CN109660283B - 一种片载天线收发前端芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种片载天线收发前端芯片，包括发射机芯片和接收机芯片，所述发射机芯片包括发射机电路模块和与发射机电路模块直接连接的发射天线，所述接收机芯片包括接收机电路模块和与接收机电路模块直接连接的接收天线。本发明通过片载天线方案，避免收发芯片和收发天线分开封装或分开设置，可以大大减少射频封装损耗，从而提高收发前端芯片的工作可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及雷达领域，具体涉及一种片载天线收发前端芯片。
背景技术
雷达，意思为无线电探测和测距，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置，因此，雷达也被称为“无线电定位”，雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率、方位、高度等信息。各种雷达的具体用途和结构不尽相同，但基本形式是一致的，包括发射机、发射天线、接收机、接收天线、处理部分以及显示器，还有电源设备、数据录取设备，还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。
对于目前雷达的收发前端来说，主要存在两个问题：一个问题是射频封装损耗大，现在大多数雷达收发前端的天线和前端收发机芯片是分开的，相应地也会分开封装或让天线位于封装好的前端收发机芯片外，因而会存在很高的射频封装损耗，降低检测精度，从而降低雷达的工作可靠性，另一个问题是接收机和发射机通道数少，如果采用多片接收机芯片或多片发射机芯片级联的方式来增加通道数，会由于芯片规格问题产生级联不方便的问题，因此前期级联工艺复杂，大大增加了工作量。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种片载天线收发前端芯片，通过片载天线方案，即通过将接收天线和发射天线分别直接设置在发射机芯片和接收机芯片上，避免收发芯片和收发天线分开封装或分开设置，可以大大减少射频封装损耗，从而提高收发前端芯片的工作可靠性。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种片载天线收发前端芯片，包括发射机芯片和接收机芯片，所述发射机芯片包括发射机电路模块和与发射机电路模块直接连接的发射天线，所述接收机芯片包括接收机电路模块和与接收机电路模块直接连接的接收天线。
进一步地，所述发射天线的数量为n，所述发射机电路模块包括依次连接的四倍频器、双相调制器、驱动放大器和功率放大器模块，所述功率放大器模块包括n个同时与所述驱动放大器连接的功率放大器，其中，每个功率放大器的输出端分别与一条不同的发射天线连接，每条发射天线为一条发射通道，所述四倍频器的输入端为发射机电路模块的输入端，所述发射天线为发射机电路模块的输出端。
进一步地，所述发射机芯片为矩形或正方形，n条发射天线并排平行设置于所述发射机芯片上且每条发射天线与所述发射机芯片的一条边平行。
进一步地，相邻两条发射天线之间的距离为λ/2，第1条发射天线与最接近第1条发射天线且平行于发射天线的发射机芯片边的距离为λ/4，第n条发射天线与最接近第n条发射天线且平行于发射天线的发射机芯片边的距离为λ/4，其中，λ为电磁波的自由空间波长。
进一步地，所述发射机芯片的数量为多个且所有发射机芯片并排设置于同一平面，每个发射机芯片的发射天线相互平行，前一个发射机芯片平行于发射天线的一条边与后一个发射机芯片平行于发射天线的一条边接触重合；或所述发射机芯片的数量为多个且所有发射机芯片布置为t行q列，每一行中前一个发射机芯片平行于发射天线的一条边与后一个发射机芯片平行于发射天线的一条边接触重合。
进一步地，所述接收天线的数量为m，所述接收机电路模块包括依次连接的四倍频器、驱动放大器、下混频模块和低噪声放大器模块，所述下混频模块和低噪声放大器模块分别包括m个下混频器和m个低噪声放大器，每个低噪声放大器的输入端分别与一条不同的接收天线连接，每个低噪声放大器的输出端分别与一个下混频器的一个输入端连接，每个下混频器的另一个输入端同时与驱动放大器的输出端连接，所述四倍频器的输入端为接收机电路模块的输入端，所述四倍频器的输出端与所述驱动放大器的输入端连接，所述下混频器的输出端为接收机电路模块的输出端。
进一步地，所述接收机芯片为矩形或正方形，m条接收天线并排平行设置于所述接收机芯片上且每条接收天线与所述接收机芯片的一条边平行。
进一步地，相邻两条接收天线之间的距离为λ/2，第1条接收天线与最接近第1条接收天线且平行于接收天线的接收机芯片边的距离为λ/4，第m条接收天线与最接近第n条接收天线且平行于接收天线的接收机芯片边的距离为λ/4，λ为电磁波的自由空间波长。
进一步地，所述接收机芯片的数量为多个且所有接收机芯片并排设置于同一平面，每个接收机芯片的接收天线相互平行，前一个接收机芯片平行于接收天线的一条边与后一个接收机芯片平行于接收天线的一条边接触重合；或所述接收机芯片的数量为多个且所有接收机芯片布置为s行p列，每一行中前一个接收机芯片平行于接收天线的一条边与后一个接收机芯片平行于接收天线的一条边接触重合。
