一種基于LTCC技術的高集成度8x8微波開關矩陣的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于LTCC技術的高集成度8x8開關矩陣，尤其是一種基于LTCC基板的高集成度8x8開關矩陣，屬于微波電路技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著衛(wèi)星技術的不斷發(fā)展，衛(wèi)星有效載荷產(chǎn)品不斷的向小型化、輕量化方向發(fā)展，星載單機產(chǎn)品的高集成化設計是實現(xiàn)該目標的基礎。微波開關矩陣常被應用于通信、雷達等衛(wèi)星中，本專利中的設計方法可以實現(xiàn)微波開關矩陣的小型化和輕量化目的。
[0003]星載微波開關矩陣包含射頻電路、控制電路和電源網(wǎng)絡，射頻電路部件能夠響應上位機發(fā)來的控制指令進行通道切換，射頻電路主要實現(xiàn)射頻信號的傳輸、隔離等特性。
[0004]傳統(tǒng)的8X8開關矩陣設計方案中，采用的是三維立體組裝結構，該方案以單刀八擲開關模塊為基本單元，將8個單刀八擲開關呈垂直方向安裝，另有8個單刀八擲開關呈水平方向安裝，它們之間用BMA盲插射頻接頭對插連接。電源控制組件通過電纜線連接到射頻模塊上，對射頻開關模塊的狀態(tài)進行控制。通過對每個單刀八擲開關模塊的控制，組合實現(xiàn)8X8開關矩陣的功能。該方案設計的8X8路微波開關矩陣射頻信號的插入損耗為5dB，外形尺寸為227mmX 152mmX 172mm。該方案制造的開關矩陣體積較大，已經(jīng)無法滿足衛(wèi)星通信系統(tǒng)對星載微波開關矩陣的小型化要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題為:克服現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明提出了一種基于LTCC技術的高集成度8x8開關矩陣，在LTCC介質(zhì)基板中設計完成了 64路射頻路由，通過垂直互連設計實現(xiàn)不同層間射頻信號的傳輸；通過金絲壓焊等工藝實現(xiàn)射頻網(wǎng)絡與單刀八擲開關實現(xiàn)互連；通過上位機的軟件操作來控制射頻通道的切換狀態(tài)。整體設計結構緊湊，使得8X8開關矩陣的體積大大減小，插入損耗也明顯降低。將傳統(tǒng)的三維立體組裝結構的開關矩陣改進為多層的平面結構，將組成開關矩陣的射頻網(wǎng)絡、供電網(wǎng)絡、單刀八擲開關集成在一塊多層LTCC基板上，重點解決微波開關矩陣高集成度的問題。
[0006]本發(fā)明解決的技術方案為:一種基于LTCC技術的高集成度8x8開關矩陣，包括金屬殼、16個射頻接頭、電源和控制接口、控制電路基板、金屬介質(zhì)、射頻網(wǎng)絡、供電網(wǎng)絡；該基于LTCC技術的高集成度8x8開關矩陣包括36層LTCC基板，每層LTCC基板包括介質(zhì)層和金屬層，金屬層附在介質(zhì)層上；第一層LTCC基板的金屬層上安裝有十六個單刀八擲開關，十六個單刀八擲開關包括八個輸入的單刀八擲開關和八個輸出的單刀八擲開關；
[0007]八個輸入的單刀八擲開關分別為第一輸入單刀八擲開關、第二輸入單刀八擲開關、第三輸入單刀八擲開關、第四輸入單刀八擲開關、第五輸入單刀八擲開關、第六輸入單刀八擲開關、第七輸入單刀八擲開關、第八輸入單刀八擲開關；
[0008]八個輸出的單刀八擲開關分別為第一輸出單刀八擲開關、第二輸出單刀八擲開關、第三輸出單刀八擲開關、第四輸出單刀八擲開關、第五輸出單刀八擲開關、第六輸出單刀八擲開關、第七輸出單刀八擲開關、第八輸出單刀八擲開關；
[0009]金屬介質(zhì)中鑲嵌有多個絕緣子；電源和控制接口包括電源接口和控制接口，電源接口和控制接口共用一個九針的低頻插頭；
[0010]16個射頻接頭包括8個射頻輸入接頭和8個射頻輸出接頭；
[0011]36層LTCC基板和控制電路基板間為一定厚度的金屬介質(zhì)，金屬殼尺寸與36層LTCC基板匹配，使36層LTCC基板能夠固定卡在金屬殼內(nèi)；
[0012]射頻網(wǎng)絡包括多個射頻傳輸層，射頻傳輸層分布在第一層、第四層、第九層、第十四層、第十九層、第二十四層、第二十九層、第三十四層LTCC基板的金屬層上；
[0013]供電網(wǎng)絡分布在第一層和第四層LTCC基板的金屬層上，第一層和第四層LTCC基板的介質(zhì)層設有多個通孔，每個通孔進行金屬化處理；
[0014]隔離層為第二層、第七層、第十二層、第十七層、第二十二層、第二十七層、第三十二層、第三十六層LTCC基板的金屬層，隔離層留有非金屬化孔，該非金屬化孔與第一層和第四層LTCC基板的通孔位置對應，使射頻信號通過該層；
[0015]第二層、第七層、第十二層、第十七層、第二十二層、第二十七層、第三十二層、第三十六層LTCC基板的介質(zhì)層上設有多個通孔，分別與第二層、第七層、第十二層、第十七層、第二十二層、第二十七層、第三十二層的隔離層留有的非金屬化孔的位置對應，每個通孔內(nèi)壁進行金屬化處理；
[0016]第三層、第五層、第六層、第八層、第十層、第^ 層、第十三層、第十五層、第十六層、第十八層、第二十層、第二 i^一層、第二十三層、第二十五層、第二十六層、第二十八層、第三十層、第三十一層、第三十三層、第三十五層LTCC基板為過渡層，過渡層設有多個通孔；
[0017]十六個單刀八擲開關分兩列安裝在第一層LTCC基板的金屬層表面；每個輸入的單刀八擲開關包括一個射頻輸入接口和八個射頻輸出接口、三個控制接口和一個供電接口 ；輸入的單刀八擲開關的八個射頻輸出接口分別為第一路射頻輸出接口、第二路射頻輸出接口、第三路射頻輸出接口、第四路射頻輸出接口、第五路射頻輸出接口、第六路射頻輸出接口、第七路射頻輸出接口、第八路射頻輸出接口
[0018]每個輸出的單刀八擲開關包括八個射頻輸入接口和一個射頻輸出接口、三個控制接口和一個供電接口 ；每個輸出的單刀八擲開關的八個射頻輸入接口分別為第一路射頻輸入接口、第二路射頻輸入接口、第三路射頻輸入接口、第四路射頻輸入接口、第五路射頻輸入接口、第六路射頻輸入接口、第七路射頻輸入接口、第八路射頻輸入接口 ；
[0019]第一輸入單刀八擲開關的第一路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第一輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0020]第一輸入單刀八擲開關的第二路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第二輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0021]第一輸入單刀八擲開關的第三路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第三輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0022]第一輸入單刀八擲開關的第四路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第四輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0023]第一輸入單刀八擲開關的第五路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第五輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0024]第一輸入單刀八擲開關的第六路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第六輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0025]第一輸入單刀八擲開關的第七路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第七輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0026]第一輸入單刀八擲開關的第八路射頻輸出接口通過第一層LTCC基板的金屬層連接第八輸出單刀八擲開關的第一路射頻輸入接口；
