CN116093568B - 一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构。该结构基于电磁传输理论，提出了一种射频链路中在两种厚度不同的微带线间的过渡结构，经链路仿真验证，对比传统的双线金丝跳线过渡，传输损耗明显减小。本发明结构简易，加工制作方便，有效减小了过渡损耗，提高了电路功率容量，适用于超宽带射频链路。
Description
技术领域
本发明属于射频电路，具体为一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构。
背景技术
随着微波集成电路的发展，很多情况下需要将一些微波无源、有源器件及大量的微带线之间通过过渡结构集成在一个基片上，也不可避免的出现了需要将不同厚度的电路基板集成到一个微波器件中的情况，而集成损耗是被重点关注的技术指标之一。对于射频接收前端，其电路损耗影响噪声系数、链路增益，进而影响接收灵敏度和动态范围；对于射频功率放大器后端，电路集成损耗影响发射功率和效率，进而影响输出效果。因此，如何实现微波集成电路中电磁信号宽带低损耗传输和集成，成为了微波集成电路的重要课题之一。
已有文献报道了微带线到微带线的过渡结构：
文献1(Design ofmicrostrip-to-microstrip viatransition inmultilayeredLTCC for frequencies up to 67GHz，Components,Packaging andManufacturingTechnology,IEEE Transactions on,2011,1(4):595-601)
文献2(Ultrawidebandvertical microstrip-microstrip transition.IETMicrowaves,Antennas&Propagation,2007,1(5):968-972.)
文献3(宽带微带线过渡结构的研究与设计，2014硕士论文)
文献1、2微带线为穿过物理地层的垂直过渡结构，文献3描述了微带线到共面波导、微带线垂直过渡等多种与微带线间的过渡结构。上述文献虽然都涉及微带线的过渡，但是所述文献目前都未解决厚度不同的微带线转微带线的平行过渡的匹配问题。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构，以克服现有超宽带射频链路中不同厚度的微带线到微带线平行过渡的插损过大的问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构，包括第一介质基板、第二介质基板、四根金丝键合线、第一匹配模块、第二匹配模块第一微带线、第二微带线以及微带线传输所需的空气腔，所述第一介质基板与第二介质基板的底面位于同一平面且所述第一介质基板与第二介质基板的厚度不同，第一微带线、第二微带线分别设置在第一介质基板、第二介质基板上，所述第一匹配模块设置在第一微带线靠近第二微带线的一端，所述第二匹配模块设置在第二微带线靠近第一微带线的一端，所述第一微带线、第二微带线通过四根金丝键合线连接。
优选地，所述第一介质基板、第二介质基板的介电常数相同且小于或等于3。
优选地，，所述空气腔的高度大于或等于2.5mm。
优选地，所述金丝键合线直径25um，跨接长度≤1mm。
优选地，所述第一介质基板与第二介质基板的底面为金属地。
优选地，根据微带线特性阻抗公式确定微带线宽，具体为：
且满足w/h<1
式中，
或者:
且满足w/h≥1
式中，w为微带线宽，h为微带线基板厚度，εr为介质介电常数，Z0为特性阻抗。
优选地，所述第一介质基板与第二介质基板的厚度比为2:1。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)本发明克服现有微带线到微带线平行过渡技术插损值过大的问题，提出了一种四根金丝跳线+过渡端凸台的过渡结构，实现超宽带低插损的优良性能；
(2)本发明在同等应用条件下对两段各5mm的微带线做对比，在6-18GHz频段内传统双线金丝跳接的损耗为0.35dB，而本发明的连接损耗仅为0.06dB，同时对于应用使用，没有增加额外的加工程序；
(3)本发明对比传统双线金丝键合，功率容量有所扩展。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明与传统双金丝跳线的平行过渡的仿真对比图。
图2为匹配端尺寸示意图。
图3为键合线等效电路。
图4为本发明和普通双金丝键合的2W传输功率下的的电流对比。
图5为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构，包括第一介质基板1、第二介质基板2、四根金丝键合线3、第一匹配模块4-1、第二匹配模块4-2第一微带线5、第二微带线6以及微带线传输所需的空气腔7，所述第一介质基板1与第二介质基板2的底面位于同一平面且所述第一介质基板1与第二介质基板2的厚度不同，第一微带线5、第二微带线6分别设置在第一介质基板1、第二介质基板2上，所述第一匹配模块4-1设置在第一微带线5靠近第二微带线6的一端，所述第二匹配模块4-2设置在第二微带线6靠近第一微带线5的一端，所述第一微带线5、第二微带线6通过四根金丝键合线3连接。
