CN113163579A - 一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质集成悬置线的过渡结构，每层介质层正反两面都设有金属层；第一层介质层上设有用于放置芯片的第一孔；第二层介质层上设有第二孔；第三层介质层上设有用于在K波段进行宽带传输的过渡结构，过渡结构由介质集成悬置线到带状线到接地共面波导的三段传输线结构构成；第四层介质层上设有连接第三层介质层外围偏置电路的导线；第五层介质层为介质集成悬置线的盖板；本发明的有益效果为实现了在K波段内宽带传输的过渡结构，有利于介质集成悬置线与其他平面传输线电路的互连和K波段介质集成悬置线相关电路的测试连接；具有良好的电磁屏蔽特性，减小了电路的损耗；对芯片进行更改使用的时候，无需重新设计电路进行匹配。

Description

一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块
技术领域
本发明涉及射频微波电路技术领域，尤其涉及一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块。
背景技术
介质集成悬置线是一种新型的传输线，它在继承传统悬置线优良特性的基础上克服了传统波导悬置线电路加工成本高、装配复杂、结构不紧凑、兼容性不佳等缺点。但是一方面，介质集成悬置线在无源器件和电路上的设计较多，在有源电路以及宽带高频的设计较少；另一方面，在毫米波频段附近的介质集成悬置线的过渡研究也较少，限制了它的发展以及应用。
随着射频微波电路的发展，各个微波频段被广泛利用，其中K波段在5G时代，是潜力极大的频段，近年来主要应用于卫星之间的通讯、短距离的测速以及车载雷达系统中，同时也对电路的损耗、体积、集成度方面提出了越来越高的要求，功率放大器是通信系统中的关键性器件，对传输线的功率容量和损耗等有一定的要求，其通常集成在微带或者共面波导等传输线中，但是这些传输线应用于高频或者宽带时，通常会带来较大的损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块，通过在第三层介质层上设置过渡结构，实现了介质集成悬置线在K波段内的宽带传输，且有利于介质集成悬置线与其他平面传输线电路的互连集成和K波段介质集成悬置线相关电路的测试连接，并将放大器芯片集成在所述介质集成悬置线中，减少了集成模块使用的损耗。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于介质集成悬置线的过渡结构，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台由从上至下的五层介质层构成；每层介质层正反两面都设有金属层；
第一层介质层上设有用于放置芯片的第一孔；
第二层介质层上设有用于形成所述第一层介质层与第三层介质层之间的空气腔的第二孔；
第三层介质层上设有用于在K波段进行宽带传输的过渡结构，所述过渡结构由介质集成悬置线到带状线到接地共面波导的三段传输线结构构成；
第四层介质层上设有用于连接所述第三层介质层上外围偏置电路的金属线；
第五层介质层为介质集成悬置线的盖板，用于屏蔽电磁环境，稳定电路结构。
优选地，所述每层介质层均设有金属通孔与铆钉孔，所述第二层介质层上设置的金属通孔与所述第四层介质层上设置的金属通孔均接地连接，所述铆钉孔用于将所述介质层之间进行铆接。
优选地，所述第一层介质层、所述第二层介质层、所述第三层介质层、所述第四层介质层以及所述第五层介质层依次采用Fr4、Fr4、Rogers5880、Fr4、Fr4材料构成。
介质层的材料不限定于这几种材料，主要是根据介质集成悬置线所运用的地方以及使用的材料以及成本之间的计算进行设计的。
优选地，所述第一层介质层的厚度、所述第二层介质层的厚度、所述第三层介质层的厚度、所述第四层介质层的厚度以及所述第五层介质层的厚度依次为0.6mm、0.6mm、0.254mm、0.6mm、0.6mm。
本发明不对每层介质层的厚度做限定，上述所说的厚度为本发明中最优的厚度设置，根据介质损耗的考虑以及介质材料的不同介质厚度有一定的范围变化。
优选地，其特征在于，所述每层介质层均为PCB电路板。
介质层所使用的PCB电路板，利用PCB工艺进行加工，用于减少加工成本。
