1 引言

在目前X波段T/R組件研制中多采用多芯片組裝形式，用以滿足對X波段組件對體積和重量的苛刻要求，在組件設計過程中由于大量采用MMIC微波單片芯片及各種控制芯片，使得電路密度大大提高，但在芯片互聯過程中因安裝工藝的限制和要求，也同樣引入了很多不確定因素和微波傳輸上的不連續性。這些問題的累積對級聯后的系統性能將產生不利影響，同時會加大批量生產后組件性能的離散性。在諸多因素中芯片間的金絲互聯是最為常見的問題。一定長度和粗細的金絲對微波傳輸性能的影響是隨著傳輸頻率的升高而增大的。

2 分析和計算

在目前微波芯片鍵合互聯中最為常用的是直徑25微米和18微米的金絲，在使用中金絲的長度一般不超過0.4毫米，在低于3GHz頻率的應用中，這樣尺寸的金絲對微波傳輸性能的影響是微弱的，在電路設計中一般可忽略。但在高于8GHz的高頻應用中，其對電性能的影響卻是應該加以重視了，尤其在多級系統級聯之后，其累積效應對系統性能的影響是明顯的。圖1和圖2是對單根金絲在跨接標準微帶時對微波傳輸性能的影響仿真。計算模型是在微帶線之間跨接一根長0.4毫米，直徑18微米金絲。

圖1 金絲跨接微帶示意圖

由圖2可以看出金絲跨接對駐波和傳輸特性的影響，駐波可以從1.2惡化到1.9，插損由小于0.3dB惡化到0.7dB。這僅僅是一根金絲對微帶傳輸線的影響，在X波段T/R組件中，一般由限幅器、低噪聲放大器、衰減器、移相器、開關和功率放大器等微波元器件組成，這些器件目前均已實現單片化，在組件設計中重點解決的就是器件之間的互聯問題，在諸多互聯問題中，金絲影響是不可回避的問題。圖3是X波段T/R組件接收通道在考慮了互聯因素前后的性能變化。

圖2 金絲對駐波和傳輸性能的影響

由圖3可以看出，加金絲不加補償，系統級聯性能有相當大的下降，增益約下降2~3dB，輸入、輸出駐波由1.6惡化到2.3。因此，在組件設計中加入補償電路是十分必要的。

圖3 X波段T/R組件接收通道在考慮金絲0.4mm長度前后系統級聯性能（粗線為加金絲后，細線是加金絲前）

3 補償電路仿真分析

金絲的電路模型可等效為電感，在T/R組件微波信號通路上可等效為一系列串聯電感。消除電感的影響，通常的方法是采用等效電容補償的方法，在LTCC基板上以圖4所示的電路結構來實現，其等效電路模型如圖5所示。

圖4 LTCC微帶補償電路

圖5 補償電路等效模型

仿真系統采用組件接收通道為基礎，建立仿真系統模型，級聯系統框圖如圖6所示，系統包括限幅器、低噪聲放大器、衰減器、開關、移相器。加入補償電路后系統仿真結果如圖7所示。

圖6 仿真系統級聯框圖

圖7 加補償電路后T/R組件接收支路系統仿真結果

（金絲長度0.4mm，直徑25微米）

從圖7可以看出加入補償電路后，駐波小于1.6，增益增加到25～28dB，整個組件級聯性能基本達到不考慮金絲直接連接的性能指標。

4 結論與分析

從金絲補償電路前后，T/R組件系統級聯的性能的比較中，我們可以看出補償電路的效果是顯而易見的。在仿真過程中為了簡化仿真過程，將所有金絲尺寸和仿真電路尺寸均設為相同尺寸，沒有對每個器件進行單獨優化。本文所使用的補償電路的等效電路為低通電路，這種電路大量運用于阻抗變換和電路匹配，因此，如果將每個單元電路的S參數對補償電路進行優化，系統級聯后的性能指標完全有可能獲得更滿意的結果。本文所使用的金絲模型直接采用ADS軟件中電路靜態模型，針對實際電路中金絲可能的拱高以及與前后LTCC微帶線的壓接位置，在三維仿真軟件HFSS中對金絲進行了三維建模仿真，仿真結果表明三維模型與電路靜態模型精度相當，權衡仿真速度和精度，采用靜態模型更有效。