进一步的实施中，所述第一介质基板1、第二介质基板2的介电常数相同且小于或等于3。
进一步的实施中，所述第一微带线5、第二微带线6厚度比等于2，两种微带线共地。
进一步的实施中，微带线传输所需的空气腔体高度大于或等于2.5mm；
进一步的实施中，两种微带线间金丝键合线为四根，金丝直径25um，跨接长度≤1mm，为键合金丝的常用尺寸。
进一步的实施中，第一微带线(5)、第二微带线(6)的线宽按照特性阻抗为50Ω的微带线参数计算。根据微带线特性阻抗公式计算微带线宽，具体为：
且w/h≤1
或者
且w/h≥1
其中，w为微带线宽，h为微带线基板厚度，εr为介质介电常数，Z0为特性阻抗。
已知h,εr,Z0由上式计算w，w的计算结果要满足w/h的附加条件。
四根金丝跳线带来另外的好处是，对比双根金丝过渡增加了电路的功率容量。
金丝键合等效电路见图3，键合线的模块模型是由电阻、电容还有两个并联电容组成的pi型网络(低通滤波网络)。该模型中起主要作用的是键合线的串联电感L，而并联电容C1、C2很小，可以用开路短截线近似求得。L是键合线阵列的总电感值，R1是总电阻值，C1、C2代表了键合线阵列到地平面的电容值。RLC数值可以由以下式子计算：
其中Y(与频率有关的导纳矩阵，也就是A矩阵)参数由电磁场仿真得到。L、C1、C2、R不是常数，而是与频率有关。
增加键合金丝数量，从等效电路的角度，减小了L、R1，减小了电路的不连续性。
实施例
本发明提供一种新型四根金丝跳线+过渡端凸台的过渡结构，实现超宽带低插损的优良性能。下面结合具体实施例子对本发明作进一步详细描述。
以工作在6-18GHz的分别为0.254mm和0.508mm厚度，介电常数2.94的超宽带微带线转微带线过渡为例，两种微带线间距0.05mm，使用四根25um的金丝键合线过渡，同时在微带线过渡端增加凸台，0.508mm厚的顶层微带线按50欧姆特性阻抗计算其宽度0.64mm，过渡端宽度方向各接与微带线厚度一致的凸台0.3mm×0.1mm，0.254mm厚的顶层微带线按50欧姆计算其宽度1.2mm，过渡端宽度方向各接与微带线厚度一致的凸台0.5mm×0.5mm，具体尺寸见图2。本发明在同等应用条件下对两段长度各5mm的微带线做对比，在6-18GHz频段内传统双线金丝跳接的损耗为0.35dB，而本发明的连接损耗仅为0.06dB，大大减小了插损，具有超宽带特性，仿真结果见图1。
图4展示了2W传输功率条件下的线路电流分布对比，本发明对比传统双金丝键合过渡的局部最大电流小。
本发明结构适用于超宽带C、X、K波段微波集成电路的传输结构，可广泛应用于链路设计，可进行大规模生产。
本发明未公开内容为本领域技术人员公知常识。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。
应当理解，可以对本发明的一个实施例的设备中包括的模块、单元、组件等进行自适应性地改变以把它们设置在与该实施例不同的设备中。可以把实施例的设备包括的不同模块、单元或组件组合成一个模块、单元或组件，也可以把它们分成多个子模块、子单元或子组件。
Claims (6)
1.一种超宽带微带线转微带线平行过渡结构，其特征在于，包括第一介质基板(1)、第二介质基板(2)、四根金丝键合线(3)、第一匹配模块(4-1)、第二匹配模块(4-2)第一微带线(5)、第二微带线(6)以及微带线传输所需的空气腔(7)，所述第一介质基板(1)与第二介质基板(2)的底面位于同一平面且所述第一介质基板(1)与第二介质基板(2)的厚度不同，第一微带线(5)、第二微带线(6)分别设置在第一介质基板(1)、第二介质基板(2)上，所述第一匹配模块(4-1)设置在第一微带线(5)靠近第二微带线(6)的一端，所述第二匹配模块(4-2)设置在第二微带线(6)靠近第一微带线(5)的一端，所述第一微带线(5)、第二微带线(6)通过四根金丝键合线(3)连接，所述第一微带线(5)、第二微带线(6)的过渡端过渡端宽度方向增加与微带线厚度一致的凸台，根据微带线特性阻抗公式确定微带线宽，具体为：
且满足w/h<1
式中，
或者:
式中，w为微带线宽，h为微带线基板厚度，εr为介质介电常数，Z0为特性阻抗。
2.根据权利要求1所述的超宽带微带线转微带线平行过渡结构，其特征在于，所述第一介质基板(1)、第二介质基板(2)的介电常数相同且小于或等于3。
3.根据权利要求1所述的超宽带微带线转微带线平行过渡结构，其特征在于，所述空气腔(7)的高度大于或等于2.5mm。
4.根据权利要求1所述的超宽带微带线转微带线平行过渡结构，其特征在于，所述金丝键合线(3)直径25um，跨接长度≤1mm。
5.根据权利要求1所述的超宽带微带线转微带线平行过渡结构，其特征在于，所述第一介质基板(1)与第二介质基板(2)的底面为金属地。
6.根据权利要求1所述的超宽带微带线转微带线平行过渡结构，其特征在于，所述第一介质基板(1)与第二介质基板(2)的厚度比为2:1。
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