CN111277297A - 阻抗匹配结构以及射频装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于无线通讯技术领域，提供了一种阻抗匹配结构以及射频装置，该阻抗匹配结构形成于具有射频链路的电路板上，包括：信号焊盘，用于连接同轴导波结构的信号线；第一匹配部，与信号焊盘连接，且第一匹配部呈渐变状；开路枝节，包括第二匹配部，第二匹配部连接于信号焊盘背离第一匹配部的一端且呈渐变状；以及至少一个接地焊盘，用于连接所述同轴导波结构的接地层；通过第一匹配部和开路枝节的配合能够使得同轴导波结构与射频链路之间连接的阻抗匹配更佳，减少信号反射，提高工作频段窗口值；并且，该阻抗匹配结构形成于电路板上，能够降低制造、装配的复杂性和成本。

Description

阻抗匹配结构以及射频装置

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，特别涉及一种阻抗匹配结构以及射频装置。

背景技术

对于无线终端产品来说，其天线跟PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)上的射频链路的微带线之间需要通过同轴线进行连接。因此为了保证射频信号的正常传输，同轴线和微带线之间需要引入一些转换结构，例如同轴线焊盘和同轴线连接器。常见的同轴线-微带线过渡结构如图1所示。同轴线001的内导体焊接在信号焊盘002上后与微带线003相连，同轴线001的外导体焊接在接地焊盘。并且同轴线001与微带线003共处在同一直线上。这种方法成本低廉，但是在当频率升高时端口的反射系数恶化比较迅速，工作频段的窗口值小。

中国专利CN201810847964.8提出了一种阻抗匹配结构，在PCB上贴装IPEX连接器，同轴线经过IPEX接口与微带线相连接，同时在IPEX连接器与射频链路的微带线之间加载开路枝节，以改善IPEX连接器引入的阻抗失配。这种方法虽然简单，但是相比于焊接同轴线的方法引入了额外的物料成本，且整体的尺寸偏大。

中国专利CN201710445723.6提出了一种同轴微带转换器，同轴线内芯穿过介质基片与微带线相连接，连接点处加载一段四分之一波长的短路线和一个过渡腔，改善了端口驻波性能。由于需要加载一段四分之一波长的短路线，因此该结构的整体尺寸偏大，不适用于小型的通信终端产品。

中国专利CN201510350394.8提出了一种垂直型同轴-微带转换电路，在微带线互连端侧面增加射频侧地，并用金带连接同轴线内导体和微带线。这种方法装配上比较复杂，成本较高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种阻抗匹配结构，旨在解决现有同轴线-微带线过渡转换结构的工作频段窗口值小，高频处阻抗失配严重，以及装配复杂、成本高的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种阻抗匹配结构，形成于具有射频链路的电路板上，所述阻抗匹配结构包括：

信号焊盘，用于连接同轴导波结构的信号线；

第一匹配部，与所述信号焊盘连接，且所述第一匹配部由与所述信号焊盘连接的一端至远离所述信号焊盘的一端呈渐变状；所述第一匹配部远离所述信号焊盘的一端用于连接所述射频链路；

开路枝节，包括第二匹配部，所述第二匹配部连接于所述信号焊盘背离所述第一匹配部的一端，且所述第二匹配部由与所述信号焊盘连接的一端至远离所述信号焊盘的一端呈渐变状；以及

至少一个接地焊盘，用于连接所述同轴导波结构的接地层。

在一个实施例中，所述第一匹配部呈梯形，且所述第一匹配部的下底连接于所述信号焊盘；和/或

所述第二匹配部呈梯形，且所述第二匹配部的下底连接于所述信号焊盘。

在一个实施例中，所述开路枝节还包括微带短截线，所述微带短截线连接于所述第二匹配部背离所述信号焊盘的一端，且所述微带短截线与所述第二匹配部相互连接处的尺寸相匹配。

在一个实施例中，所述开路枝节还包括补偿部，所述补偿部连接于所述微带短截线远离所述第二匹配部的一端，且所述补偿部至所述微带短截线的连线方向与所述第一匹配部至所述射频链路的连线方向之间的夹角大于90°。

在一个实施例中，所述补偿部至所述微带短截线的连线方向与所述第一匹配部至所述射频链路的连线方向之间的夹角为180°。

在一个实施例中，所述补偿部呈椭圆形、圆形或多边形，且，所述补偿部的宽度大于所述微带短截线的宽度。

在一个实施例中，所述开路枝节的长度为0.03λ₀±0.01λ₀，其中，所述λ₀为自由空间波长。

在一个实施例中，所述信号焊盘、所述第一匹配部和所述第二匹配部均由所述电路板的表层铜箔形成，且所述表层铜箔上至少对应所述信号焊盘、所述第一匹配部和所述第二匹配部的周围设有禁铺区域；所述电路板的其他铜箔上设有至少对应所述信号焊盘的开窗区域。

