CN116960592A - 一种宽带异面传输线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽带异面传输线包括依次连接的射频同轴、第一共面波导、第一信号孔、微带线、第二信号孔和第二共面波导，设置在第一共面波导两侧的第一共面波导接地孔，设置在第一信号孔周围的第一信号接地孔，设置在第二信号孔周围的第二信号接地孔和设置在第二共面波导两侧的第二共面波导接地孔。本发明工作频率为DC～30GHz，通过阻抗匹配及优化电路设计，最终得到回波损耗优于15dB，插入损耗优于0.28dB，信号在DC～30GHz射频传输性能良好；本发明使用异面传输线设计，包括采用射频同轴‑共面波导‑类同轴‑微带线‑类同轴‑共面波导传输结构，通过水平过渡以及垂直过渡，实现了异面传输线设计，高效利用空间，满足了小型化的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电气元件技术领域，具体涉及一种宽带异面传输线。
背景技术
随着电子系统应用场景与领域的多样化，复杂的应用环境对其传输性能要求愈发严苛。宽带高集成的异面低损耗过渡设计方法是解决体积、重量、小型化问题的重要途径，是突破当前电子系统发展的关键方案。
传输线作为电路系统重要组成部分，传输线过渡设计对电路设计的性能起着极为重要的作用。采用Rogers RO4350B的通用介质材料，通过射频同轴-共面波导-类同轴-微带线-类同轴-共面波导的设计，实现了双面印制板中传输线的水平过渡、垂直过渡以及异面传输，通过仿真优化设计，解决了带宽宽的难题，实现了异面传输线的低损耗过渡。
目前越来越多电路设计中采用异面传输线的形式，实现小型化、低损耗的传输性能，因此对于异面传输线的优化过渡设计尤为重要。
Rogers RO4350B是一种用编制玻璃布增强的碳氢树脂体系/陶瓷填料的材料，采用标准的环氧树脂/玻璃布的加工工艺，同时提供严格控制的介电常数以及损耗，而价格确实传统微波材料的几分之一。Rogers RO4350B介电常数：3.38±0.05，损耗因子0.0027。目前在电路设计中采用异面传输线的提高集成达到小型化的目的，因此宽带的低损耗的异面传输线过渡设计是微波电路领域的一个关键技术。
需要一种低损耗的异面传输线过渡设计。
发明内容
本发明是为了解决微带线射频小型化和传输损耗大的问题，提供一种宽带异面传输线，包括采用射频同轴-共面波导-类同轴-微带线-类同轴-共面波导传输结构，通过水平过渡以及垂直过渡，实现了异面传输线设计，高效利用空间，满足了小型化的需求；本发明工作频率为DC～30GHz，通过阻抗匹配及优化电路设计，最终得到回波损耗优于15dB，插入损耗优于0.28dB，信号在DC～30GHz射频传输性能良好。
本发明提供一种宽带异面传输线，包括依次连接的射频同轴、第一共面波导、第一信号孔、微带线、第二信号孔和第二共面波导，设置在第一共面波导两侧的第一共面波导接地孔，设置在第一信号孔周围的第一信号接地孔，设置在第二信号孔周围的第二信号接地孔和设置在第二共面波导两侧的第二共面波导接地孔；
射频同轴的输出端与第一共面波导相连，第一共面波导和第二共面波导均连接在双面印制板的上表面，第一共面波导和第二共面波导异面，微带线连接在双面印制板的下表面，第一信号孔、第二信号孔、第一共面波导接地孔和第二信号接地孔均设置在双面印制板中；
射频信号通过射频同轴输入并传输至第一共面波导，第一共面波导将射频信号通过第一信号孔传输至微带线，微带线通过第二信号孔传输至第二共面波导输出。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，射频同轴包括同轴外导体、同轴内导体和连接在同轴外导体前侧、同轴内导体外侧的空气腔，空气腔连接在双面印制板的侧部，同轴内导体与第一共面波导相连。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，空气腔的厚度是同轴外导体厚度的1/6。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，同轴外导体的半径为0.9mm、长度为1.8mm，同轴内导体半径为0.15mm、总长度为2.7mm，空气腔的半径为0.5mm、长度为0.3mm。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，第一共面波导和第二共面波导的宽度、长度均相同且方向垂直，第一信号孔的孔盘与第一共面波导的末端相连，第一信号孔的孔盘与第二共面波导的起始端相连。