集成的微波模块能在单个封装中提供多种微波功能。军用需求以及尺寸越来越小的商用设备促使人们将更多微波功能集成到越来越小的封装中，这类系统通常要求越来越多的数字硬件。一般而言，大部分生产微波元件的公司也提供具有一定集成度的标准或定制模块，他们正在尝试采用各种不同的方法来实现多功能微波电路的集成。这些不同的方法也许会用在相同的组件或系统中。
多功能微波集成模块已有大约40年历史，早期的集成模块通常包括基本的微带线或带状线功能模块，例如将混频器、滤波器、振荡器和放大器装配在一个金属外壳中，这种元件曾被称为“超级元件”。这些多功能组合元件仅在少数部件中为航空电子和电子战(EW)系统设计师提供许多系统所要求的前端功能。
然而，与超级元件时代的系统相比，如今的军用和商用系统已有长足进步，它们通常不仅要求集成射频和基带功能，而且还要求集成数字和存储器电路。历史悠久的元件供应商，例如曾经仅依赖于连接普通封装中的微带线、带状线或波导器件的M/A-COM公司，目前都在结合采用分立和单片或集成电路技术来生产小型多功能模块。该公司的A90-0001型号就是一个频率范围在1.94到2.24GHz、用于商用无线基础应用的矢量调制器。这个矢量调制器的面积仅有0.236×0.157英寸，并具有(±0.2dB)信号幅度平坦度和(±0.5deg)线性相位响应特性，这有助于缩小模块封装。该公司的用于1.8到2.4GHz的MAMUSM0008数字开关延迟线，适合于在商用无线系统的前馈放大器中消除环路，能控制750ps的总延迟(步长为50ps)，处理1W( 30dBm)的输入功率。
美国国防高级研究计划局(DARPA)对MIMIC项目的资助，使得高频半导体集成技术在上世纪80年代取得巨大进步，其中包括Honeywell公司完整的接收器前端产品。当然，现代商用无线通讯市场也推动了高集成度射频集成电路的开发。为满足多空中接口标准的需求，RF Micro Devices公司等生产商通常将多个IC集成在同一个模块封装中。
例如，RF Micro Devices公司的Polaris 2 Total Radio模块解决方案是一个包含了发射器和接收器的完整射频模块，支持GSM、GPRS和EDGE标准所采用的四个无线通讯频带。这些第三代模块具有外部器件少、PCB面积小于300平方毫米的优点。
RF6026?频带收发器模块包括一个数字转换架构和数字信道滤波器。RF3178四频带发射器模块集成了功率放大器电路和分数N数字模块来实现这些无线标准所要求的先进数字调制格式。Avago Technologies开发出的适用于中国市场的TD-SCDMA功率放大器模块ACPM-7886非常小，可以满足具有长电池使用时间的超薄3G手机的设计要求。
iTerra Communications公司除了提供宽带射频/微波放大器模块外，还提供用于宽带通讯系统的宽广的光电模块产品线。该公司的集成编码器/光调制驱动器iT6144集成了LiNbO3调制驱动器与NRZ到RZ编码器(iT6134)或NRZ双二进制编码器(图1)。这些采用相同紧凑封装的小型模块可简化系统的集成。iT6134和iT6144能处理的数据速率分别高达11.1Gbps和10Gbps。iT6134还可以保持峰峰值抖动小于10ps，可以接受250到500 mV峰峰值的输入信号，并能将RZ输出电压调整到6V(峰峰值)。iT6144的双二进制输出电平从6到10.5V(峰峰值)可调，并能提供环路控制余度来跟踪由温度和老化引起的变化，单端时钟和数据输入消除了对相位匹配跟踪的需求。iT6144支持采用外部贝赛尔(Bessel)滤波器和前置滤波调制器的应用。
图1：集成的编码器/光调制驱动器iT6144包含LiNbO3调制驱动器与NRZ到RZ编码器。
模块和集成技术在系统级上具有更大灵活性。虽然许多军事系统集成商的目标是将天线连接到全数字接收器，但当前ADC和DAC的速度不允许在发射和接收信号链路中完全去除射频/微波电路。不过，许多供应商以先进多功能模块的形式推动了ADC的发展。例如，ADI公司的ADC模块AD12401是一款12位、400Mps的器件(图2)，适用于雷达和卫星子系统、相阵列系统、安全通讯和宽带商用通讯。该器件的封装尺寸为2.9×2.6×0.6英寸，被称在128 MHz下具有63 dB满量程(FS)信噪比(SNR)，在128 MHz下的无杂散动态范围(SFDR)为70dB，而且该模块包括了变压器耦合输入路径和数字后处理电路。