本发明提供的片载天线收发前端芯片，通过片载天线方案，即通过将接收天线和发射天线分别直接设置在发射机芯片和接收机芯片上，避免收发芯片和收发天线分开封装或分开设置，可以大大减少射频封装损耗，从而提高收发前端芯片的工作可靠性，另外，本发明通过在一个发射机芯片或一个接收机模块上设置多条发射天线或多条接收天线，可以实现多通道发射和多通道接收，更可以通过使多个发射机芯片或多个接收机模块级联来进一步扩展发射通道或接收通道，而且通过对发射机芯片和接收机芯片的尺寸设置，可以方便快速实现级联，不需要刻意测量相邻芯片之间的距离，减少级联工艺和级联工作量。
附图说明
图1为实施例提供的发射机芯片结构示意图。
图2为实施例提供的接收机芯片结构示意图。
图3为实施例提供的多个发射机芯片的一种级联示意图。
图4为实施例提供的多个发射机芯片的另一种级联示意图。
图5为实施例提供的多个接收机芯片的一种级联示意图。
图6为实施例提供的多个接收机芯片的另一种级联示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例
如图1和图2所示，本实施例提供一种片载天线收发前端芯片，包括发射机芯片和接收机芯片，所述发射机芯片包括发射机电路模块和与发射机电路模块直接连接的发射天线，所述接收机芯片包括接收机电路模块和与接收机电路模块直接连接的接收天线。
这里需要说明的是，本实施例中的片载天线收发前端芯片可以是指芯片封装前的结构模块，发射机芯片和接收机芯片可以是承载集成电路(如本实施例中的发射机电路模块和接收机电路模块)的印刷电路板，发射天线和接收天线直接与发射机电路模块和接收机电路模块连接，可以减少封装损耗，具体实施时，本实施例中的天线可以是端射天线也可以是平面天线。
具体地，所述发射天线的数量为n，所述发射机电路模块包括依次连接的四倍频器、双相调制器、驱动放大器和功率放大器模块，所述功率放大器模块包括n个同时与所述驱动放大器连接的功率放大器，其中，每个功率放大器的输出端分别与一条不同的发射天线连接，每条发射天线为一条发射通道，所述四倍频器的输入端为发射机电路模块的输入端，所述发射天线为发射机电路模块的输出端。
这里需要说明的是，本实施例提供的雷达收发前端工作频段可以是24GHz和77GHz，以77GHz为例，本实施例中的发射频率覆盖76—81GHz，其对应的输入频率为19—20.25GHz(四倍频器的信号输入频率)，双相调制器可以通过调节相位控制端口实现0°/180°的相位调制，功率放大器的使能端口可以控制功放的关断，从而使得与对应功率放大器连接的发射通道可以独立开启或者关闭。
具体地，所述发射机芯片为矩形或正方形，n条发射天线并排平行设置于所述发射机芯片上且每条发射天线与所述发射机芯片的一条边平行，更具体地，邻两条发射天线之间的距离为λ/2，第1条发射天线与最接近第1条发射天线且平行于发射天线的发射机芯片边的距离为λ/4，第n条发射天线与最接近第n条发射天线且平行于发射天线的发射机芯片边的距离为λ/4，其中，λ为电磁波的自由空间波长。
具体实施本实施例时，可以如图3所示，所述发射机芯片的数量可以为多个且所有发射机芯片并排设置于同一平面，每个发射机芯片的发射天线相互平行，前一个发射机芯片平行于发射天线的一条边与后一个发射机芯片平行于发射天线的一条边接触重合。
具体实施本实施例时，可以如图4所示，所述发射机芯片的数量为多个且所有发射机芯片布置为t行q列，每一行中前一个发射机芯片平行于发射天线的一条边与后一个发射机芯片平行于发射天线的一条边接触重合。
这里需要说明的是，通过多芯片级联的方式，可以实现更多通道的发射机功能，本实施例可以实现天线间距为λ/2的天线阵列结构，当然，芯片之间可以如上所述紧密接触，也可以有一定距离以实现其他非λ/2间距的天线阵列。
具体地，所述接收天线的数量为m，所述接收机电路模块包括依次连接的四倍频器、驱动放大器、下混频模块和低噪声放大器模块，所述下混频模块和低噪声放大器模块分别包括m个下混频器和m个低噪声放大器，每个低噪声放大器的输入端分别与一条不同的接收天线连接，每个低噪声放大器的输出端分别与一个下混频器的一个输入端连接，每个下混频器的另一个输入端同时与驱动放大器的输出端连接，所述四倍频器的输入端为接收机电路模块的输入端，所述四倍频器的输出端与所述驱动放大器的输入端连接，所述下混频器的输出端为接收机电路模块的输出端。
这里需要说明的是，以77GHz为例，本实施例中的接收频率覆盖76—81GHz，其对应的输入频率为19—20.25GHz(四倍频器的信号输入频率)，接收天线采用的是与发射天线相同的片载端射天线。
具体地，所述接收机芯片为矩形或正方形，m条接收天线并排平行设置于所述接收机芯片上且每条接收天线与所述接收机芯片的一条边平行。
更具体地，相邻两条接收天线之间的距离为λ/2，第1条接收天线与最接近第1条接收天线且平行于接收天线的接收机芯片边的距离为λ/4，第m条接收天线与最接近第n条接收天线且平行于接收天线的接收机芯片边的距离为λ/4，λ为电磁波的自由空间波长。