本发明的另一目的在于提供一种射频装置，包括形成于电路板上的射频链路，以及上述各实施例所说的阻抗匹配结构。

在一个实施例中，所述同轴导波结构至所述信号焊盘的连线方向与所述第一匹配部至所述射频链路的连线方向之间的夹角为45°～135°。

本发明实施例提供的阻抗匹配结构以及射频装置的有益效果在于：

该阻抗匹配结构包括与信号焊盘的相对两端分别连接的第一匹配部和开路枝节，其中第一匹配部与开路枝节中的第二匹配部均呈渐变状，第一匹配部和开路枝节均能够改善射频链路的两端之间连接的阻抗匹配，进而，通过第一匹配部和开路枝节的配合能够使得同轴线与射频链路之间的阻抗匹配更佳，减少信号反射，提高工作频段窗口值；并且，该阻抗匹配结构形成于电路板上，能够降低制造、装配的复杂性和成本；具有该阻抗匹配结构的射频装置，同轴导波结构与射频链路之间阻抗匹配性能良好，工作频段窗口值高，且制造、装配更简便、成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的同轴线-微带线过渡结构示意图；

图2是本发明实施例提供的阻抗匹配结构应用于双层电路板的正面结构示意图；

图3是图2所示阻抗匹配结构的立体分解图；

图4是图2所示阻抗匹配结构与同轴线的连接示意图；

图5是本发明实施例提供的阻抗匹配结构应用于四层电路板的正面结构示意图；

图6是图5所示阻抗匹配结构的立体分解图；

图7是本发明实施例提供的阻抗匹配结构的等效电路图；

图8是本发明实施例提供的阻抗匹配结构的反射系数和插入损耗曲线图。

图中标记的含义为：

001-同轴线，002-信号焊盘,003-微带线；

100-阻抗匹配结构，1-信号焊盘，2-第一匹配部，3-开路枝节，31-第二匹配部，32-微带短截线，33-补偿部，4-接地焊盘，5-电路板，51-铜箔，510-禁铺区域，511、511’-开窗区域，52-介质层，6-同轴线，61-内导体，62-外导体，7-微带线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图2和图5，本发明实施例首先提供一种阻抗匹配结构100，其形成在具有射频电路(未图示)的电路板5(请结合参考图3和图6)上。该阻抗匹配结构100可用于连接在天线端和射频链路之间，以匹配于天线端和射频链路之间的连接阻抗，使得由天线端至射频端的阻抗连续变化，减少射频链路上的信号的反射和损耗；还可以用于连接在测试设备和射频链路之间，以匹配测试设备到射频链路之间的连接阻抗，便于对射频链路进行测试。

具体地，如图2和图5所示，该阻抗匹配结构100包括信号焊盘1、第一匹配部2、开路枝节3，以及至少一个接地焊盘4。其中，信号焊盘1用于连接同轴导波结构的信号线；第一匹配部2与信号焊盘1连接，且第一匹配部2由与信号焊盘1连接的一端至远离信号焊盘1的一端呈渐变状，第一匹配部2远离信号焊盘1的一端用于连接射频链路，从而，第一匹配部2的特征阻抗由信号焊盘1至射频链路是渐变的；开路枝节3包括第二匹配部31，第二匹配部31连接于信号焊盘1背离第一匹配部2的一端，且第二匹配部31由与信号焊盘1连接的一端至远离信号焊盘1的一端呈渐变状，从而，第二匹配部31提供了连续的特征阻抗，能够进一步改善同轴导波结构至射频链路之间的阻抗匹配；接地焊盘4与信号焊盘1、第一匹配部2和开路枝节3均间隔设置而不连接，接地焊盘4用于连接同轴导波结构的接地层，以将同轴导波结构接地。

具体地，同轴导波结构可包括同轴线6(请结合参阅图4)或者射频探针(未图示)，同轴导波结构的信号线为同轴线6的内导体61或者是射频探针中的测试探针，同轴导波结构的接地层为同轴线6的外导体62或者是射频探针中的接地探针。

因此，信号焊盘1可通过同轴线6的内导体61来与天线端连接，内导体61的一端焊接在信号焊盘1上，内导体61的另一端连接天线端，同轴线6的外导体62则焊接在接地焊盘4；或者，信号焊盘1可通过同轴线6的内导体61或者射频探针中的测试探针来连接测试设备，同轴线6的外导体62或者射频探针中的接地探针则连接接地焊盘4。

