一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，包括輸入、輸出端口均為波導(dǎo)端口的腔體以及固定在腔體內(nèi)依次連接的輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡，所述腔體的輸入端口與輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸入端口通過(guò)空間耦合方式連接，所述腔體的輸出端口與輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸出端口通過(guò)空間耦合方式連接。本實(shí)用新型可應(yīng)用于收發(fā)一體的雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)中，具有低噪聲、高承載功率特性，可以大大降低毫米波段雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)噪聲，提升接收機(jī)系統(tǒng)抗過(guò)載能力。
【專利說(shuō)明】一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微波組件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件。

【背景技術(shù)】
[0002]基于超導(dǎo)材料的極低損耗和臨界電流Jc (當(dāng)電流密度達(dá)到一定程度之后，超導(dǎo)薄膜材料呈現(xiàn)失超現(xiàn)象，即損耗增加)特性，由超導(dǎo)材料研制的超導(dǎo)限幅芯片具有低插損、高承載功率等特性；由砷化鎵材料制備的低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器工作于低溫下具有極低的噪聲溫度。目前，雷達(dá)接收機(jī)中的限幅低噪聲放大器多采用常規(guī)的限幅器和低噪聲放大器組成，在毫米波段(Ka頻段)的應(yīng)用上，尚無(wú)超導(dǎo)限幅芯片與低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器的組成應(yīng)用產(chǎn)品。常規(guī)的Ka頻段限幅低噪聲放大器組件噪聲大(4.5dB以上)、承載功率小(2.5W以下)，不能滿足高性能雷達(dá)接收機(jī)的系統(tǒng)要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種噪聲小、承載功率大、集成度高的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，解決由于常規(guī)的限幅低噪聲放大器耐受功率有限而導(dǎo)致現(xiàn)階段毫米波段雷達(dá)接收機(jī)承載功率受限的問(wèn)題。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0005]一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，包括輸入、輸出端口均為波導(dǎo)端口的腔體以及固定在腔體內(nèi)依次連接的輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡，所述腔體的輸入端口與輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸入端口通過(guò)空間耦合方式連接，所述腔體的輸出端口與輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸出端口通過(guò)空間耦合方式連接。
[0006]所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，所述輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡依次通過(guò)金絲連接。
[0007]所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，所述輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸入、輸出端口均在同一中心線上，并且各端口之間的縫隙均在5mil以內(nèi)。
[0008]所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，所述輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、級(jí)間匹配電路和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡均采用厚度為0.127mm的基片，并通過(guò)厚度為
0.1mm的焊錫片焊接在腔體內(nèi)。
[0009]所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，所述超導(dǎo)限幅芯片采用厚度為0.5mm的基片，并通過(guò)厚度為0.1mm的銦片焊接在腔體內(nèi)。
[0010]所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，所述低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器均通過(guò)導(dǎo)電膠黏貼在腔體內(nèi)。
[0011]所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，所述超導(dǎo)限幅芯片采用高溫超導(dǎo)薄膜材料，所述低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器均采用砷化鎵材料。
[0012]由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件主要是由超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器組成，具有極低的噪聲系數(shù)(1.5dB以下)和極優(yōu)的功率承載能力(限幅耐受功率5W以上)，并且集成度高，可廣泛應(yīng)用于收發(fā)一體的毫米波段雷達(dá)接收機(jī)系統(tǒng)，有效提升接收機(jī)的接收靈敏度，降低誤碼率，同時(shí)抑制發(fā)射機(jī)泄露到接收機(jī)系統(tǒng)中的大功率信號(hào)，提升接收機(jī)系統(tǒng)的承載功率，預(yù)防接收機(jī)因過(guò)載而導(dǎo)致燒毀。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型的輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型的超導(dǎo)限幅芯片電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型的低溫限幅器模擬電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是本實(shí)用新型的級(jí)間匹配電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是本實(shí)用新型的Ka頻段低溫低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7是本實(shí)用新型的輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0021]如圖1?圖7所示，一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，包括腔體1、輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡2、超導(dǎo)限幅芯片3、低溫限幅器4、級(jí)間匹配電路5、Ka頻段低溫低噪聲放大器6和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡7。