实施本实施例时，可以如图5所示，所述接收机芯片的数量可以为多个且所有接收机芯片并排设置于同一平面，每个接收机芯片的接收天线相互平行，前一个接收机芯片平行于接收天线的一条边与后一个接收机芯片平行于接收天线的一条边接触重合。
实施本实施例时，还可以如图6所示，所述接收机芯片的数量为多个且所有接收机芯片布置为s行p列，每一行中前一个接收机芯片平行于接收天线的一条边与后一个接收机芯片平行于接收天线的一条边接触重合。
实施本实施例时，n可以取2，m可以取4，从而实现2通道发射，4通道接收的收发功能，发射机芯片和接收机芯片的输入信号通过输入端口输入，可以实现收发同源，如果对于不同源的应用场景，则发射机芯片和接收机芯片的输入信号可以分别输入，因为一个发射机芯片或接收机芯片上的天线通道有限，如果需要更多通道，可以通过多芯片级联的方式实现。这里需要说明的是，级联方式不仅可以如上面说的横向级联，也可以进行纵向级联，芯片之间的距离可以灵活设置，从而实现不同的阵列合成。
本实施例可以为毫米波/亚毫米波集成片载天线收发前端，可适用于30—
3000GHz频率范围内的收发前端芯片及***，应用领域包括汽车防撞雷达、自适应巡航、无人驾驶及道路交通检测等。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种片载天线收发前端芯片，包括发射机芯片和接收机芯片，其特征在于，所述发射机芯片包括发射机电路模块和与发射机电路模块直接连接的发射天线，所述接收机芯片包括接收机电路模块和与接收机电路模块直接连接的接收天线，其中，
所述发射天线的数量为n，所述发射机电路模块包括依次连接的四倍频器、双相调制器、驱动放大器和功率放大器模块，所述功率放大器模块包括n个同时与所述驱动放大器连接的功率放大器，其中，每个功率放大器的输出端分别与一条不同的发射天线连接，每条发射天线为一条发射通道，所述四倍频器的输入端为发射机电路模块的输入端，所述发射天线为发射机电路模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，所述发射机芯片为矩形或正方形，n条发射天线并排平行设置于所述发射机芯片上且每条发射天线与所述发射机芯片的一条边平行。
3.根据权利要求2所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，相邻两条发射天线之间的距离为λ/2，第1条发射天线与最接近第1条发射天线且平行于发射天线的发射机芯片边的距离为λ/4，第n条发射天线与最接近第n条发射天线且平行于发射天线的发射机芯片边的距离为λ/4，其中，λ为电磁波的自由空间波长。
4.根据权利要求3所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，所述发射机芯片的数量为多个且所有发射机芯片并排设置于同一平面，每个发射机芯片的发射天线相互平行，前一个发射机芯片平行于发射天线的一条边与后一个发射机芯片平行于发射天线的一条边接触重合；或所述发射机芯片的数量为多个且所有发射机芯片布置为t行q列，每一行中前一个发射机芯片平行于发射天线的一条边与后一个发射机芯片平行于发射天线的一条边接触重合。
5.根据权利要求1所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，所述接收天线的数量为m，所述接收机电路模块包括依次连接的四倍频器、驱动放大器、下混频模块和低噪声放大器模块，所述下混频模块和低噪声放大器模块分别包括m个下混频器和m个低噪声放大器，每个低噪声放大器的输入端分别与一条不同的接收天线连接，每个低噪声放大器的输出端分别与一个下混频器的一个输入端连接，每个下混频器的另一个输入端同时与驱动放大器的输出端连接，所述四倍频器的输入端为接收机电路模块的输入端，所述四倍频器的输出端与所述驱动放大器的输入端连接，所述下混频器的输出端为接收机电路模块的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，所述接收机芯片为矩形或正方形，m条接收天线并排平行设置于所述接收机芯片上且每条接收天线与所述接收机芯片的一条边平行。
7.根据权利要求6所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，相邻两条接收天线之间的距离为λ/2，第1条接收天线与最接近第1条接收天线且平行于接收天线的接收机芯片边的距离为λ/4，第m条接收天线与最接近第m条接收天线且平行于接收天线的接收机芯片边的距离为λ/4，λ为电磁波的自由空间波长。
8.根据权利要求7所述的一种片载天线收发前端芯片，其特征在于，所述接收机芯片的数量为多个且所有接收机芯片并排设置于同一平面，每个接收机芯片的接收天线相互平行，前一个接收机芯片平行于接收天线的一条边与后一个接收机芯片平行于接收天线的一条边接触重合；或所述接收机芯片的数量为多个且所有接收机芯片布置为s行p列，每一行中前一个接收机芯片平行于接收天线的一条边与后一个接收机芯片平行于接收天线的一条边接触重合。
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