本发明实施例提供的阻抗匹配结构100，其包括与信号焊盘1的相对两端分别连接的第一匹配部2和开路枝节3，其中第一匹配部2与开路枝节3中的第二匹配部31均呈渐变状，第一匹配部2和第二匹配部31均能够改善同轴导波结构至射频链路之间连接的阻抗匹配，进而，通过第一匹配部2和开路枝节3的配合能够使得同轴导波结构至射频链路之间连接的阻抗匹配性能更佳，减少信号反射，提高工作频段的窗口值；并且，该阻抗匹配结构100形成于电路板5上，能够降低其制造的复杂性和成本，以及与射频链路之间装配的复杂性和成本。

在具体应用中，第一匹配部2可通过微带线7连接射频链路，如图4所示。根据本发明的一个实施例，如图2和图5所示，第一匹配部2呈梯形，该梯形的上底连接于微带线7，该梯形的下底连接于信号焊盘1。如此，第一匹配部2在微带线7与信号焊盘1之间提供了连续变化的特征阻抗。在具体应用中，第一匹配部2的尺寸，包括其上底、下底以及高度，根据具体需要(如匹配于微带线7的阻值为50欧或者75欧，或者是其他数值等)和仿真结果进行确定。

进一步地，如图2和图5所示，根据本发明的一个实施例，第二匹配部31也成梯形，该梯形的下底连接于信号焊盘1。如此，第二匹配部31也提供了连续变化的特征阻抗。在具体应用中，第二匹配部31的尺寸，包括其上底、下底以及高度，根据具体需要和仿真结果进行确定。

信号焊盘1的形式不限，以能够连接上述的同轴导波结构为宜。例如图1所示，信号焊盘1可为矩形，具体可以是正方形或者长方形；当然，不限于此，信号焊盘1还可以是其他多边形，或者圆形、椭圆形甚至其他不规则的曲边封闭状等等形式。这根据具体需要进行设置。

请继续参阅图2和图5，根据本发明的一个实施例，该开路枝节3还包括微带短截线32，微带短截线32连接于第二匹配部31背离信号焊盘1的一端，也即连接于第二匹配部31的梯形的上底，且微带短截线32与第二匹配部31的相互连接处的尺寸相适应，以使得由第二匹配部31至微带短截线32的阻抗连续变化，避免阻抗的变化不连续性。通过微带短截线32的设置，可以进一步调整该开路枝节3的特征阻抗，以使其匹配于天线端和射频链路之间。在具体应用中，微带短截线32的尺寸，包括其长度和宽度，根据具体需要和仿真结果进行确定。

进一步地，请参与图2和图5，根据本发明的一个实施例，该开路枝节3还包括补偿部33，补偿部33连接于微带短截线32远离第二匹配部31的一端，且补偿部33至微带短截线32的连线方向与第一匹配部2至射频链路的连线方向之间的夹角为钝角或平角，也即，补偿部33至微带短截线32的连线方向与微带线7的延伸方向之间的夹角大于90°，例如，补偿部33至微带短截线32的连线方向与微带线7的延伸方向可以位于同一条直线上或者是二者之间成钝角。这样的好处是，能够减少微带短截线32和补偿部33与微带线7之间的阻抗失配，改善阻抗匹配。

可选地，补偿部33至微带短截线32的连线方向与微带线7的延伸方向之间位于同一条直线上而呈180°，也即补偿部33和微带短截线32沿着与微带线7平行且相反的方向延伸。这样的好处是，微带短截线32和补偿部33的形成和设置可以更方便。

补偿部33的形式不限，可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形，或者任何其他可用的多边形形式等。其中，补偿部33的宽度设置为大于微带短截线32的宽度。这样的好处是，补偿部33能够引入足够强的电感效应，从而引入足够的感性补偿，进而能够补偿微带线7和天线端之间本身的容性阻抗。

基于以上设置，该开路枝节3通过补偿部33、微带短截线32和第二匹配部31来改善天线端或测试设备与射频链路之间的阻抗匹配，其尺寸能够设置地较小，从而，该开路枝节3具有小的长度，该阻抗匹配结构100整体也可以较小。根据本发明的一个实施例，该开路枝节3的长度，也即补偿部33至第二匹配部31的总长度为0.03λ₀±0.01λ₀，其中，λ₀为自由空间波长。可以理解的是，λ₀＝c/f，其中，c为光速，f为工作频率。

