CN112290170B

CN112290170B - 一种具有可调谐电路的射频垂直过渡结构

Info

Publication number: CN112290170B
Application number: CN202011061926.3A
Authority: CN
Inventors: 王帅; 吴辰炜; 李曦
Original assignee: Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
Current assignee: Leihua Electronic Technology Research Institute Aviation Industry Corp of China
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: CN112290170A

Abstract

本申请属于射频微波技术领域，具体涉及一种具有可调谐电路的射频垂直过渡结构。该结构包括PCB板及在PCB板上开设的用于安装射频连接器的通孔，所述通孔内壁设置有与所述射频连接器电连接的金属连接层，所述金属连接层沿垂直于所述通孔轴线的方向向所述PCB板的内部延伸，并电连接设置在所述PCB板内的用于传输信号的带状线，所述PCB板的板面上在所述通孔周侧设置有多个焊盘，所述焊盘选择性的与安装在所述通孔内的射频连接器连接。本申请能够充分调节射频芯片的一致性误差，保证端口驻波可调，提高了电路的稳定性。

Description

一种具有可调谐电路的射频垂直过渡结构

技术领域

本申请属于射频微波技术领域，特别涉及一种具有可调谐电路的射频垂直过渡结构。

背景技术

在当代的瓦片式TR组件设计中，多通道小型化瓦片式TR组件已是一种趋势，此类组件大都采用了新型电子封装与新型多功能芯片等方法，组件通道数目越来越多，集成度越来越高，复杂度也越来越大。TR组件的可调试空间越来越小，在研发与生产中出现的自激振荡风险越来越大，平坦度杂散驻波等技术指标很难兼顾，因为组件通道数的增加导致生产中部分通道一致性较差问题越来越难以解决，生产效率与良品率较低且难以调试。

在研发与生产过程中为了提高TR组件电路的稳定性与可靠性，通常通过以下几种方法实现。

1)将TR组件的高增益区域如多功能芯片与功放芯片区域分别加隔墙，通过隔墙来降低不同增益芯片的空间耦合度，并在盖板上贴吸波材料，从而提高电路的稳定性。

2)在两个高增益芯片之间加可调衰减器，当电路出现自激等不稳定的现象时，通过增大衰减值来实现电路稳定性的提高。

3)通过增大芯片间距，在较大的间距内添加调谐块来达到调节射频匹配，从而避免芯片间的耦合与相互干扰，在射频输出口采用环形器的形式来降低组件与天线端口阻抗不匹配带来的影响。

4)为了提高组件的平坦度或者与天线间的匹配问题，通过在天线口贴铟等形式来解决。

5)对生产中出现的某个通道自激，平坦度不好，高低温下无法满足指标要求情况，在大量尝试调试无果后经常采用换芯片的方式来解决。

第一种方法随着TR组件的小型化发展，越来越难以实施，已经很难在本就空间不足与狭小的空间再做腔体分割。同时，腔体分割也带来了隔墙壁高较高导致芯片不好键合的情况。在盖板上加吸波材料是调试与生产过程中的常用方法，但弊端也很明显，粘贴的吸波材料占用了腔体空间，使用过程中随着组件环境的变化与工作年限的增加，吸波材料也非常容易出现脱落的现象。

第二种方法通过牺牲增益来提高电路的稳定性，在低温条件下，组件的增益会增大，在常温下通过牺牲增益换取的电路稳定性在低温下任然很有可能出现自激等不稳定的现象。

第三种方法很难满足TR组件的小型化要求，已经很难用于多通道小型化的TR组件中。而且芯片间距设置过大也带来了电路损耗的增加。环形器的使用可以在一定程度上避免天线端口驻波不好引起电磁波反射灌入发射通道，但环形器高度较高，不适用于对高度要求较小的TR组件，而且环形器的引入只是相当于将反射波引入非发射路径，在大多数情况下并不能从根本上解决引起自激现象的本质性问题。