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，第一共面波导、微带线和第二共面波导的宽度均相同。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，第一共面波导、微带线和第二共面波导的宽度均为0.55mm，第一共面波导和二共面波导的长度均为1.3mm、距地高度为0.6mm，微带线的长度为0.7mm。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，一信号孔和第二信号孔均垂直贯通的设置在双面印制板中，第一信号接地孔以第一信号孔为轴心圆周排列，第二信号接地孔以第二信号孔为轴心圆周排列，第一信号孔和第二信号孔以类同轴的方式传输信号。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，第一共面波导接地孔和第二信号接地孔各为4个圆柱形通孔，第一信号接地孔和第二信号接地孔各为8个圆柱形通孔。
本发明所述的一种宽带异面传输线，作为优选方式，双面印制板的上表面和下表面均设置电路和元器件；
双面印制板的材料为纺织玻璃布增强的陶瓷填充材料/碳氢化合物复合材料，双面印制板为高频板。
本发明的技术解决问题是：克服目前带宽宽、小型化以及传输损耗大，提供了一种低损耗的异面传输线过渡设计方法，用于解决射频传输宽带、小型化等问题。
本发明的技术解决方案是：带宽宽、小型化以及传输损耗大是微带线射频传输的难题。一种宽带异面传输线的过渡设计方法，不仅解决了损耗大的问题，同时也达到了小型化的目标。
为了解决小型化的问题，采用异面传输线的过渡形式，构成90度弯折异面传输射频结构，可有效利用传输的空间。
为了实现宽带低损耗射频电路设计，采用射频同轴-共面波导-类同轴-微带线-类同轴-共面波导的设计方式，通过优化电路结构、阻抗匹配以及过渡形式，最终实现宽带低损耗的电路设计。
本发明具有以下优点：
微波毫米波电路设计中，宽带小型化以及传输性能等相互制约，采用本设计中的宽带异面传输线低损耗过渡设计方法，是获得电路性能优良的有效途径。
1)本发明工作频率为DC～30GHz，通过阻抗匹配及优化电路设计，最终得到回波损耗优于15dB，插入损耗优于0.28dB，信号在DC～30GHz射频传输性能良好。
2)本发明使用异面传输线设计，包含采用射频同轴-共面波导-类同轴-微带线-类同轴-共面波导传输结构，通过水平过渡以及垂直过渡，实现了异面传输线设计，高效利用空间，满足了小型化的需求。
附图说明
图1为一种宽带异面传输线的异面传输线过渡模型立体图；
图2为一种宽带异面传输线的异面传输线过渡模型俯视图；
图3为一种宽带异面传输线的异面传输线过渡模型主视图；
图4为一种宽带异面传输线的异面传输线过渡模型水平过渡示意图；
图5为一种宽带异面传输线的双面印制板结构示意图；
图6为一种宽带异面传输线的共面波导与微带线垂直过渡异面传输示意图；
图7为一种宽带异面传输线的正面传输示意图；
图8为一种宽带异面传输线的背面传输示意图；
图9为一种宽带异面传输线的射频同轴优化匹配仿真结果示意图；
图10为一种宽带异面传输线的传输线异面过渡结构仿真结果示意图。
附图标记：
1、射频同轴；2、第一共面波导；3、第一信号孔；4、微带线；5、第二信号孔；6、第二共面波导；7、第一共面波导接地孔；8、第一信号接地孔；9、第二信号接地孔；10、第二共面波导接地孔；11、双面印制板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1～3、6～8所示，一种宽带异面传输线，包括依次连接的射频同轴1、第一共面波导2、第一信号孔3、微带线4、第二信号孔5和第二共面波导6，设置在第一共面波导2两侧的第一共面波导接地孔7，设置在第一信号孔3周围的第一信号接地孔8，设置在第二信号孔5周围的第二信号接地孔9和设置在第二共面波导6两侧的第二共面波导接地孔10；
射频同轴1的输出端与第一共面波导2相连，第一共面波导2和第二共面波导6均连接在双面印制板11的上表面，第一共面波导2和第二共面波导6异面，微带线4连接在双面印制板11的下表面，第一信号孔3、第二信号孔5、第一共面波导接地孔7和第二信号接地孔9均设置在双面印制板11中；
射频信号通过射频同轴1输入并传输至第一共面波导2，第一共面波导2将射频信号通过第一信号孔3传输至微带线4，微带线4通过第二信号孔5传输至第二共面波导6输出；
如图4所示，射频同轴1包括同轴外导体11、同轴内导体12和连接在同轴外导体11前侧、同轴内导体12外侧的空气腔13，空气腔13连接在双面印制板11的侧部，同轴内导体12与第一共面波导2相连；
空气腔13的厚度是同轴外导体11厚度的1/6；