根据本发明的一个实施例，如图2和图5所示，所说的电路板5为多层电路板。信号焊盘1、第一匹配部2、第二匹配部31、接地焊盘4以及补偿部33均由该多层电路板的表层的铜箔51形成，且表层的铜箔51上对应信号焊盘1、第一匹配部2、第二匹配部31以及补偿部33的周围形成禁铺区域510。禁铺区域510的形状适应于信号焊盘1、第一匹配部2、第二匹配部31和补偿部33，这里，对禁铺区域510的设置形式不作特别限制。

该多层电路板的其他铜箔51作为地，与表层铜箔51上的接地焊盘4连接，且该多层电路板的其他铜箔51上设有至少对应信号焊盘1的开窗区域511，如图2和图5所示。

如图3所示，在一个实施例中，该多层电路板为双层电路板，双层电路板包括表层铜箔51、底层铜箔51以及夹设于二者之间的介质层52。该双层电路板的底层铜箔51上的开窗区域511在表层铜箔51上的投影至少包含信号焊盘1。可选地，如图2所示，该双层电路板的底层铜箔51上的开窗区域511在表层铜箔51上的投影至少覆盖于禁铺区域510的边缘，例如呈矩形。

如图6所示，在一个实施例中，该多层电路板为四层以上电路板，该四层以上电路板包括表层铜箔51、底层铜箔51、位于二者之间的至少两个中间铜箔51，以及分别设于表层铜箔51与中间铜箔51之间、相邻两层中间铜箔51之间、中间铜箔51与底层铜箔51之间的介质层52。该四层以上电路板的底层铜箔51和中间铜箔51上的开窗区域511在表层铜箔51上的投影至少包含信号焊盘1。

可选地，如图5和图6所示，该四层以上电路板的底层铜箔51上的开窗区域511’在表层铜箔51上的投影至少覆盖于禁铺区域510的边缘，例如呈矩形。且，该四层以上电路板5的中间铜箔51上开窗区域511’在表层铜箔51上的投影至少覆盖于信号焊盘1、第一匹配部2以及开路枝节3的周围。该四层以上电路板的底层铜箔51开窗区域511’在表层铜箔51上的投影至少覆盖于禁铺区域510的边缘，例如呈矩形。

这样的好处是，该阻抗匹配结构100可以方便地适应于不同层数的电路板5，只需设计好表层铜箔51、底层铜箔51以及中间层铜箔51的形状即可，大大降低工程师的设计难度以及制造复杂度。

接地焊盘4的数量和形式不限，以能够适应同轴线6或射频探针的使用为宜。例如，接地焊盘4的数量可以为一个，用于与同轴线6的外导体62连接。或者，在其他可选实施例中，接地焊盘4的数量为多个，如四个或者五个等，用于与具有对应数量接地探针的射频探针压接；此外，多个接地焊盘4中可以至少两个相邻的接地焊盘4相互连接，这并不对接地焊盘4的接地产生实质影响，只需能够与射频探针适配即可，对此不作限制。

本发明实施例的另一目的在于提供一种射频装置，包括上述各实施例所说的阻抗匹配结构100，以及与该阻抗匹配结构100连接的射频链路。

本发明实施例提供的射频装置，其电路板5上形成有上述各实施例的阻抗匹配结构100，能够改善射频链路与同轴导波结构之间的阻抗匹配，减少信号的反射，该射频装置具有高的工作频段窗口值，且其制造、装配更简便、成本也较低。

所说的同轴导波结构包括同轴线6或者是射频探针。同轴导波结构的信号线为同轴线6的内导体61或者是射频探针中的测试探针，同轴导波结构的接地层为同轴线6的外导体62或者是射频探针中的接地探针。

根据以上所述，在一个实施例中，如图4所示，信号焊盘1与天线端之间可以通过同轴线6连接，其中，同轴线6的内导体61的一端与信号焊盘1焊接连接，同轴线6的内导体61的另一端则与天线端连接，同轴线6的外导体62与接地焊盘4焊接连接。或者，信号焊盘1与测试设备之间可以通过同轴线6或者射频探针连接，其中，同轴线6的内导体61或者射频探针中的测试探针与信号焊盘1连接，同轴线6的外导体62或者射频探针中的接地探针与接地焊盘4连接。

根据以上所述，在一个实施例中，第一匹配部2与射频链路之间通过微带线7连接。微带线7的阻抗值根据具体的需要进行设置，例如，可以是50欧、75欧，或者是其他所需的数值，对此不作限制。

