CN102496753A - 无色散延迟移相器及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无色散延迟移相器，包括（1）单片多层微带板结构电路板；（2）用于设置控制电路，将一位正电压控制电平转换成两位负电压控制电平的控制电路模块；（3）用于对信号进行包括程控衰减、放大、限幅在内的处理的信号处理模块；（4）用于安装上述的单片多层微带板结构电路板、控制电路模块和信号处理模块的壳体；（5）包括设置在外壳上的射频接头和数据接口的接头，本发明的无色散延迟移相器成功填补了五位以上无色散延迟移相器的空白，相比现有的结构来说，具有小型化、高隔离度和低成本的优点。

Description

无色散延迟移相器及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种无色散延迟移相器，同时还涉及其制备工艺。

背景技术

延迟移相器是一种使用控制码控制开关选通不同时延和相移支路的开关组件，如果一个系统既能够实现移相选择，也能够实现延迟选择的功能，那么可以称其为延迟移相器。按照控制信号来划分，使用数字电平来控制移向和延时量的组件称为数控延迟移相器，而在X频段或者更高的频率段常使用微带线来实现，这种器件又称为微波数控延迟移相器，其原理图如图1所示。

对于六位数控延迟移相器，需要1                                                

、2

、4、8、16

、32

六根单根延迟线来实现，其中

为相应结构中微波信号传输的工作波长。每根延迟线与一根直通传输线单独构成一路二选一延迟线组件。六组二选一延迟线组件通过级联的方式连接，并用开关选通，构成六位延迟线组件。开关可为MMIC芯片、PIN开关、GaAs开关等，根据具体频率、尺寸以及成本进行选择。这种结构可以通过TTL或者CMOS电平产生的控制电压，来选择以下各种延迟量，以及延迟量所对应的相移：0、1、2

、3

…63

。

目前国内延迟移向器在满足性能的前提下，主要分为五位以下的无色散延迟移相器以及最多八位的有色散延迟移相器。实现方式多为单根延迟移向单元配合开关芯片的MCM结构，存在线间耦合严重、尺寸大、隔离度差、成本控制难、无色散的大延迟量移向单元无法有效集成、不易于调试等缺点。无色散延迟移相器需要做到五位以上时，一般方式是使用多个延迟组件的级联来实现，这样将导致整体尺寸增加，成本等难于控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种小型化、高隔离度和低成本的无色散延迟移相器；本发明的目的之二是提供上述无色散延迟移相器的制备工艺。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的： 

该无色散延迟移相器，包括

单片多层微带板结构电路板，所述单片多层微带板结构电路板是使用一块与微带板介电常数接近的半固化片，将两块微带板上下粘接成多层微带板；所述多层微带板的中间层，即位于下方的微带板与半固化片之间设置有内层电路，用于实现无色散延迟线功能，所述内层电路包含各延迟移向单元、矩形与扇形高低阻抗线偏置电路；

控制电路模块，用于设置控制电路，将一位正电压控制电平转换成两位负电压控制电平；

信号处理模块，用于对信号进行包括程控衰减、放大、限幅在内的处理；

壳体，用于安装上述的单片多层微带板结构电路板、控制电路模块和信号处理模块，壳体本身可以起到屏蔽电磁干扰的作用；

接头，包括设置在外壳上的射频接头和数据接口；

进一步，所述微带板上设置有非金属化穿孔的螺钉孔，通过非金属化螺钉连接电路板两面的镀金金属面，包括连接微带板与安装基板；

进一步，所述最上层微带板上设置有用于安装器件的盲槽；

进一步，所述内层电路需要焊接和键合的位置留有盲槽，接地部分用盲孔连接到地面；

进一步，：单片多层微带板结构电路板包括两块微带板，分别为微带板I和微带板II，微带板I的介质基片为一面镀金，一面设置微带电路，该处的微带电路也即前述的内层电路；所述微带板II的介质基片为一面镀金，一面无铜；所述微带板I的设置微带电路的电路面与微带板II的无铜面通过半固化片粘接在一起，粘接后的结构近似于带状线，具有带状线无模式色散的特性；

进一步，所述盲槽内设置有裸露的用于传输信号的微带线以及裸露的用于传输控制电平以及焊接滤波电容的微带线，所述盲槽边缘与延迟移向单元，至少保留0.7mm间距；

进一步，所述内层电路的矩形与扇形高低阻抗线的线长、矩形边长、扇形半径均近似为四分之一个工作波长；内层电路中用于偏置的矩形高低阻抗线，矩形高低阻抗线的中心使用盲孔连接到微带板I的镀金面接地，内层电路中用于偏置的扇形高低阻抗线，高阻抗线与低阻抗线的结合部分通过微带线连接到多层微带板两端盲槽内的电极上；

进一步，所述内层电路的各延迟移向单元使用采用单刀双掷PIN开关、GaAs或者单片开关芯片进行控制，偏置使用负电压，以提高隔离度；

进一步，两位负电压控制电平是通过利用齐纳二极管、负电压产生芯片与反相器等来实现。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该制备工艺包括以下步骤：