[0022]腔體I采用黃銅材料，表面鍍金，鍍層厚度為4Mm，其輸入端口 11和輸出端口 12均為BJ320波導(dǎo)端口 ；腔體I的輸入端口 11連接輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡2的輸入端口 21，腔體I的輸出端口 12連接輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡7的輸出端口 72，信號(hào)傳輸通過(guò)輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡2的輸入端口 21和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡7的輸出端口 72的空間耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0023]輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡2采用介電常數(shù)為2.2、厚度為0.127mm的復(fù)合基片，通過(guò)厚度為0.1mm的焊錫片焊接在腔體I內(nèi)；輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡2的輸出端口 22通過(guò)金絲連接超導(dǎo)限幅芯片3的輸入端口 31。
[0024]超導(dǎo)限幅芯片3采用氧化鎂(MgO)作為基片，厚度為0.5mm，在基片兩面濺射上5000埃高溫超導(dǎo)YBa2Cu3O7- Δ薄膜，在高溫超導(dǎo)薄膜上原位濺射500埃金膜，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc > 90K,臨界電流密度Jc > 2X 106A/cm2，通過(guò)光亥lj、干法刻蝕、切割等工藝制作超導(dǎo)限幅芯片，其中一面的高溫超導(dǎo)薄膜和金膜全部保留，作為接地面，另一面為超導(dǎo)限幅芯片電路，限幅芯片電路由輸入端口 31、輸出端口 32及諧振器33組成。超導(dǎo)限幅芯片3通過(guò)厚度為0.1mm的銦片焊接在腔體I內(nèi)，其輸出端口 32通過(guò)金絲連接低溫限幅器4的輸入端口41。
[0025]低溫限幅器4采用砷化鎵材料，通過(guò)導(dǎo)電膠黏貼在腔體I內(nèi)，其輸出端口 42通過(guò)金絲連接級(jí)間匹配電路5的輸入端口 51 ;低溫限幅器4的輸入端口 41、輸出端口 42的位置與超導(dǎo)限幅芯片3的輸出端口 32、級(jí)間匹配電路5的輸入端口 51在同一中心線上，且各端口之間的縫隙控制在5mil以內(nèi)。
[0026]級(jí)間匹配電路5采用介電常數(shù)為2.2、厚度為0.127mm的復(fù)合基片，通過(guò)厚度為
0.1mm的焊錫片焊接在腔體I內(nèi)；級(jí)間匹配電路5的輸出端口 52通過(guò)金絲連接Ka頻段低溫低噪聲放大器6的輸入端口 61。
[0027]Ka頻段低溫低噪聲放大器6采用砷化鎵材料，通過(guò)導(dǎo)電膠黏貼在腔體I內(nèi)，其輸出端口 62通過(guò)金絲連接輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡7的輸入端口 71 ;Ka頻段低溫低噪聲放大器6的輸入端口 61、輸出端口 62的位置與級(jí)間匹配電路5的輸出端口 52、輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡7的輸入端口 71在同一中心線上，且各端口之間的縫隙控制在5mil以內(nèi)。
[0028]輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡7采用介電常數(shù)為2.2、厚度為0.127mm的復(fù)合基片，通過(guò)厚度為0.1mm的焊錫片焊接在腔體I內(nèi)。
[0029]本實(shí)用新型的各組成部分級(jí)間通過(guò)金絲鍵合連接在一起，采用高溫超導(dǎo)YBa2Cu307- Δ薄膜材料制備的超導(dǎo)限幅芯片3能夠有效地對(duì)外部大信號(hào)(5W以上)進(jìn)入低溫限幅器4之前進(jìn)行衰減，衰減后的信號(hào)在進(jìn)入低溫限幅器4后進(jìn)一步限幅，加強(qiáng)了對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)，提高了現(xiàn)有毫米波段限幅低噪聲放大器組件的功率承載能力(從2.5W提升到5W以上)；采用砷化鎵材料制備的低溫限幅器4和Ka頻段低溫低噪聲放大器6工作在20K(_253°C)環(huán)境下，其熱噪聲大幅降低(較常規(guī)的限幅低噪聲放大器組件的噪聲系數(shù)降低3dB以上)；同時(shí)，通過(guò)控制各組成部分的介質(zhì)基片厚度和腔體深度，來(lái)保證級(jí)間焊接點(diǎn)在同一水平高度，減小級(jí)間損耗，降低整體噪聲。
[0030]以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:包括輸入、輸出端口均為波導(dǎo)端口的腔體以及固定在腔體內(nèi)依次連接的輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡，所述腔體的輸入端口與輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸入端口通過(guò)空間耦合方式連接，所述腔體的輸出端口與輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸出端口通過(guò)空間耦合方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:所述輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡依次通過(guò)金絲連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:所述輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、超導(dǎo)限幅芯片、低溫限幅器、級(jí)間匹配電路、Ka頻段低溫低噪聲放大器和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡的輸入、輸出端口均在同一中心線上，并且各端口之間的縫隙均在5mil以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:所述輸入波導(dǎo)-微帶過(guò)渡、級(jí)間匹配電路和輸出波導(dǎo)-微帶過(guò)渡均采用厚度為0.127mm的基片，并通過(guò)厚度為0.1mm的焊錫片焊接在腔體內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:所述超導(dǎo)限幅芯片采用厚度為0.5mm的基片，并通過(guò)厚度為0.1mm的銦片焊接在腔體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:所述低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器均通過(guò)導(dǎo)電膠黏貼在腔體內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式集成Ka頻段超導(dǎo)限幅低噪聲放大器組件，其特征在于:所述超導(dǎo)限幅芯片采用高溫超導(dǎo)薄膜材料，所述低溫限幅器和Ka頻段低溫低噪聲放大器均采用砷化鎵材料。
【文檔編號(hào)】H03F1/26GK204119170SQ201420507972
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】賓峰, 賀俊霞, 陳榮飛, 王自力, 汪名峰, 丁曉杰 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十六研究所