CN115275552B - 四通道射频信号传输装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种四通道射频信号传输装置及信号传输系统，该四通道射频信号传输装置包括：介质基板，包括相对设置的第一表面和第二表面，以及相对设置的第一侧面和第二侧面；传输组件，包括四个射频微带线，四个所述射频微带线间隔设置于所述第一表面上，所述传输组件适用于传输射频信号；第一导体层，设置于所述第一表面上，所述第一导体层位于所述传输组件的两侧以及相邻的两个所述射频微带线之间，所述第一导体层配置为接地；第二导体层，设置于所述介质基板的第二表面上，所述第二导体层配置为接地；第三导体层，设置于所述介质基板的第一侧面和第二侧面上，所述第三导体层适用于连接所述第一导体层和所述第二导体层。

Description

四通道射频信号传输装置及系统

技术领域

本发明涉及光通信、光传感和射频微波领域，特别涉及一种四通道射频信号传输装置及系统。

背景技术

随着5G技术的广泛普及和各种云数据存储技术的快速发展，对网络容量的需求迅速增加。海量实时数据需要存储、传输和处理，使数据中心的承载能力面临巨大的挑战。光电混合集成基于协同封装的技术不仅可以充分利用光互连的优点，也使充分利用高密度集成、高成熟微电子技术的良率和成本。在同时，随着互联互通的逐渐密度增加，封装内部射频微波信号的损耗和串扰也越来越严重。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种四通道射频信号传输装置及信号传输系统，来降低射频信号的回流路径，降低传输损耗，提高信号完整性，由此形成的四通道射频信号传输系统具有高带宽，通道间一致性好的优点。

一种四通道射频信号传输装置，包括：

介质基板，包括相对设置的第一表面和第二表面，以及相对设置的第一侧面和第二侧面；

传输组件，包括四个射频微带线，所述射频微带线间隔设置于所述第一表面上，所述传输组件适用于传输射频信号；

第一导体层，设置于所述第一表面上，所述第一导体层位于所述传输组件的两侧以及相邻的两个所述射频微带线之间，所述第一导体层配置为接地；

第二导体层，设置于所述介质基板的第二表面上，所述第二导体层配置为接地；

第三导体层，设置于所述介质基板的第一侧面和第二侧面上，所述第三导体层适用于连接所述第一导体层和所述第二导体层；

其中，所述第一侧面和所述第二侧面分别位于所述射频微带线的两端。

根据本发明的实施例，所述第一导体层和所述第三导体层的连接端在所述第一表面和第一侧面上的宽度相同、以及在所述第一表面和第二侧面上的宽度相同。

根据本发明的实施例，所述第二导体层与所述介质基板的第二表面的尺寸相同，以完全覆盖所述介质基板的第二表面。

根据本发明的实施例，在所述第一导体层和所述第二导体层之间还形成有贯穿所述介质基板的通孔，所述通孔被金属化。

根据本发明的实施例，所述介质基板还包括相对设置的第三侧面和第四侧面，所述第三侧面和第四侧面上设有第五导体层，所述第五导体层适用于连接所述第一导体层和所述第二导体层。

根据本发明的实施例，所述介质基板为陶瓷基板或印制电路板基板。

根据本发明的实施例，所述射频微带线的导电率大于等于58000000s/m。

根据本发明的实施例，还提供了一种信号传输系统，包括：

如上所述的四通道射频信号装置，其中所述射频信号传输装置包括信号输入端和信号输出端；

光调制芯片，与所述射频信号传输装置的输出端连接，适用于利用所述射频信号传输装置输出的射频信号对外部输入的光信号进行调制。

根据本发明的实施例，通过在位于射频微带线两端的第一侧面和第二侧面上设置第三导体层，利用第三导体层将分别设置在介质基板第一表面的第一导体层和设置在介质基板的第二表面的第二导体层连接，即利用包地方法实现了不同参考地平面(即第一导体层和第二导体层)的互联，降低了传输损耗，提高了高频传输的带宽，提高了通道间的一致性，从而提高了阵列传输线的信号完整性，从而提升了带宽。