步骤1：制作微带板I，其正面为微带电路，背面保留金属面；

步骤2：制作微带板II，其正面为裸露的介质层，背面为整块金属面，且留下对应位置的盲槽或者盲孔，其中，盲槽非金属化，盲孔金属化；

步骤3：微带板I和微带板II正面相向，用两块相同的半固化片进行粘接，应选择和微带板介电常数接近，且连接时不会流动的半固化片，并制作非金属化螺钉孔；

步骤4：对粘接后的多层微带板镀金，镀金位置包括多层微带板两面裸露的大片金属以及中间层露出的可焊接与键合的电极；

步骤5：对盲孔、盲槽和螺钉孔位置进行平滑处理，并对微带板边缘进行缩进处理，防止出现毛刺和短路；

步骤6：将成品的单片多层微带板结构电路板、控制电路模块、信号处理模块装配进已安装好接头的外壳内，完成整体装配。

本发明的有益效果是：

本发明的无色散延迟移相器成功填补了五位以上无色散延迟移相器的空白，相比现有的结构来说，具有小型化、高隔离度和低成本的优点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为数控延迟移相器原理图；

图2为多层微带板结构电路板示意图；

图3为本发明的单片多层微带板结构电路板俯视结构示意图；

图4为控制电路模块原理图；

图5为本发明的延迟移向器结构示意图；

图6为制备工艺原理框图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的延迟移向器包括了：（1）单片多层微带板结构电路板；（2）用于设置控制电路，将一位正电压控制电平转换成两位负电压控制电平的控制电路模块；（3）用于对信号进行包括程控衰减、放大、限幅在内的处理的信号处理模块；（4）用于安装上述的单片多层微带板结构电路板、控制电路模块和信号处理模块的壳体；（5）包括设置在外壳上的射频接头和数据接口的接头。

如图2及图3所示，单片多层微带板结构电路板是使用一块与微带板介电常数接近的半固化片，将两块微带板上下粘接成多层微带板；所述多层微带板的中间层，即位于下方的微带板与半固化片之间设置有内层电路，用于实现无色散延迟线功能，包含各延迟移向单元、矩形与扇形高低阻抗线偏置电路；本实施例中，该电路板是由两块微带板和两块厚0.08mm的半固化片叠加而成，两块微带板分别为微带板I和微带板II，微带板I的介质基片为一面镀金，一面设置微带电路，该处的微带电路也即前述的内层电路；微带板II的介质基片为一面镀金，一面无铜；所述微带板I的电路面与微带板II的无铜面通过半固化片粘接在一起，粘接后的结构近似于带状线，具有带状线无模式色散的特性，两块微带板可使用rogers5880基片做为介质基片，金属层厚度选择为0.035mm或0.018mm，需要露出电极的位置留有盲槽，此处用超声热压的方式装配PIN二极管；内层电路需要连接地的位置，考虑到半固化片的流动性以及表面镀金的整体工艺，没有使用穿孔，而是使用“盲孔”进行连接；两面裸露的大片镀金金属地，使用M2.5螺钉或者M2螺钉穿过整个电路板的横截面固定在外壳上，以实现良好接地，且考虑到镀金整体工艺，此处穿孔须非金属化。

多层微带板结构电路板内采用了6根单独的带状线延迟线，通过使用IE3D、ADS等电磁仿真软件得到最优结果，单根延迟线采用常规曲折形式的右手传输线结构，以更好的配合近似于带状线结构的实现，从而实现六根无色散延迟移向单元。

带状线内部对延迟线通路的选择，是通过偏置电路对PIN二极管的控制来选择的。偏置电路采用扇形和矩形的高低阻抗线，且均为带状线，并在近端开“盲槽”留下电极，用于焊接合适的电容以滤除电源杂波、线间耦合等干扰信号。用于低电位的高低阻抗线，使用“矩形”低阻抗线，便于开启“盲孔”接地。用于控制电位的高低阻抗线，使用“扇形”低阻抗线，半径为四分之一个工作波长，通过对线间耦合等的仿真验证以及对整体尺寸的控制。

如图4所示，控制电路模块由齐纳二极管、反相器、负电压转换芯片等器件和芯片构成，利用齐纳二极管击穿后的稳定反偏压、以及两位反相器其中一位输出与另外一位输入的连接、并利用负电压产生芯片产生的-5V电压，可以将一位+5V或者0V的控制电压转换成0V和-5V，或者-5V和0V的两位控制电压。

本发明的延迟移向器通过对电磁兼容性、密闭性、紧凑性、以及防形变等可靠性问题的精确设计与仿真，所得实物的整体尺寸可以控制在155mm*55mm*20mm以内，实现了六位无色散延迟移相器。相比以往级联两个无色散延迟移向器，体积与成本将减小一半，且成本可控，其外形结构如图5示意。

作为实例的六位无色散延迟移向器的多层微带板，其整体工艺流程在与生产厂商多次协商，且通过与现有工艺水平的多次验证后，得到如图6所示适合本发明的实例单片多层微带板工艺原理框图。

