CN113347780B - 一种多层电路板构成的鳍线结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具体涉及一种多层电路板构成的鳍线结构，属于射频技术领域。本发明所述结构采用多层电路板层叠压合形成，中间一层电路板印刷金属鳍线结构，第二电路板部分切除处理形成镂空区域A，第四电路板进行局部镂空切除处理形成镂空区域B，结合连续的完全包围的金属通孔，与多层电路板顶部与底部金属层形成封闭的金属腔。按照相应的顺序将电路板层叠在一起，再对多层电路板进行叠层压合。金属腔形成了鳍线结构所必须的腔体结构，使电路中电场主要分布于腔体中。本发明所述结构制造成本低，制作方式简单，具有较低损耗、色散弱、结构简易，体积小，成本低，可实现自封装以及容易与其他射频电路集成等优点。

Description

一种多层电路板构成的鳍线结构
技术领域
本发明属于射频技术领域，具体涉及一种多层电路板构成的鳍线结构。
背景技术
随着微波技术以及毫米波电路的发展，为了实现电路结构的小型化以及射频电路的高集成度，多层板电路技术得到了快速发展，在各类通信设备中得到了广泛的研究与应用。多层板电路能实现有源与无源电路的集成，以及能够实现通信系统设备的小型化。在一般的鳍线结构中，都需要金属波导，同时需要将鳍线结构固定到波导中心，垂直于波导H面。这种传统结构成本高，安装难度大，并且不利于与有源器件的集成。在传输线结构中，鳍线是一种嵌入在矩形波导E面的准平面结构，鳍线的传播模式为混合模，具有低损耗、色散弱，单模带宽大等特点。另一方面，鳍线结构传输截止频率小于封装波导的截止频率，所以所需尺寸比传统波导所需尺寸小而又具有波导的一些优点。但是，鳍线需要额外加工机械腔体，同时需要留下凹槽来安装鳍线，以满足机械支撑以及电磁屏蔽。因此需要额外的装配工作，将其与波导机械组装后才能工作。如今，微波组件对集成度有很高的要求，在波导中的鳍线结构很难与其他有源元器件集成，同样对其传输的电磁波很难控制。传统的鳍线结构属于三维结构，体积较大，很难与平面电路集成且难以实现射频组件小型化。
综上所述，鳍线结构是一种优良的传输结构，具有低损耗，色散弱，高Q值等传输优点，但鳍线结构需要安装在矩形波导中，不易加工，制作成本高，很难于其它电路以及其它电子元器件集成。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种多层电路板构成的鳍线结构，解决传统鳍线结构需要加工机械腔体和额外的人工装配，以及鳍线结构与其它平面电路集成等问题。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：
一种多层电路板构成的鳍线结构，包括五层电路板，电路板的上表面和下表面都覆有金属层；第一电路板、第二电路板、第三电路板、第四电路板和第五电路板由上至下依次紧密贴合；
第一电路板的上表面金属层和第五电路板的下表面金属层为全部覆铜；第一电路板的下表面金属层、第二电路板的上下表面金属层、第四电路板的上下表面金属层和第五电路板的上表面金属层相同，在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，H型不覆铜区域呈中心对称，中间段的刻蚀宽度小于两端的刻蚀宽度；第二电路板和第四电路板的介质基板对应于H型不覆铜区域的位置为镂空区域；
第三电路板呈左右对称，上表面金属层在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，鳍线电路的上覆铜层位于H型不覆铜区域内，从左至右依次为第一微带线、第一阻抗变换段、第一鳍线变换段、第二鳍线变换段、第二阻抗变换段和第二微带线；第一微带线的上边界与第一阻抗变换段的上边界齐平，第一阻抗变换段的下边界由第一微带线的下边界曲线向右延伸，减小微带线的宽度；第一鳍线变换段分为两部分，一部分的上边界与H型不覆铜区域的上边界重合，下边界由H型不覆铜区域的上边界曲线延伸至H型不覆铜区域的上部；另一部分的上边界与第一阻抗变换段的上边界齐平，下边界由第一阻抗变换段的下边界曲线延伸至H型不覆铜区域的下边界；第一鳍线变换段的两部分之间留有空隙；
第三电路板的下表面金属层在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，鳍线电路的下覆铜层位于H型不覆铜区域内，从左至右依次为第一地面、第一地面变换段、第二地面变换段和第二地面；第一地面为全部覆铜，上下边界与H型不覆铜区域的上下边界齐平；第一地面变换段的上边界与H型不覆铜区域的上边界齐平，下边界由第一地面右侧边界的中心位置曲线延伸至H型不覆铜区域的上边界；第一地面变换段和第二地面变换段之间形成有无金属覆盖区域；
五层电路板在H型不覆铜区域的周边紧邻位置有连续的金属化通孔。