本发明还公开了一种集成模块，其特征在于，包括放大器芯片、放大器集成、放大器偏置电路、散热结构以及如上所述的一种所述的基于介质集成悬置线的过渡结构，所述放大器芯片设置在所述第一层介质层上的第一孔，所述放大器芯片集成设置在所述第三层介质层上，所述放大器偏置电路与所述散热结构均设置在所述第三层介质层；
所述散热结构用于给所述放大器芯片进行散热；
所述偏置电路用于给所述放大器芯片提供偏置电压。
优选地，所述放大器芯片为功率放大器。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、采用本发明提供的一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块，通过在第三层介质层上设置过渡结构，实现了在K波段内的宽带传输，且有利于介质集成悬置线与其他平面传输线电路的互连集成和K波段介质集成悬置线相关电路的测试连接；
2、采用本发明提供的一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块，提出了过渡结构与功率放大器芯片集成的混合集成电路，具有良好的电磁屏蔽特性，且减小了电路的损耗，同时具有高集成度，自封装，低成本的优点；
3、采用本发明提供的一种基于介质集成悬置线的过渡结构及集成模块，通过过渡结构构成的功放模块，对芯片进行更改使用的时候，无需重新设计电路进行匹配。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为介质集成悬置线以及功放模块示意图
图2为第二层介质层与第三层介质层的俯视图
图3为集成在介质集成悬置线上的功放模块的散射参数以及增益测试结果
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例一
本实施例公开了一种基于介质集成悬置线的过渡结构，如图1所示，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台由从上至下的五层介质层构成；每层介质层正反两面都设有金属层；所述每层介质层均为PCB电路板。
在实施例中，限定介质层为PCB电路版作为示例，均为双面敷铜的PCB板构成，包括至上而下的五层介质基板substrate1到substrate5，金属层M1到M10，
第一层介质层上设有用于放置芯片的第一孔；
第二层介质层上设有用于形成第一层与第三层之间的空气腔的第二孔；
第二层介质板切除除了一个空腔，该空腔的宽度设计对于抑制寄生模式的传播有重要影响，该空腔结构的尺寸设计为8mm×10.6mm。
第二层中间形成的第二孔，保证芯片的放置以及第三层电路板与第一层电路板之间形成空气腔体结构，通过对第二层空腔的宽度适当选取，可以有效地抑制寄生模式的电磁波传播同时切除的空腔可以形成封闭腔体，减小了辐射损耗。
第三层介质层上设有用于在K波段进行宽带传输的过渡结构，所述过渡结构由介质集成悬置线到带状线到接地共面波导的三段传输线结构构成；
第三层介质层主要包含的是主体电路，主体电路包含了过渡结构，第三层的介质集成悬置线到接地共面波导的过渡主要由介质集成悬置线到带状线到接地共面波导的三段传输线结构构成，每段传输线都进行了匹配的设计，这里的匹配设计是根据运用的材料以及运用的电路器件进行匹配设计的；第三层利用介质集成悬置线的通孔完成了芯片的散热设计，并分别在上下两端设计了所集成的芯片所需的正负偏置电路，并留下了所需电容电阻等分立器件的空间和焊盘。
第四层介质层上设有用于连接第三层介质层上M5的外围偏置电路的金属线以及介质层互连、电磁屏蔽和铆接的通孔，金属线导电用于将第三层介质层与第四层介质层进行连接；
第五层介质层作为介质集成悬置线的盖板和屏蔽电磁环境，稳定电路结构。
每层介质层均设有金属通孔与铆钉孔，所述第二层介质层上设置的金属通孔与所述第四层介质层上设置的金属通孔均接地，所述铆钉孔用于将所述介质层之间进行铆接。
第二层介质层与第四层介质层上设置的金属通孔接地设置，能够保证第一层介质层、第三层介质层以及第五层介质层中的金属通孔分别与第二层介质层以及第四层介质层介质层中的金属通孔连接，实现接地功能。
第一层介质层、第二层介质层、第三层介质层、第四层介质层以及第五层介质层依次采用Fr4、Fr4、Rogers5880、Fr4、Fr4材料构成。
采用Fr4材料的介质层的介电常数为4.4，采用Rogers5880材料的介质层，其介质损耗角正切值为0.0009，且设置的第三层介质板可以有效地减小电路的损耗，在不同的介质层之间采用不同的材料，主要是基于高低成本以及减小电路的损耗考虑。