第四种方法仅仅适用于调试阶段，生产阶段无法使用，且铟的引入会给组件内部增加多余物，在振动情况下易脱落，增大了组件的潜在风险。

第五种方法提高了生产成本，且因为某个通道的返工导致整个组件的工艺流程未按照原有预设流程走完，出现了逆温度梯度等工艺过程，组件的可靠性便会降低。

不仅如此，从理论上来说，第一种方法仅仅能解决TR组件中的腔体耦合导致的稳定性问题，但实际使用中不同腔体间的射频芯片通过微带线或带状线连接，即便两个腔体全部密封，电磁波仍然可以通过微带线耦合进入前级与后级腔体内部。

第二种方法与第三种方法虽然通过射频传输线链路来调节稳定性问题，但均牺牲了其他指标或未能从根本上解决TR组件的稳定性问题。

发明内容

针对现有方案存在的不足，本申请在现有瓦片组件的基础上，采用射频端口电路匹配可调的方法，提高电路的可靠性、有效性与功能性，提高生产过程中的良品率并降低返修率。

本申请具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，包括PCB板及在PCB板上开设的用于安装射频连接器的通孔，所述通孔内壁设置有与所述射频连接器电连接的金属连接层，所述金属连接层沿垂直于所述通孔轴线的方向向所述PCB板的内部延伸，并电连接设置在所述PCB板内的用于传输信号的带状线，所述PCB板的板面上在所述通孔周侧设置有多个焊盘，所述焊盘选择性的与安装在所述通孔内的射频连接器连接。

优选的是，所述PCB板的上下表面设置有金属屏蔽层。

优选的是，所述焊盘沿所述通孔周侧均匀布置。

优选的是，所述焊盘包括6-10个。

优选的是，所述焊盘与所述射频连接器通过金丝键合或金带连接。

优选的是，通过仿真或测试验证确定金丝键合的根数、长度以及高度，实现电感调谐。

在现有技术基础上，本申请采用了可调焊盘到带状线过渡结构，该结构主要由射频可调焊盘，同轴到带状线过渡，带状线结构三部分组成。首先在三维电磁仿真软件中对该结构进行初步仿真，保证其传输性能优良。在顶部焊盘外围敷设多个调谐匹配块(也可以根据仿真结果修改调配块尺寸与数量)。仿真模型中通过金丝模拟连接的方式来对比不同调配块与中心焊盘连接时该电路结构引起端口的驻波特性变化，通过对调配块的尺寸与面积的设计从而实现顶部焊盘面积可调，从而使过渡结构的电容特性发生变化，通过调节金丝的长度与弧度来改变该射频传输的电感特性，使射频电路具有在斯密斯原图上的正反双向可调性，从而保证该可调谐结构具有非常强的适用性与适用范围。

本申请能够充分调节射频芯片的一致性误差，保证端口驻波可调，提高了电路的稳定性。

附图说明

图1是现有的微带同轴过渡结构示意图。

图2是本申请具有可调谐电路的射频垂直过渡结构的一优选实施例的主视图。

图3是本申请图2所示实施例的俯视图。

其中，10-PCB板，20-金属连接层，30-带状线，40-焊盘，50-射频连接器，60-金属屏蔽层，1-6为多个焊盘编号。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

现有常规的瓦片式TR组件天线口与接收COM口通常采用同轴到微带线的过渡方式来实现。如图1所示，该结构无法调谐，没有预留可调的手段与方法。

本申请提供了一种具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，如图2-图3所示，主要包括PCB板10及在PCB板上开设的用于安装射频连接器50的通孔，所述通孔内壁设置有与所述射频连接器电连接的金属连接层20，所述金属连接层沿垂直于所述通孔轴线的方向向所述PCB板的内部延伸，并电连接设置在所述PCB板内的用于传输信号的带状线30，所述PCB板的板面上在所述通孔周侧设置有多个焊盘40，所述焊盘选择性的与安装在所述通孔内的射频连接器连接。