进一步的，每层电路板的金属化通孔平面相对位置都是相同的，所有金属化通孔由树脂塞孔并电镀填平。
进一步的，每层电路板先进行单独加工，使用单层的介质基板，用印制板加工工艺，对电路板表面的金属按照设计进行加工预制；然后在电路板设计的相应位置加工连续的金属化通孔，对需要镂空的电路板进行镂空处理；最后用多层板加工工艺将多层电路板叠压在一起，形成多层电路板构成的鳍线结构。
进一步的，第三电路板的介质材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，介质基板厚度为0.254mm，覆铜层厚度为0.035mm。
进一步的，第一电路板和第五电路板的介质材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，介质基板厚度为1.5mm，覆铜层厚度为0.035mm。
进一步的，第二电路板和第四电路板的介质材料为FR4，相对介电常数为4.4，介质基板厚度为2mm，覆铜层厚度为0.035mm。
本发明的有益效果是：
本发明所述多层电路板构成的鳍线结构具有制造成本低，制作方式简单，能形成自封装整体等优势；可以通过多层介质基板叠层压合实现，有效克服了传统鳍线结构需要的机械腔体加工、结构笨重、成本较高的缺点，具有较低损耗、色散弱、结构简易，体积小，成本低，可实现自封装、以及容易与其他射频电路集成等优点。
附图说明
图1为本发明所述鳍线结构的整体结构示意图；
图2为本发明所述鳍线结构的左视图；
图3为本发明所述鳍线结构中第一电路板和第五电路板的示意图，其中(a)为第一电路板反面/第五电路板正面，(b)为第五电路板反面/第一电路板正面；
图4为本发明所述鳍线结构中第二电路板和第四电路板的示意图，其中(a)为第二电路板反面/第四电路板正面，(b)为第四电路板反面/第二电路板正面；
图5为本发明所述鳍线结构中第三电路板的示意图，其中(a)为正面，(b)为反面；
图6为本发明所述鳍线电路的结构示意图；
图7为本发明所述鳍线结构的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
本实施例提供一种多层电路板构成的鳍线结构，其整体结构示意图如图1所示，左视图如图2所示，包括五层电路板，电路板的上表面和下表面都覆有金属层；第一电路板、第二电路板、第三电路板、第四电路板和第五电路板由上至下依次紧密贴合。
第三电路板的介质材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，介质基板厚度为0.254mm，覆铜层厚度为0.035mm；第一电路板和第五电路板的介质材料为RogersRT/duroid5880，相对介电常数为2.2，介质基板厚度为1.5mm，覆铜层厚度为0.035mm；第二电路板和第四电路板的介质材料为FR4，相对介电常数为4.4，介质基板厚度为2mm，覆铜层厚度为0.035mm。
第一电路板和第五电路板的示意图如图3所示，第二电路板和第四电路板的示意图如图4所示。第一电路板的上表面金属层和第五电路板的下表面金属层为全部覆铜；第一电路板的下表面金属层、第二电路板的上下表面金属层、第四电路板的上下表面金属层和第五电路板的上表面金属层相同，在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，H型不覆铜区域呈中心对称，中间段的刻蚀宽度小于两端的刻蚀宽度；第二电路板和第四电路板的介质基板对应于H型不覆铜区域的位置为镂空区域。
第三电路板的示意图如图5所示，呈左右对称，上表面金属层在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，鳍线电路的上覆铜层位于H型不覆铜区域内，鳍线电路的结构正面示意图如图6(a)所示，从左至右依次为第一微带线、第一阻抗变换段、第一鳍线变换段、第二鳍线变换段、第二阻抗变换段和第二微带线；第一微带线的上边界与第一阻抗变换段的上边界齐平，第一阻抗变换段的下边界由第一微带线的下边界曲线向右延伸，减小微带线的宽度；第一鳍线变换段分为两部分，一部分601的上边界与H型不覆铜区域的上边界重合，下边界由H型不覆铜区域的上边界曲线延伸至H型不覆铜区域的上部；另一部分602的上边界与第一阻抗变换段的上边界齐平，下边界由第一阻抗变换段的下边界曲线延伸至H型不覆铜区域的下边界；第一鳍线变换段的两部分之间留有空隙。
第三电路板的下表面金属层在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，鳍线电路的下覆铜层位于H型不覆铜区域内，鳍线电路的结构反面示意图如图6(b)所示，从左至右依次为第一地面、第一地面变换段、第二地面变换段和第二地面；第一地面为全部覆铜，上下边界与H型不覆铜区域的上下边界齐平；第一地面变换段的上边界与H型不覆铜区域的上边界齐平，下边界由第一地面右侧边界的中心位置曲线延伸至H型不覆铜区域的上边界；第一地面变换段和第二地面变换段之间形成有无金属覆盖区域。