根据本发明的一个实施例，该阻抗匹配结构100形成于电路板5上，因此，第一匹配部2、第二匹配部31和补偿部33位于同一平面上。天线端、同轴导波解结构至信号焊盘1的连线方向与第一匹配部2至射频链路的连线方向之间具有一定的夹角。可选地，该夹角为45°～135°，也即，同轴线6的连接方向(或者射频探针的连接方向)与微带线7的延伸方向之间的夹角为45°～135°。这样，相当于在同轴线6(或射频探针)和微带线7的连接处额外引入了一次反射，通过两次反射信号的相互抵消，实现了阻抗匹配的改善。

进一步可选地，同轴线6的连接方向(或者射频探针的连接方向)与微带线7的延伸方向之间夹角为90°，也即，同轴线6以垂直于微带线7的方式焊接至信号焊盘1和接地焊盘4(或者射频探针以垂直于微带线7的方式分别连接至信号焊盘1和接地焊盘4)。

以信号焊盘1与天线端之间通过微带线7连接，且微带线7的阻值为50欧为例，本发明实施例提供的阻抗匹配结构100可等效为图7的电路图。其中Z₀表示50欧的微带线7的特征阻抗，Z_L表示同轴线6的阻抗。本发明实施例的阻抗结构相当于在射频链路与天线端之间加载一段电长度为l₁、特征阻抗为Z₀₁的开路传输线(对应于第二匹配部31+微带短截线32+补偿部33形成的开路枝节3)，以及一个串联的电感L(对应于补偿贴片和同轴线6相垂直设置而引入的感性补偿)，使得同轴线6至阻抗匹配结构100的输入阻抗可以匹配到50欧的微带线7上。即体现为，提高了电路中的电感效应，补偿了不连续电容，使电路整体呈现中性。

进一步地，请参阅图8，经仿真模拟，本发明实施例提供的阻抗匹配结构100使得该射频装置在2GHz～6GHz的频段内的损耗都可以小于-25dB(图8中，S(1,1)表示50Ω微带线7处的反射系数，S(2,2)表示同轴线6的反射系数)，工作频段的窗口值比较大，特别是在高频处的阻抗匹配性能比较优秀。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻抗匹配结构，其特征在于，形成于具有射频链路的电路板上，所述阻抗匹配结构包括：

信号焊盘，用于连接同轴导波结构的信号线；

第一匹配部，与所述信号焊盘连接，且所述第一匹配部由与所述信号焊盘连接的一端至远离所述信号焊盘的一端呈渐变状；所述第一匹配部远离所述信号焊盘的一端用于连接所述射频链路；

开路枝节，包括第二匹配部，所述第二匹配部连接于所述信号焊盘背离所述第一匹配部的一端，且所述第二匹配部由与所述信号焊盘连接的一端至远离所述信号焊盘的一端呈渐变状；以及

至少一个接地焊盘，用于连接所述同轴导波结构的接地层。

2.如权利要求1所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述第一匹配部呈梯形，且所述第一匹配部的下底连接于所述信号焊盘；和/或

所述第二匹配部呈梯形，且所述第二匹配部的下底连接于所述信号焊盘。

3.如权利要求1所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述开路枝节还包括微带短截线，所述微带短截线连接于所述第二匹配部背离所述信号焊盘的一端，且所述微带短截线与所述第二匹配部相互连接处的尺寸相匹配。

4.如权利要求3所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述开路枝节还包括补偿部，所述补偿部连接于所述微带短截线远离所述第二匹配部的一端，且所述补偿部至所述微带短截线的连线方向与所述第一匹配部至所述射频链路的连线方向之间的夹角大于90°。

5.如权利要求4所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述补偿部至所述微带短截线的连线方向与所述第一匹配部至所述射频链路的连线方向之间的夹角为180°。

6.如权利要求4所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述补偿部呈椭圆形、圆形或多边形，且，所述补偿部的宽度大于所述微带短截线的宽度。

7.如权利要求1至5中任一项所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述开路枝节的长度为0.03λ₀±0.01λ₀，其中，所述λ₀为自由空间波长。

8.如权利要求1至5中任一项所述的阻抗匹配结构，其特征在于，所述信号焊盘、所述第一匹配部和所述第二匹配部均由所述电路板的表层铜箔形成，且所述表层铜箔上至少对应所述信号焊盘、所述第一匹配部和所述第二匹配部的周围设有禁铺区域；所述电路板的其他铜箔上设有至少对应所述信号焊盘的开窗区域。

9.一种射频装置，其特征在于，包括形成于电路板上的射频链路，以及如权利要求1至8中任一项所述的阻抗匹配结构。

10.如权利要求9所述的射频装置，其特征在于，所述同轴导波结构至所述信号焊盘的连线方向与所述第一匹配部至所述射频链路的连线方向之间的夹角为45°～135°。

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