[0027]第二輸入單刀八擲開關的第一路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第一輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0028]第二輸入單刀八擲開關的第二路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第二輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0029]第二輸入單刀八擲開關的第三路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第三輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0030]第二輸入單刀八擲開關的第四路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第四輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0031]第二輸入單刀八擲開關的第五路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第五輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0032]第二輸入單刀八擲開關的第六路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第六輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0033]第二輸入單刀八擲開關的第七路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第七輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0034]第二輸入單刀八擲開關的第八路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第四層LTCC基板的金屬層，再通過第三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第八輸出單刀八擲開關的第二路射頻輸入接口 ；
[0035]第三輸入單刀八擲開關的第一路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第一輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0036]第三輸入單刀八擲開關的第二路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第二輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0037]第三輸入單刀八擲開關的第三路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第三輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0038]第三輸入單刀八擲開關的第四路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第四輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0039]第三輸入單刀八擲開關的第五路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第五輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0040]第三輸入單刀八擲開關的第六路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第六輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0041]第三輸入單刀八擲開關的第七路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第七輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0042]第三輸入單刀八擲開關的第八路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第九層LTCC基板的金屬層，再通過第八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第八輸出單刀八擲開關的第三路射頻輸入接口 ；
[0043]第四輸入單刀八擲開關的第一路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第一輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0044]第四輸入單刀八擲開關的第二路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第二輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0045]第四輸入單刀八擲開關的第三路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第三輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0046]第四輸入單刀八擲開關的第四路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第四輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0047]第四輸入單刀八擲開關的第五路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第五輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0048]第四輸入單刀八擲開關的第六路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第六輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0049]第四輸入單刀八擲開關的第七路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第七輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0050]第四輸入單刀八擲開關的第八路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十三層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十四層LTCC基板的金屬層，再通過第十三層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第八輸出單刀八擲開關的第四路射頻輸入接口 ；
[0051]第五輸入單刀八擲開關的第一路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十九層LTCC基板的金屬層，再通過第十八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連接至第一輸出單刀八擲開關的第五路射頻輸入接口 ；
[0052]第五輸入單刀八擲開關的第二路射頻輸出接口通過金絲壓焊與第一層LTCC基板的金屬層相連，再通過第一層至第十八層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第十九層LTCC基板的金屬層，再通過第十八層至第一層LTCC基板的通孔形成的垂直過孔連接至第一層LTCC基板的金屬層，再通過金絲壓焊連