| 图2：ADI公司的AD12401模块只有2.9×2.6×0.6英寸，集成了ADC并支持输入转换器等电路。 |
低温共烧陶瓷(LTCC)采用具有金属电路走线层和和地平面的多层陶瓷基板。对射频/微波应用而言，与采用带状线、微带线和共面波导技术制作的传统多功能模块相比，LTCC的线路损耗更低、面积更小。不幸的是，传统的LTCC工艺在烧结中会出现一些收缩的现象，因而要求对整个工艺建立精确的模型，以达到实用的良品率。图3是LTCC模块结构图。
图3：LTCC模块采用倒装芯片封装的有源器件和表面贴无源器件以实现小尺寸。
已有多家高频器件生产商采用LTCC技术作为实现小型单功能器件的有效方法。例如，MiniCircuits公司采用该工艺来生产具有很低转换损耗和很高隔离性能的射频和微波混频器。其他一些公司，如CMAC MicroTechnology、Anaren和Johanson Technology等，已经提供基于LTCC的单功能元件。例如，Johanson公司提供用于1,500到1,600MHz全球定位系统(GPS)和2.45GHz蓝牙应用的芯片大小的天线。
采用LTCC技术的公司很多，包括American Technical Ceramics、CETEK Technologies、DuPont、IMST GmbH、Kyocera America、LTCC Lab、Minicaps、Plextek、Sea Ceramics Technology、Selmic Micromodules以及 TDK Corp. of America等公司。例如，American Technical Ceramics公司在其网站上提供免费的LTCC产品清单。IMST公司在与材料供应商杜邦(DuPont)公司的一项合作项目中，开发出一款基于LTCC的24GHz汽车雷达解决方案。这个调频载波(FMCW)雷达可以测量距离汽车30米的物体，以及汽车周围障碍物的速度，并且可以测量距离只有10cm的目标，分辨率高于2cm。
Labtech公司没有采用LTCC技术，而是利用具有粘合封罩的金属有机基板在薄介质材料(TDM)上设计模块。该公司提供基于GaAs PHEMT技术的2～18GHz放大器增益模块，并且这些模块中还可以包括温度补偿和监测电路。该公司也具有设计集成开关、衰减器和压控振荡器(VCO)的模块的能力。Centellax公司是另一家高增益放大器模块供应商，其产品在200kHz至30GHz内具有30dB的增益，包含了DC模块和同轴连接器。Aeroflex公司提供多芯片模块(MCM)、频率转换器、时间延时单元(TDU)以及模块化的波束网络。
Spinnaker Microwave公司提供各种各样基于高频振荡器和综合器的微波模块。该公司的产品包括VCO、多环路间接综合器和带有频率转换器的直接数字综合器(DDS)、微带线滤波器、调谐放大器、微功率加热器、调制端口、模拟和数字转换电路以及复杂的数字控制电路等。
Multi-Mix工艺是由Merrimac Industries公司开发的，这是另一种代替LTCC的基于有机基板的模块。这种多层技术支持超过70GHz的频率，平均功耗为500W，并允许将有源半导体(二极管和晶体管)裸片和无源电路器件嵌入在电路层中，以形成小型子组件。原来应用于单功能器件(例如混合耦合器)生产的技术，是将有机基板材料(例如来自Rogers公司的聚四氟乙烯(PTFE))叠起来，并在精确控制温度和压力下将这些层熔焊在一起(无需采用其它多层有机基板方法中所需的有损耗的联接膜)，以便形成各层之间具有类似焊接强度的小型模块。
这些熔焊层的边缘进行了电气隔离，以保证良好的全面接地，以及对电磁干扰(EMI)的优良屏蔽。除了采用金属导体(如铜)制作电路层外，还可以将无源和有源器件增加到Multi-Mix层中以实现任何射频/微波电路功能，如滤波器、功率合成器和放大器。该公司已经将这种技术应用到波束网络和瞬时频率测量(IFM)接收器等复杂的模块中，并已开发出用于半定制功率放大器模块设计的快速设计平台。
《Microwave & RF》
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