附图说明

图1示意性示出了根据本发明实施例提供的介质基板的立体图；

图2示意性示出了根据本发明实施例提供的四通道射频信号传输装置的立体图；

图3示出了图2所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图；

图4示出了图2所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的传输系数随频率的变化曲线图；

图5示出了在图2所示的四通道射频信号传输装置的第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图；

图6示出了图5中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图；

图7示出了图5中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中传输系数随频率的变化曲线图；

图8示出了在图2所示的四通道射频信号传输装置中第一导体层和第二导体层之间设置被金属化的通孔的四通道射频信号传输装置的立体图；

图9示出了图8中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图；

图10示出了图8中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中传输系数随频率的变化曲线图；

图11示出了在图8所示的四通道射频信号传输装置中第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图。

图12示出了图11中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图；

图13示出了图11中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中传输系数随频率的变化曲线图；

图14示意性示出了根据本发明实施例提供的无任何处理的四通道射频信号传输装置的立体图；

图15示出了图14所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图；

图16示出了图14所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的传输系数随频率的变化曲线图；

图17示出了图2和图14所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线传输系数随频率变化的对比曲线图。

图18示出了在图14所示的四通道射频信号传输装置中第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图。

图19示出了图18中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图；

图20示出了图18中的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的传输系数随频率的变化曲线图；

图21示出了在图14的四通道射频信号传输装置中第一导体层和第二导体层之间设置被金属化的通孔的四通道射频信号传输装置的立体图；

图22示出了在图20所示的四通道射频信号传输装置中第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图；

图23示出了图20中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。

附图标记说明

1-介质基板；

11-第一表面；

12-第二表面；

13-第一侧面；

14-第二侧面；

15-第三侧面；

16-第四侧面；

2-传输组件；

21-第一射频微带线；

22-第二射频微带线；

23-第三射频微带线；

24-第四射频微带线；

3-第一导体层；

4-第二导体层；

5-第三导体层。

具体实施方式

随着摩尔定律的放缓，电子学数据传输容量接近物理极限，为突破现有瓶颈，传输更高容量的数据，硅光子学的研究和商业化得到了加强，为了满足未来高带宽的需求，硅光子集成电路(PIC)的封装形式正在从电路板外围的可插拔光收发器件发展成光电共封装。同时，为了降低光电共封装中电互连的传输损耗，硅光集成电路的光学元件中高频电信号加载采用传输线进行电传输。不同于直流电互联，需要采用特殊的传输线结构设计从而降低高频信号的传输损耗，提高信号完整性。因此通过在信号输入输出端口进行包地处理，将异面的参考地平面进行互联，可降低传输损耗，降低谐振，提高了高频电信号完整性，并有助于光电子集成技术的研究和商业化应用的发展。

具体而言，将包地金属化导体下边缘与接地导体平面相连接，上边缘与共面接地平面相连接，通过以此方法使得高频信号的不同位置的参考地平面形成互联，降低了高频信号的回流路径，降低了损耗，从而提高了信号完整性，由此形成的阵列高频传输线具有高带宽，通道间一致性好，从而提高了应用于阵列调制器的调制带宽。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使发明彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

图1示意性示出了根据本发明实施例提供的介质基板的立体图。

图2示意性示出了根据本发明实施例提供的四通道射频信号传输装置的立体图。

参考图1-图2所示，四通道射频信号传输装置包括：介质基板1、传输组件2、第一导体层3、第二导体层4和第三导体层5。

介质基板1包括相对设置的第一表面11和第二表面12，以及相对设置的第一侧面13和第二侧面14。传输组件2包括四个射频微带线，四个射频微带线间隔设置于所述第一表面11上，传输组件2适用于传输射频信号。第一导体层3设置于第一表面11上，第一导体层3位于传输组件2的两侧以及相邻的两个射频微带线之间，第一导体层3配置为接地。第二导体层4设置于介质基板1的第二表面12上，第二导体层4配置为接地。第三导体层5设置于介质基板的第一侧面13和第二侧面14上，第三导体层5适用于连接第一导体层3和第二导体层4；其中，第一侧面13和第二侧面14分别位于射频微带线的两端。