该制备工艺如下：

步骤1：制作微带板I，其正面为微带电路，背面保留金属面；

步骤2：制作微带板II，其正面为裸露的介质层，背面为整块金属面，且留下对应位置的盲槽或者盲孔，其中，盲槽非金属化，盲孔金属化；

步骤3：微带板I和微带板II正面相向，用两块相同的半固化片进行粘接，应选择和微带板介电常数接近，且连接时不会流动的半固化片，并制作非金属化螺钉孔；

步骤4：对粘接后的多层微带板镀金，镀金位置包括多层微带板两面裸露的大片金属以及中间层露出的可焊接与键合的电极，一般选择镀镍金，使用纯金会导致成本增加、厚度增加、整体工艺易产生短路等缺点；

步骤5：对盲孔、盲槽和螺钉孔位置进行平滑处理，并对微带板边缘进行缩进处理，防止出现毛刺和短路。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.无色散延迟移相器，其特征在于：包括

单片多层微带板结构电路板，所述单片多层微带板结构电路板是使用一块与微带板介电常数接近的半固化片，将两块微带板上下粘接成多层微带板；所述多层微带板的中间层，即位于下方的微带板与半固化片之间设置有内层电路，用于实现无色散延迟线功能，所述内层电路包含各延迟移向单元、矩形与扇形高低阻抗线偏置电路；

控制电路模块，用于设置控制电路，将一位正电压控制电平转换成两位负电压控制电平；

信号处理模块，用于对信号进行包括程控衰减、放大、限幅在内的处理；

壳体，用于安装上述的单片多层微带板结构电路板、控制电路模块和信号处理模块，壳体本身可以起到屏蔽电磁干扰的作用；

接头，包括设置在外壳上的射频接头和数据接口。

2.根据权利要求1所述的无色散延迟移相器，其特征在于：所述微带板上设置有非金属化穿孔的螺钉孔，通过非金属化螺钉连接电路板两面的镀金金属面，包括连接微带板与安装基板。

3.根据权利要求1或2所述的无色散延迟移相器，其特征在于：所述最上层微带板上设置有用于安装器件的盲槽。

4.根据权利要求1或2所述的无色散延迟移相器，其特征在于：所述内层电路需要焊接和键合的位置留有盲槽，接地部分用盲孔连接到地面。

5.根据权利要求1所述的无色散延迟移相器，其特征在于：单片多层微带板结构电路板包括两块微带板，分别为微带板I和微带板II，微带板I的介质基片为一面镀金，一面设置微带电路，该处的微带电路也即内层电路；所述微带板II的介质基片为一面镀金，一面无铜；所述微带板I的设置微带电路的电路面与微带板II的无铜面通过半固化片粘接在一起，粘接后的结构近似于带状线，具有带状线无模式色散的特性。

6.根据权利要求3所述的无色散延迟移相器，其特征在于：所述盲槽内设置有裸露的用于传输信号的微带线以及裸露的用于传输控制电平以及焊接滤波电容的微带线，所述盲槽边缘与延迟移向单元，至少保留0.7mm间距。

7.根据权利要求1或2所述的无色散延迟移相器，其特征在于：所述内层电路的矩形与扇形高低阻抗线的线长、矩形边长、扇形半径均近似为四分之一个工作波长；内层电路中用于偏置的矩形高低阻抗线，矩形高低阻抗线的中心使用盲孔连接到微带板I的镀金面接地，内层电路中用于偏置的扇形高低阻抗线，高阻抗线与低阻抗线的结合部分通过微带线连接到多层微带板两端盲槽内的电极上。

8.根据权利要求1所述的无色散延迟移相器，其特征在于：所述内层电路的各延迟移向单元使用采用单刀双掷PIN开关、GaAs或者单片开关芯片进行控制，偏置使用负电压，以提高隔离度。

9.根据权利要求1所述的无色散延迟移相器，其特征在于：两位负电压控制电平是通过利用齐纳二极管、负电压产生芯片与反相器来实现。

10.如权利要求1至9任一所述的无色散延迟移相器的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：制作微带板I，其正面为微带电路，背面保留金属面；

步骤2：制作微带板II，其正面为裸露的介质层，背面为整块金属面，且留下对应位置的盲槽或者盲孔，其中，盲槽非金属化，盲孔金属化；

步骤3：微带板I和微带板II正面相向，用两块相同的半固化片进行粘接，应选择和微带板介电常数接近，且连接时不会流动的半固化片，并制作非金属化螺钉孔；

步骤4：对粘接后的多层微带板镀金，镀金位置包括多层微带板两面裸露的大片金属以及中间层露出的可焊接与键合的电极；

步骤5：对盲孔、盲槽和螺钉孔位置进行平滑处理，并对微带板边缘进行缩进处理，防止出现毛刺和短路；

步骤6：将成品的单片多层微带板结构电路板、控制电路模块、信号处理模块装配进已安装好接头的外壳内，完成整体装配。

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