于對Ka波段高頻信號進行放大，且第三SIP芯片130集成有電連接的第二放大器131和第三放大器132這兩種功能芯片。其中，第二放大器131為低噪聲放大器。第三放大器132為可變增益放大器。另外，第三SIP芯片130中還包括相應的匹配電路，以達到阻抗匹配的效果。因此，Ka波段高頻信號經過第三SIP芯片130后，進行了相應的多級放大過程，并通過微帶貼片天線170傳送至第一功率放大器150中。
[0044]第一功率放大器150，用于進行功率放大，以使第三SIP芯片130發送的放大后的Ka波段高頻信號產生足夠的功率從而能夠無線發射出去。由于第一功率放大器150具有大功率特性，會產生明顯的發熱，因此本實施例中將第一功率放大器150單獨設為一級。
[0045]因此，在本實施例提供的上變頻模塊100中，通過第一SIP芯片110、第二SIP芯片120及第三SIP芯片130，將傳統上變頻模塊中分立排布的各功能芯片按照電氣連接關系和工藝相應封裝在一起，從而減少了整個上變頻模塊100中芯片的數量和各芯片之間銅走線或者微帶線的數量。
[0046]可以理解的是，上變頻模塊100的結構不限于上述一種情況，只要能夠滿足產品的小型化要求即可。例如，在其他實施例中，還可以將第二 SIP芯片120與第三SIP芯片130中的各功能芯片封裝一體;第三SIP芯片130內也可集成有其他級數的放大器。
[0047]具體的，如圖5所示，下變頻模塊200包括第四SIP芯片210、第五SIP芯片220、第六SIP芯片230、本振信號濾波器240、第二混頻器250、混頻信號濾波器260及第二功率放大器270。其中，第五SIP芯片220與第六SIP芯片230連接。第五SIP芯片220還用于連接天線組件400。本振信號濾波器240連接于第四SIP芯片210與第二混頻器250之間。第二混頻器250還分別與第六SIP芯片230、混頻信號濾波器260連接。混頻信號濾波器260還與第二功率放大器270連接。第二功率放大器270還用于連接調制解調器300。
[0048]第四SIP芯片210，用于產生并放大下變頻對應的第二本振信號。同時，第四SIP芯片210集成有電連接的第二本振信號發生器211及第二本振信號放大器212這兩種功能芯片。其中，第二本振信號發生器211用于產生下變頻對應的第二本振信號，并發送至第二本振信號放大器212中。第二本振信號放大器212為低噪聲放大器，用于放大第二本振信號，并將放大后的第二本振信號發送至本振信號濾波器240中。本振信號濾波器240再將濾波后的第二本振信號發送至第二混頻器250中。
[0049]第五SIP芯片220集成有若干級放大器、并用于對天線組件400發送的Ka波段接收信號進行放大。具體的，第五SIP芯片220集成有三級低噪聲放大器，以提高信號的信噪比。同時第五SIP芯片220通過貼片天線280接收Ka波段接收信號。
[0050]第六SIP芯片230集成有若干級濾波器，并用于對第五SIP芯片220發送的放大后的Ka波段接收信號進行濾波，再將濾波后的Ka波段接收信號發送至第二混頻器250。具體的，第六SIP芯片230集成有三個濾波器。
[0051]第二混頻器250用于將濾波后的第二本振信號與濾波后的Ka波段接收信號進行混頻，從而形成相應的中頻信號，并發送至混頻信號濾波器260 ο混頻信號濾波器260對該中頻信號進行濾波，并將濾波后的中頻信號發送至第二功率放大器270中。第二功率放大器270用于進行功率放大，并將將放大后的中頻信號發送至調制解調器300中。
[0052]因此，在本實施例提供的下變頻模塊200中，通過第四SIP芯片210、第五SIP芯片220、第六SIP芯片230，將傳統下變頻模塊中分立的各功能芯片按照電氣連接關系和工藝相應封裝在一起，從而減少了整個下變頻模塊200中芯片的數量和各芯片之間銅走線或者微帶線的數量。
[0053]可以理解的是，下變頻模塊200的結構不限于上述一種情況，只要能夠滿足產品的小型化要求即可。
[0054]具體的，如圖6所示，上述各SIP芯片(包括第一SIP芯片110、第二SIP芯片120、第三SIP芯片130、第四SIP芯片210、第五SIP芯片220、第六SIP芯片230)的具體封裝結構原理如下。
[0055]各SIP芯片均包括襯底510，且SIP芯片內的各功能芯片以層疊或并排的方式集成于襯底510上。例如，功能芯片520、功能芯片530以層疊的方式集成于襯底510上，這種疊層結構能夠進一步減小整個SIP芯片的面積。不適合疊加在一起的功能芯片則以并排的方式集成于襯底510上，例如功能芯片560則相對于功能芯片520及功能芯片530，以并排的方式集成于襯底510上。另外，功能芯片通過bonding工藝將引線引出，以實現電氣連接。襯底510上還集成有其他元件550，例如匹配的電阻、電容或者微帶線