同轴外导体11的半径为0.9mm、长度为1.8mm，同轴内导体12半径为0.15mm、总长度为2.7mm，空气腔13的半径为0.5mm、长度为0.3mm；
第一共面波导2和第二共面波导6的宽度、长度均相同且方向垂直，第一信号孔3的孔盘与第一共面波导2的末端相连，第二信号孔5的孔盘与第二共面波导6的起始端相连；
第一共面波导2、微带线4和第二共面波导6的宽度均相同；
第一共面波导2、微带线4和第二共面波导6的宽度均为0.55mm，第一共面波导2和二共面波导6的长度均为1.3mm、距地高度为0.6mm，微带线4的长度为0.7mm；
第一信号孔3和第二信号孔5均垂直贯通的设置在双面印制板11中，第一信号接地孔8以第一信号孔3为轴心圆周排列，第二信号接地孔9以第二信号孔5为轴心圆周排列，第一信号孔3和第二信号孔5以类同轴的方式传输信号；
第一共面波导接地孔7和第二信号接地孔9的数量均为4个，第一信号接地孔8和第二信号接地孔9的数量均为8个；
如图5所示，双面印制板11的上表面和下表面均设置电路和元器件；
双面印制板11的材料为纺织玻璃布增强的陶瓷填充材料/碳氢化合物复合材料，双面印制板11为高频板。
图5是本发明双面印制板结构示意图。11为Rogers RO4350B的双面印制板，印制板的正面两面均有电路以及元器件，例如设置在正面印制板的元器件，设置在背面印制板的元器件，2为印制板正面的传输线通过3垂直过渡传输至印制板背面4传输线，再经过5垂直过渡传输至印制板正面传输线6，射频信号经过异面传输并输出，这种传输过程在电路设计中可以充分利用印制板的空间，使射频信号经过90度异面传输，提高集成度。本设计中采用Rogers RO4350B双面印制板是电路设计中经常使用的介质材料，在此基础上的设计具有通用性，可为以后设计提供参考。
图2为本发明异面传输线过渡模型俯视图示意图，图3本发明异面传输线过渡模型主视图示意图。该异面传输模型采用射频同轴-共面波导-类同轴-微带线-类同轴-共面波导的设计，11为Rogers RO4350B的双面印制板，射频信号通过射频同轴1输入信号，13为射频同轴的空气腔，射频信号通过12传输至印制板正面的共面波导2，共面波导2两侧设置地，7为共面波导2的接地孔，共面波导2将射频信号通过信号孔3传输至印制板背面的微带线4，微带线4再通过信号孔5传输至印制板正面共面波导6输出，两个共面波导呈现90度异面形式，实现了传输线的异面传输，这样设计能够充分利用印制板的空间，达到小型化的目的。
图4为本发明射频同轴与共面波导水平过渡示意图。接插件与外界传输信号的过渡方式包括水平与垂直两种，图中所示的为水平传输，射频同轴11的外径为0.9mm，长度为1.8mm，内径12为0.15mm，长度为2.7mm，同轴线内导体与共面波导连接时，内导体不是同轴线，会产生阻抗失配。因此，需要在同轴线和微带线之间增加空气腔，利用腔体的阶梯变换实现射频同轴-共面波导过渡的良好性能。
图9为本发明射频同轴优化匹配仿真结果示意图。空气腔13的内径为0.5mm，通过优化空气腔的厚度l2，得到最优性能。仿真优化l2＝0～0.5mm(步进0.1mm)，优化后的仿真结果如图9所示，根据序号1～6依次为0、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm，当l2＝0.3mm时，最性能最佳，DC～30GHz内插入损耗小于0.3dB。
图6～8本发明共面波导与微带线垂直过渡异面传输示意图。2为印制板正面的共面波导，共面波导的宽度w1＝0.55mm，长度l1＝1.3mm，与地之间的间距s1＝0.6mm，7为共面波导的接地孔，半径为0.15mm。射频信号由共面波导通过信号孔3以类同轴方式传输至印制板背面的微带线4，类同轴的信号孔周围有8个接地孔7，信号孔3的半径为0.15mm，微带线4的宽度为w2＝0.55mm，长度l2＝0.7mm，信号再通过信号孔5以类同轴方式传输垂直过渡到正面印制板垂直方向的共面波导6，实现了微带线的异面传输。
图10为本发明传输线异面过渡结构仿真结果示意图。1为仿真结果回波损耗，图中显示DC～30GHz内，回波损耗优于15dB，2为仿真结果插入损耗，图中显示DC～30GHz内，插入损耗优于0.28dB。
本设计宽带异面传输线的过渡设计，通过阻抗匹配以及类同轴的传输模式，异面传输设计实现了射频传输宽带、低损耗、小型化的目标。
