CN110854210A - 一种基于box封装的超高频射频光电探测器 - Google Patents
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Abstract
一种涉及射频微波光解调技术领域的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：包含BOX封装管壳、垫片、射频电路和耦合光纤；所述BOX封装管壳为密封腔体结构，BOX封装管壳的一端设有密封贯穿BOX封装管壳侧壁的陶瓷件插头，该陶瓷件插头件身对应BOX封装管壳的内外侧均设有多个一一对应连通的金手指，且所述金手指对应陶瓷件插头件身与BOX封装管壳连接的位置埋于陶瓷件插头内；所述BOX封装管壳内壳底设有垫片，该垫片的顶部面铺设有用于将光信号转换为电信号的射频电路，所述金手指位于BOX封装管壳内的一端与射频电路通过键合金丝对应电气连接；本发明有效解决了现有探测器体积较大、效率低以及可靠性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及射频微波光解调技术领域，尤其是涉及一种基于BOX封装的超高频射频光电探测器。
背景技术
公知的，射频光电探测器是指将光调制信号中的射频信号解调出来，从而实现光信号转换为射频信号的功能；射频光电探测器凭借频率、带宽和抗干扰等优势，克服了传统射频***的瓶颈，被越来越多地应用于在军品领域，包括电子对抗、雷达通信、卫星遥感、深空探测、精密测量等，其中电子对抗领域发展和需求最为显著，随着新技术平台研制要求的提出，对带宽、插损、小型化和集成化都有了更高的要求，而现有的射频光电探测器已不能完全满足未来市场需求，主要存在如下问题和缺陷：1.尺寸大、集成化低：现有射频光电探测器多采用蝶形封装形式，尺寸较大17.78mm×12.70mm×8.1mm，且需要用射频同轴线或连接器实现射频信号的连接，集成度低；2.工作频率低，转换效率低：射频光电探测器的工作频率不超过18GHz，且转换效率只有0.7A/W；3.可靠性差：耦合方式及封装技术问题，使得产品环境适应性差，不满足机载使用条件；此种现象亟待解决。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种基于BOX封装的超高频射频光电探测器。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于BOX封装的超高频射频光电探测器，包含BOX封装管壳、垫片、射频电路和耦合光纤；所述BOX封装管壳为密封腔体结构，BOX封装管壳的一端设有密封贯穿BOX封装管壳侧壁的陶瓷件插头，该陶瓷件插头件身对应BOX封装管壳的内外侧均设有多个一一对应连通的金手指，且所述金手指对应陶瓷件插头件身与BOX封装管壳连接的位置埋于陶瓷件插头内；所述BOX封装管壳内壳底设有垫片，该垫片的顶部面铺设有用于将光信号转换为电信号的射频电路，该射频电路与位于BOX封装管壳内的金手指通过键合金丝对应电气连接，所述BOX封装管壳远离陶瓷件插头的一端设有密封贯穿的耦合光纤，该耦合光纤对应位于BOX封装管壳内的一端与射频电路的PIN光电二极管对应光信号传输连接，且所述耦合光纤为斜面光纤，斜面角度为38～42°。
优选的，位于BOX封装管壳内的金手指与射频电路位于同一平面。
优选的，所述射频电路设置有偏置电路和阻抗匹配电路，并以99氧化铝基板为载体。
优选的，所述偏置电路集成有宽带电感和电容。
优选的，所述耦合光纤为通过光纤镍管包裹的金属化斜面光纤。
优选的，所述耦合光纤的斜面角度为42°。
优选的，所述耦合光纤的斜面镀有用于减小光能损耗的反射膜。
优选的，所述BOX封装管壳为金属壳体。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明公开的一种基于BOX封装的超高频射频光电探测器，结构简单，易于装配，生产成本较低，经封装技术后，本发明的3dB带宽≥35GHz，转换效率≥75％，所述耦合光纤的斜面角度为42°，保证光信号在耦合光纤斜面处发生全反射；所述耦合光纤的斜面镀有用于减小光能损耗的反射膜，能够有效提高耦合光纤的耦合效率；所述耦合光纤为通过光纤镍管包裹的金属化斜面光纤，避免耦合光纤的全反射面暴露在空气中，防止有水气或其他污染物恰好凝结在耦合光纤端面，改变了光介质折射率，使全反射光路被破坏，在装配过程中，耦合光纤预固定后将耦合光纤与BOX封装管壳用焊料进行焊接，保证BOX封装管壳内部的气密性，提高可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、BOX封装管壳；1-1、陶瓷件插头；1-2、金手指；2、垫片；3、射频电路；3-1、PIN光电二极管；4、耦合光纤；4-1、光纤镍管。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