[0056]可以理解的是，SIP芯片的封裝結構不限于上述一種情況，只要能夠將相應的功能芯片封裝在一起即可。
[0057]具體的，各SIP芯片均通過表面貼裝技術安裝于上變頻模塊100或下變頻模塊200對應的PCB板，從而進一步減小了Ka波段衛星小站收發機的體積。另外，將安裝完成后的PCB板置于波導腔體外殼之內，該波導腔體外殼具有波導、散熱以及支撐等功能。
[0058]同時，上變頻模塊100和下變頻模塊200共同安裝于同一塊PCB板上。這時，上變頻模塊100和下變頻模塊200則可以共用本振信號發生器，從而進一步減小了芯片的數量，縮小了產品的體積、節約了元器件成本。
[0059]以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0060]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種Ka波段衛星小站收發機，包括上變頻模塊和下變頻模塊，其特征在于，所述上變頻模塊的輸入端與調制解調器的輸出端連接，且所述上變頻模塊的輸出端與天線組件的輸入端連接;所述下變頻模塊的輸入端與所述天線組件的輸出端連接，且所述下變頻模塊的輸出端與所述調制解調器的輸入端連接； 同時，所述上變頻模塊或下變頻模塊包括若干利用系統級封裝技術制造的SIP芯片，且各所述SIP芯片集成有若干電性連接且均采用半導體工藝制造的功能芯片。2.根據權利要求1所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述上變頻模塊包括第一 SIP芯片，且所述第一 SIP芯片集成有第一本振信號發生器及第一本振信號放大器。3.根據權利要求2所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述上變頻模塊還包括相連接的第二 SIP芯片及第三SIP芯片； 所述第二 SIP芯片集成有第一放大器及第一混頻器，且所述第一混頻器用于連接所述調制解調器;所述第三SIP芯片集成有第二放大器和第三放大器。4.根據權利要求3所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述上變頻模塊還包括微帶線濾波器及第一功率放大器;所述微帶線濾波器連接于所述第一 SIP芯片與第二 SIP芯片之間;所述第三SIP芯片還與所述第一功率放大器連接;所述第一功率放大器還用于連接所述天線組件。5.根據權利要求1所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述下變頻模塊包括第四SIP芯片;所述第四SIP芯片集成有第二本振信號發生器及第二本振信號放大器。6.根據權利要求5所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述下變頻模塊還包括相連接的第五SIP芯片及第六SIP芯片； 所述第五SIP芯片集成有若干級放大器，且所述第五SIP芯片還用于連接所述天線組件;所述第六SIP芯片集成有若干級濾波器。7.根據權利要求6所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述下變頻模塊還包括本振信號濾波器、第二混頻器、混頻信號濾波器及第二功率放大器； 所述本振信號濾波器連接于所述第四SIP芯片與所述第二混頻器之間；所述第二混頻器還分別與所述第六SIP芯片、所述混頻信號濾波器連接;所述混頻信號濾波器還與所述第二功率放大器連接;所述第二功率放大器還用于連接所述調制解調器。8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述SIP芯片包括襯底，且各所述功能芯片以層疊或并排的方式集成于所述襯底上。9.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，各所述SIP芯片通過表面貼裝技術安裝于所述上變頻模塊或下變頻模塊對應的PCB板。10.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的Ka波段衛星小站收發機，其特征在于，所述上變頻模塊和下變頻模塊共同安裝于同一塊PCB板上。
【文檔編號】H04B1/40GK205725739SQ201620571702
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】陳家誠, 姚建可, 丁慶
【申請人】深圳市華訊方舟衛星通信有限公司, 華訊方舟科技有限公司