五层电路板在H型不覆铜区域的周边紧邻位置有连续的金属化通孔，每层电路板的金属化通孔平面相对位置都是相同的，所有金属化通孔由树脂塞孔并电镀填平。
每层电路板先进行单独加工，使用单层的介质基板，用常规印制板加工工艺，对电路板表面的金属按照设计进行加工预制。然后在电路板设计的相应位置加工连续的金属过孔，对其中需要镂空的电路板进行镂空处理。然后用多层板加工工艺将多层电路板叠压在一起，形成多层电路板构成的鳍线结构。每层电路板之间是无间隙接触，形成类波导结构。
本实施例所述鳍线结构采用多层电路板层叠压合形成，中间一层电路板印刷金属鳍线以及微带过渡结构，第二电路板部分切除处理形成镂空区域A，第四电路板进行局部镂空切除处理形成镂空区域B，结合连续的完全包围的金属通孔，与多层电路板顶部与底部金属层形成封闭的金属腔。按照相应的顺序将电路板层叠在一起，再对多层电路板进行叠层压合。金属腔形成了鳍线结构所必须的腔体结构，使电路中电场主要分布于腔体中。
本例中多层电路板构成的鳍线结构仿真结果如图7所示，dB(S(1,1))为其反射损耗，dB(S(1,2))为其插入损耗，其频带可覆盖10.6GHz-18.4GHz,可通过缩小相应的尺寸提高其工作频率。

Claims (6)

1.一种多层电路板构成的鳍线结构，其特征在于，包括五层电路板，电路板的上表面和下表面都覆有金属层；第一电路板、第二电路板、第三电路板、第四电路板和第五电路板由上至下依次紧密贴合；
第一电路板的上表面金属层和第五电路板的下表面金属层为全部覆铜；第一电路板的下表面金属层、第二电路板的上下表面金属层、第四电路板的上下表面金属层和第五电路板的上表面金属层相同，在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，H型不覆铜区域呈中心对称，中间段的刻蚀宽度小于两端的刻蚀宽度；第二电路板和第四电路板的介质基板对应于H型不覆铜区域的位置为镂空区域；
第三电路板呈左右对称，上表面金属层在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，鳍线电路的上覆铜层位于H型不覆铜区域内，从左至右依次为第一微带线、第一阻抗变换段、第一鳍线变换段、第二鳍线变换段、第二阻抗变换段和第二微带线；第一微带线的上边界与第一阻抗变换段的上边界齐平，第一阻抗变换段的下边界由第一微带线的下边界曲线向右延伸，减小微带线的宽度；第一鳍线变换段分为两部分，一部分的上边界与H型不覆铜区域的上边界重合，下边界由H型不覆铜区域的上边界曲线延伸至H型不覆铜区域的上部；另一部分的上边界与第一阻抗变换段的上边界齐平，下边界由第一阻抗变换段的下边界曲线延伸至H型不覆铜区域的下边界；第一鳍线变换段的两部分之间留有空隙；
第三电路板的下表面金属层在全部覆铜的基础上刻蚀有H型不覆铜区域，鳍线电路的下覆铜层位于H型不覆铜区域内，从左至右依次为第一地面、第一地面变换段、第二地面变换段和第二地面；第一地面为全部覆铜，上下边界与H型不覆铜区域的上下边界齐平；第一地面变换段的上边界与H型不覆铜区域的上边界齐平，下边界由第一地面右侧边界的中心位置曲线延伸至H型不覆铜区域的上边界；第一地面变换段和第二地面变换段之间形成有无金属覆盖区域；
五层电路板在H型不覆铜区域的周边紧邻位置有连续的金属化通孔。
2.根据权利要求1所述的多层电路板构成的鳍线结构，其特征在于，每层电路板的金属化通孔平面相对位置都是相同的，所有金属化通孔由树脂塞孔并电镀填平。
3.根据权利要求1所述的多层电路板构成的鳍线结构，其特征在于，每层电路板先进行单独加工，使用单层的介质基板，用印制板加工工艺，对电路板表面的金属按照设计进行加工预制；然后在电路板设计的相应位置加工连续的金属化通孔，对需要镂空的电路板进行镂空处理；最后用多层板加工工艺将多层电路板叠压在一起，形成多层电路板构成的鳍线结构。
4.根据权利要求1所述的多层电路板构成的鳍线结构，其特征在于，第三电路板的介质材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，介质基板厚度为0.254mm，覆铜层厚度为0.035mm。
5.根据权利要求1所述的多层电路板构成的鳍线结构，其特征在于，第一电路板和第五电路板的介质材料为Rogers RT/duroid 5880，相对介电常数为2.2，介质基板厚度为1.5mm，覆铜层厚度为0.035mm。
6.根据权利要求1所述的多层电路板构成的鳍线结构，其特征在于，第二电路板和第四电路板的介质材料为FR4，相对介电常数为4.4，介质基板厚度为2mm，覆铜层厚度为0.035mm。
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