宽带、小型化、低损耗的特点是异面传输线过渡设计的优良特性，该方法可作为通用化的方式应用在电路设计的需求中。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽带异面传输线，其特征在于：包括依次连接的射频同轴(1)、第一共面波导(2)、第一信号孔(3)、微带线(4)、第二信号孔(5)和第二共面波导(6)，设置在所述第一共面波导(2)两侧的第一共面波导接地孔(7)，设置在所述第一信号孔(3)周围的第一信号接地孔(8)，设置在所述第二信号孔(5)周围的第二信号接地孔(9)和设置在所述第二共面波导(6)两侧的第二共面波导接地孔(10)；
所述射频同轴(1)的输出端与所述第一共面波导(2)相连，所述第一共面波导(2)和所述第二共面波导(6)均连接在双面印制板(11)的上表面，所述第一共面波导(2)和所述第二共面波导(6)异面，所述微带线(4)连接在所述双面印制板(11)的下表面，所述第一信号孔(3)、所述第二信号孔(5)、所述第一共面波导接地孔(7)和所述第二信号接地孔(9)均设置在所述双面印制板(11)中；
射频信号通过所述射频同轴(1)输入并传输至所述第一共面波导(2)，所述第一共面波导(2)将所述射频信号通过所述第一信号孔(3)传输至所述微带线(4)，所述微带线(4)通过所述第二信号孔(5)传输至所述第二共面波导(6)输出。
2.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述射频同轴(1)包括同轴外导体(11)、同轴内导体(12)和连接在所述同轴外导体(11)前侧、所述同轴内导体(12)外侧的空气腔(13)，所述空气腔(13)连接在所述双面印制板(11)的侧部，所述同轴内导体(12)与所述第一共面波导(2)相连。
3.根据权利要求2所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述空气腔(13)的厚度是所述同轴外导体(11)厚度的1/6。
4.根据权利要求2所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述同轴外导体(11)的半径为0.9mm、长度为1.8mm，所述同轴内导体(12)半径为0.15mm、总长度为2.7mm，所述空气腔(13)的半径为0.5mm、长度为0.3mm。
5.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述第一共面波导(2)和所述第二共面波导(6)的宽度、长度均相同且方向垂直，所述第一信号孔(3)的孔盘与所述第一共面波导(2)的末端相连，所述第二信号孔(5)的孔盘与所述第二共面波导(6)的起始端相连。
6.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述第一共面波导(2)、所述微带线(4)和所述第二共面波导(6)的宽度均相同。
7.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述第一共面波导(2)、所述微带线(4)和所述第二共面波导(6)的宽度均为0.55mm，所述第一共面波导(2)和所述二共面波导(6)的长度均为1.3mm、距地高度为0.6mm，所述微带线(4)的长度为0.7mm。
8.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述所述第一信号孔(3)和所述第二信号孔(5)均垂直贯通的设置在所述双面印制板(11)中，所述第一信号接地孔(8)以所述第一信号孔(3)为轴心圆周排列，所述第二信号接地孔(9)以所述第二信号孔(5)为轴心圆周排列，所述第一信号孔(3)和所述第二信号孔(5)以类同轴的方式传输信号。
9.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述第一共面波导接地孔(7)和所述第二信号接地孔(9)各为4个圆柱形通孔，所述第一信号接地孔(8)和所述第二信号接地孔(9)各为8个圆柱形通孔。
10.根据权利要求1所述的一种宽带异面传输线，其特征在于：所述双面印制板(11)的上表面和下表面均设置电路和元器件；
所述双面印制板(11)的材料为纺织玻璃布增强的陶瓷填充材料/碳氢化合物复合材料，所述双面印制板(11)为高频板。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112563237A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-03-26 | 中国电子科技集团公司第四十三研究所 | 射频SiP陶瓷封装外壳及其制作方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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