结合附图1，一种基于BOX封装的超高频射频光电探测器，包含BOX封装管壳1、垫片2、射频电路3和耦合光纤4；所述BOX封装管壳1为密封腔体结构；根据需要，所述BOX封装管壳1为金属壳体，即在装配前BOX封装管壳1顶部留有开口，装配后在BOX封装管壳1密封焊接一盖板，以实现BOX封装管壳1为密封腔体的结构；BOX封装管壳1的一端设有密封贯穿BOX封装管壳1侧壁的陶瓷件插头1-1，该陶瓷件插头1-1件身对应BOX封装管壳1的内外侧均设有多个一一对应连通的金手指1-2，且所述金手指1-2对应陶瓷件插头1-1件身与BOX封装管壳1连接的位置埋于陶瓷件插头1-1内，金手指1-2传输频率≥40GHz，从而能够保证射频信号的传输；所述BOX封装管壳1内壳底设有垫片2，该垫片2的顶部面铺设有用于将光信号转换为电信号的射频电路3，该射频电路3与位于BOX封装管壳1内的金手指1-2通过键合金丝对应电气连接；根据需要，位于BOX封装管壳1内的金手指1-2与射频电路3位于同一平面，即能够有效减小金丝键合的长度，降低高频干扰；所述BOX封装管壳1远离陶瓷件插头1-1的一端设有密封贯穿的耦合光纤4，该耦合光纤4对应位于BOX封装管壳1内的一端与射频电路3的PIN光电二极管3-1对应光信号传输连接，且所述耦合光纤4为斜面光纤，斜面角度为38～42°；根据需要，所述耦合光纤4的斜面角度为42°，保证光信号在耦合光纤4斜面处发生全反射；所述耦合光纤4的斜面镀有用于减小光能损耗的反射膜，能够有效提高耦合光纤4的耦合效率；所述耦合光纤4为通过光纤镍管4-1包裹的金属化斜面光纤，避免耦合光纤4的全反射面暴露在空气中，防止有水气或其他污染物恰好凝结在耦合光纤4端面，改变了光介质折射率，使全反射光路被破坏，在装配过程中，耦合光纤4预固定后将耦合光纤4与BOX封装管壳1用焊料进行焊接，保证BOX封装管壳1内部的气密性，提高可靠性；
此外，所述射频电路3设置有偏置电路和阻抗匹配电路，并以99氧化铝基板为载体，所述偏置电路集成有宽带电感和电容，宽带电感的作用是利用其对射频信号的高阻特性，防止射频信号流入参考平面，电容起到滤波作用，防止射频光电流信号干扰电源，同时为射频信号提供一条电流通路，而宽带电感和电容的谐振现象可以对频率响应进行补偿，改善高频响应特性；由于PIN光电二极管3-1工作时处于零偏或反偏压状态，导致输出阻抗较高，一般在KΩ级，能够通过ADS仿真设计出阻抗匹配网络即相应的阻抗匹配电路，保证射频电路3的输出阻抗为50Ω。
实施本发明所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，使用时光调制信号输入耦合光纤4后，在耦合光纤4斜面处发生全反射，光信号由耦合光纤4下方透射至PIN光电二极管3-1的光敏面，而PIN光电二极管3-1的光敏面只有16um，因此需要通过精度≥0.5um的六微调节架并配合专门设计的夹持工装，调节芯片和光纤之间的耦合角度和距离，使得光耦合效率达到75％及以上；此外，由于频响受寄生参数、BOX封装管壳1参数和封装寄生参数的影响，能够利用小信号等效电路模型来优化高频特性，模型中包含芯片结电容、焊盘寄生电容、馈线电感、封装金丝电感、芯片串联电阻、封装寄生电容和电阻，通过相应仿真软件(例如：ADS和HFSS)进行仿真设计，根据仿真结果对射频指标进行改善，以达到500MHz～35GHz频带内光电转换插损＜3dB。
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (8)
1.一种基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：包含BOX封装管壳(1)、垫片(2)、射频电路(3)和耦合光纤(4)；所述BOX封装管壳(1)为密封腔体结构，BOX封装管壳(1)的一端设有密封贯穿BOX封装管壳(1)侧壁的陶瓷件插头(1-1)，该陶瓷件插头(1-1)件身对应BOX封装管壳(1)的内外侧均设有多个一一对应连通的金手指(1-2)，且所述金手指(1-2)对应陶瓷件插头(1-1)件身与BOX封装管壳(1)连接的位置埋于陶瓷件插头(1-1)内；所述BOX封装管壳(1)内壳底设有垫片(2)，该垫片(2)的顶部面铺设有用于将光信号转换为电信号的射频电路(3)，该射频电路(3)与位于BOX封装管壳(1)内的金手指(1-2)通过键合金丝对应电气连接，所述BOX封装管壳(1)远离陶瓷件插头(1-1)的一端设有密封贯穿的耦合光纤(4)，该耦合光纤(4)对应位于BOX封装管壳(1)内的一端与射频电路(3)的PIN光电二极管(3-1)对应光信号传输连接，且所述耦合光纤(4)为斜面光纤，斜面角度为38～42°。
2.如权利要求1所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：位于BOX封装管壳(1)内的金手指(1-2)与射频电路(3)位于同一平面。
3.如权利要求1所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：所述射频电路(3)设置有偏置电路和阻抗匹配电路，并以99氧化铝基板为载体。
4.如权利要求3所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：所述偏置电路集成有宽带电感和电容。
5.如权利要求1所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：所述耦合光纤(4)为通过光纤镍管(4-1)包裹的金属化斜面光纤。
6.如权利要求1所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：所述耦合光纤(4)的斜面角度为42°。
7.如权利要求1所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：所述耦合光纤(4)的斜面镀有用于减小光能损耗的反射膜。
8.如权利要求1所述的基于BOX封装的超高频射频光电探测器，其特征是：所述BOX封装管壳(1)为金属壳体。
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