在一些可选实施方式中，所述PCB板的上下表面设置有金属屏蔽层60。

在一些可选实施方式中，如图3所示，所述焊盘沿所述通孔周侧均匀布置。

在一些可选实施方式中，所述焊盘包括6-10个。

在一些可选实施方式中，所述焊盘与所述射频连接器通过金丝键合或金带连接。

在一些可选实施方式中，通过仿真或测试验证确定金丝键合的根数、长度以及高度，实现电感调谐。

本发明由射频可调焊盘，同轴到带状线过渡结构，带状线组成,如图2，图3所示。首先通过在电磁仿真软件中对该结构进行三维仿真，从而确定匹配调配块的面积与数量，如示意图图3中设置了六块可调焊盘结构。

在调试与生产阶段，可以将可调谐块(图3中1-6号下方部分为调谐块)通过金丝键合或金带连接，金丝键合的根数与长度以及高度实现电感调谐，编号为1-6的射频调配块在电路中起到了电容的作用，通过类比LC谐振电路原理，通过增加调配块个数可以提高电容C从而使谐振频率减小，通过抬高金丝高度或者增大金丝键合长度，从而提高电感L,从而使谐振频率降低。在调节LC的同时，射频信号在斯密斯圆图的状态也会发生变化，此调谐电路可以改变平坦度，增益，带宽等特性，从而在实现了在射频传输线上直接对TR组件通道中射频特性进行调节。在不改变电路原有架构的前提下，使整个TR组件在调试与生产过程中具备很大的灵活性与适用性，提高了可靠性与有效性，降低了生产成本。

本申请可应用于电磁场与微波技术领域，相比于现有结构具有多种优点：

1)现在片式TR组件对小型化与尺寸的要求越来越高，对性能的要求也未削减，此结构在研发阶段，具有很大的可调性，能够充分调节射频芯片的一致性误差，保证端口驻波可调，提高电路的稳定性，使组件可以成为多用的形态。

2)调节TR组件的输出功率与效率以及平坦度等问题，相比于传统结构，该调谐结构通过对射频匹配的调节，可以改变组件射频的谐振中心频点，从而改变电路的最大输出功率点来实现功率与平坦度可调，解决了因无源结构过渡带来的平坦度恶化，无法达到指标又处可调谐与优化的情形。

3)提高生产阶段组件成品率，降低生产成本与不合格率，在生产阶段，随着TR组件的通道数越来越多，一个TR组件通常包含10只以上的通道，通道间因位置关系不同，施工工艺一致性不同，很容易出现一只10通道以上的组件，因为其中某一只的工作状态问题而导致整只组件不能正常工作从而无法交付使用，采用此可调谐过渡电路形式可以很好地解决这种问题，保证组件不会因为芯片本身一致性自然离散(一般为10％)而导致整个组件指标无法满足的情况。

4)因为采用同轴到带状线过渡结构，使电路板中的微带线面积裸露较少，降低了通道间通过微带线耦合的风险，这也能在一定程度上提高电路的稳定性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，其特征在于，包括PCB板（10）及在PCB板上开设的用于安装射频连接器（50）的通孔，所述PCB板（10）内设置有金属连接层（20），金属连接层（20）在所述通孔内壁处与所述射频连接器电连接，所述金属连接层沿垂直于所述通孔轴线的方向向所述PCB板的内部延伸，并电连接设置在所述PCB板内的用于传输信号的带状线（30），所述PCB板的板面上在所述通孔周侧设置有多个焊盘（40），所述焊盘与安装在所述通孔内的射频连接器连接。

2.如权利要求1所述的具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，其特征在于，所述PCB板的上下表面设置有金属屏蔽层（60）。

3.如权利要求1所述的具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，其特征在于，所述焊盘沿所述通孔周侧均匀布置。

4.如权利要求1所述的具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，其特征在于，所述焊盘个数为6-10个。

5.如权利要求1所述的具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，其特征在于，所述焊盘与所述射频连接器通过金丝键合或金带连接。

6.如权利要求5所述的具有可调谐电路的射频垂直过渡结构，其特征在于，通过仿真或测试实现电感调谐，包括：

通过增加所述焊盘的调配块个数提高电容C从而使谐振频率减小；

通过抬高金丝高度或者增大金丝键合长度，从而提高电感L，使谐振频率降低。