第一层介质层的厚度、所述第二层介质层的厚度、所述第三层介质层的厚度、所述第四层介质层的厚度以及所述第五层介质层的厚度依次为0.6mm、0.6mm、0.254mm、0.6mm、0.6mm。
实施例二
本实施例基于实施例一的基础上，公开了一种集成模块，如图1与图2所示，包括放大器芯片、放大器集成、放大器偏置电路、散热结构以及如实施例一的一种基于介质集成悬置线的过渡结构，所述放大器芯片设置在所述第一层介质层上的第一孔，所述放大器芯片集成设置在所述第三层介质层上，所述放大器偏置电路与所述散热结构均设置在所述第三层介质层；所述放大器芯片为功率放大器。
为了减小电路面积，过渡结构的总长度为1.9mm，图3中的参数尺寸为w1＝0.63mm，w2＝0.495mm，w3＝0.5969mm，s1＝0.18mm。接地共面波导两边的接地通孔半径为0.2mm；
功率放大器芯片的散热通过焊接位置处的通孔来进行，所选择的功率放大器芯片型号为AMMP6425，需要同时进行5V和-1.1V的供电，在第三层板上下两端各设置了一处焊接点，用以加载偏置电压。
所述散热结构用于给所述放大器芯片进行散热，通过设置的散热电路，能够使得模块在工作的时候，散去通过芯片产生的热量；偏置电路用于给所述放大器芯片提供偏置电压，偏置电压能够促使放大器芯片进行工作。
如图3所示，为测试所得的集成在介质集成悬置线上的功放模块的散射参数曲线图。
由图可知，在18GHz-26GHz内，电路的输入反射系数低于-13dB，输出反射系数小于-12.5dB，输入输出的反射系数在低频段内对比集成在制造商测试板上的芯片测试结果有较大的优势。增益在18.6GHz达到最大为23.2dB，在24.4GHz达到最小为20.1dB，增益平坦度为21.65±1.55dB。
采用一种集成模块，对于介质集成悬置线的过渡以及有源电路发展进行了有益的尝试，实现了基于介质集成悬置线的混合集成电路损耗较低，自封装，易于集成。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于介质集成悬置线的过渡结构，其特征在于，包括介质集成悬置线平台，所述介质集成悬置线平台由从上至下的五层介质层构成；每层介质层正反两面都设有金属层；
第一层介质层上设有用于放置芯片的第一孔；
第二层介质层上设有用于形成所述第一层介质层与第三层介质层之间的空气腔的第二孔；
第三层介质层上设有用于在K波段进行宽带传输的过渡结构，所述过渡结构由介质集成悬置线到带状线到接地共面波导的三段传输线结构构成；
第四层介质层上设有用于连接所述第三层介质层上外围偏置电路的金属线；
第五层介质层为介质集成悬置线的盖板，用于屏蔽电磁环境，稳定电路结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质悬置线的过渡结构，其特征在于，所述每层介质层均设有金属通孔与铆钉孔，所述第二层介质层上设置的金属通孔与所述第四层介质层上设置的金属通孔均接地，所述铆钉孔用于将所述介质层之间进行铆接。
3.根据权利要求2述的一种基于介质悬置线的过渡结构，其特征在于，所述第一层介质层、所述第二层介质层、所述第三层介质层、所述第四层介质层以及所述第五层介质层依次采用Fr4、Fr4、Rogers5880、Fr4、Fr4材料构成。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种基于介质悬置线的过渡结构，其特征在于，所述第一层介质层的厚度、所述第二层介质层的厚度、所述第三层介质层的厚度、所述第四层介质层的厚度以及所述第五层介质层的厚度依次为0.6mm、0.6mm、0.254mm、0.6mm、0.6mm。
5.根据权利要求4任一所述的一种基于介质悬置线的过渡结构，其特征在于，所述每层介质层均为PCB电路板。
6.一种集成模块，其特征在于，包括放大器芯片、放大器集成、放大器偏置电路、散热结构以及如权利要求1～5任意一种所述的基于介质集成悬置线的过渡结构，所述放大器芯片设置在所述第一层介质层上的第一孔，所述放大器芯片集成设置在所述第三层介质层上，所述放大器偏置电路与所述散热结构均设置在所述第三层介质层；
所述散热结构用于给所述放大器芯片进行散热；
所述偏置电路用于给所述放大器芯片提供偏置电压。
7.根据权利要求6所述的一种集成模块，其特征在于，所述放大器芯片为功率放大器。
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