继续参考图2，四通道射频信号传输装置的四个射频微带线中，自左向右分别为第一射频微带线21、第二射频微带线22、第三射频微带线23和第四射频微带线24，其中第二射频微带线22和第三射频微带线23的信号传输性能相同，第一射频微带线21和第四射频微带线24的信号传输性能相同。第一射频微带线21、第二射频微带线22、第三射频微带线23和第四射频微带线24又可以分别叫做为第一通道(CH1)、第二通道(CH2)、第三通道(CH3)、和第四通道(CH4)。

根据本发明的实施例，第一导体层和第三导体层的连接端在第一表面和第一侧面上的宽度相同、以及在第一表面和第二侧面上的宽度相同，第二导体层4与介质基板1的第二表面12的尺寸相同，以完全覆盖介质基板1的第二表面12实现不同参考地平面的较大面积的互联，降低了传输损耗，提高了高频传输的带宽。

图3示出了图2所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。

如图3所示，CH1和CH2中射频信号的反射系数随频率的变化曲线均较为光滑，曲线中出现的向下的峰幅度较小，即谐振效应较小，因此，传输损耗较小，同时，在CH1和CH2中，反射系数的值均较小。

图4示出了图2所示的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的传输系数随频率的变化曲线图。

如图4所示，CH1和CH2中射频信号的反射系数随频率的变化曲线重合度较高，两个曲线较为光滑，表明了本发明实施例提供的四通道射频信号传输装置的各通对射频信号传输的一致性较好。

从图3-图4可以看出，本发明实施例提供的四通道射频信号传输装置传输的射频信号的带宽较宽。

图5示出了在图2所示的四通道射频信号传输装置的第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图。

结合图2和图5所示，介质基板1还包括相对设置的第三侧面15和第四侧面16，第三侧面15和第四侧面16上设有第五导体层，第五导体层适用于连接所述第一导体层3和所述第二导体层4。

图6示出了图5中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。图7示出了图5中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中传输系数随频率的变化曲线图。

如图6-7所示，在介质基板1相对设置的第三侧面15和第四侧面16上设有第五导体层，以对第一导体层3和第二导体层4连接，CH1和CH2中谐振效应较小，各通对射频信号传输的一致性较好，传输损耗较小。

图8示出了在图2所示的四通道射频信号传输装置中第一导体层和第二导体层之间设置被金属化的通孔的四通道射频信号传输装置的立体图。

结合图2和图8，第一导体层和第二导体层之间还形成有贯穿所述介质基板的通孔，通孔被金属化。通孔被金属化包括通孔的内壁上形成有金属层，或者通孔内部填充有金属。

图9示出了图8中的四通道射频信号传输装置的第一传输线和第一信号线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。图10示出了图8中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中传输系数随频率的变化曲线图。

如图9-10所示，在介质基板1相对设置的第三侧面15和第四侧面16上设有第五导体层，以对第一导体层3和第二导体层4连接，CH1和CH2中谐振效应较小，各通对射频信号传输的一致性较好，传输损耗较小。

图11示出了在图8所示的四通道射频信号传输装置中第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图。图12示出了图11中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。图13示出了图11中的四通道射频信号传输装置的第一射频微带线和第二射频微带线中传输系数随频率的变化曲线图。

如图12-13所示，图11的四通道射频信号传输装置的整个带宽谐振现象几乎被完全抑制，各通道的一致性相对于图2的四通道射频信号传输装置增强，带内平坦度大幅度提高，实现传输性能的明显改善。

根据本发明的实施例，作为比较，本发明的实施例还提供了对无任何处理的四通道射频信号传输装置对信号的传输性质测试结果。

图14示意性示出了根据本发明实施例提供的无任何处理的四通道射频信号传输装置的立体图。

图15的无任何处理的四通道射频信号传输装置与图2的四通道射频信号传输装置的唯一区别是图5中的四通道射频信号传输装置没有设置第三导体层5。

图16示出了图14所示的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。

如图16所示，图15所示的四通道射频信号传输装置中CH1和CH2中的射频信号的反射系数随频率的变化曲线波动较大，各条通道在带宽范围内均存在较多的谐振点，例如在22.5GHz处等存在谐振点。

图17示出了图15所示的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的传输系数随频率的变化曲线图。

如图17所示，图15的四通道射频信号传输装置中CH1和CH2中射频信号的反射系数随频率的变化曲线重合度较低，因此，不同通道之间的一致性有偏差。

图16-17表明，不同通道之间的一致性有偏差，这主要是因为不同通道周围的电磁环境不完全一致；而且各条通道在带宽范围内均存在较多的谐振点，这主要是四通道各通道之间相互作用以及传输线长度自身的寄生效应引起的。

图2和图14所示的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线传输系数随频率变化的对比曲线图如图17所示，可以看出，图2比图4的通道射频信号传输装置的传输性能好。

图18示出了在图14所示的四通道射频信号传输装置中第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图。图19示出了图18中的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。图20示出了图18中的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的传输系数随频率的变化曲线图。

如图19-20所示，各通道的一致性相比图14的四通道射频信号传输装置变差，其余传输性能与图5的四通道射频信号传输装置变差相比无明显改善。

图21示出了在图14的四通道射频信号传输装置中第一导体层和第二导体层之间设置被金属化的通孔的四通道射频信号传输装置的立体图。图22示出了在图20所示的四通道射频信号传输装置中第三侧面和第四侧面设置第五导体层的四通道射频信号传输装置的立体图。图23示出了图20中的四通道射频信号传输装置中第一射频微带线和第二射频微带线中射频信号的反射系数随频率的变化曲线图。

如图22-23所示，相比图14的四通道射频信号传输装置有所增强，各通道的一致性增强，带内平坦度有也所增强，但反射系数增大，传输系数减小了，即可用带宽减小了。

根据本发明的实施例，介质基板为陶瓷基板或印制电路板基板。

根据本发明的实施例，射频微带线的导电率大于等于58000000s/m。

根据本发明的实施例还提供了一种信号传输系统，包括：

如上所述的四通道射频信号传输装置，其中所述射频信号传输装置包括信号输入端和信号输出端；光调制芯片，与所述射频信号传输装置的输出端连接，适用于利用所述射频信号传输装置输出的射频信号对外部输入的光信号进行调制。

以上所述的具体实施例，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，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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)

1.一种四通道射频信号传输装置，包括：

介质基板，包括相对设置的第一表面和第二表面，以及相对设置的第一侧面和第二侧面；

传输组件，包括四个射频微带线，四个所述射频微带线间隔设置于所述第一表面上，所述传输组件适用于传输射频信号；

第一导体层，设置于所述第一表面上，所述第一导体层位于所述传输组件的两侧以及相邻的两个所述射频微带线之间，所述第一导体层配置为接地；

第二导体层，设置于所述介质基板的第二表面上，所述第二导体层配置为接地；

第三导体层，设置于所述介质基板的第一侧面和第二侧面上，所述第三导体层适用于连接所述第一导体层和所述第二导体层；

其中，所述第一侧面和所述第二侧面分别位于所述射频微带线的两端；所述第一导体层和所述第三导体层的连接端在所述第一表面和第一侧面上的宽度相同、以及在所述第一表面和第二侧面上的宽度相同。

2.根据权利要求1所述的四通道射频信号传输装置，其中，

所述第二导体层与所述介质基板的第二表面的尺寸相同，以完全覆盖所述介质基板的第二表面。

3.根据权利要求1所述的四通道射频信号传输装置，其中，在所述第一导体层和所述第二导体层之间还形成有贯穿所述介质基板的通孔，所述通孔被金属化。

4.根据权利要求1或3所述的四通道射频信号传输装置，其中，所述介质基板还包括相对设置的第三侧面和第四侧面，所述第三侧面和第四侧面上设有第五导体层，所述第五导体层适用于连接所述第一导体层和所述第二导体层。

5.根据权利要求1所述的四通道射频信号传输装置，其中，所述介质基板为陶瓷基板或印制电路板基板。

6.根据权利要求1所述的四通道射频信号传输装置，其中，所述射频微带线的导电率大于等于58000000s/m。

7.一种信号传输系统，包括：

如权利要求1-6任一项所述的四通道射频信号传输装置，其中所述射频信号传输装置包括信号输入端和信号输出端；

光调制芯片，与所述射频信号传输装置的输出端连接，适用于利用所述射频信号传输装置输出的射频信号对外部输入的光信号进行调制。