CN201601224U - 一种ipex天线连接器双频pcb结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种IPEX天线连接器双频PCB结构，用于安装IPEX天线连接器，该结构包括：IPEX天线连接器焊盘，在安装IPEX天线连接器时与IPEX天线连接器焊接；高阻微带线，将所述IPEX天线连接器焊盘与开路微带线连接；开路微带线，通过50欧姆微带线连接到隔直电容。本实用新型中，改善WLAN双频工作下IPEX天线连接器的性能指标。

Description

一种IPEX天线连接器双频PCB结构

技术领域

本实用新型涉及电路板设计技术领域，尤其涉及一种IPEX(Interconnectand Packaging Electronics，电子装配互联)天线连接器双频PCB(Printed CircuitBoard，印制电路板)结构。

背景技术

IPEX天线连接器作为射频电路和天线的接口，缘于体积小、价格低，广泛应用于WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)相关产品单板上。由于IPEX天线连接器特征阻抗为50Ohm(欧姆)，目前单板上IPEX天线连接器最常用的PCB处理方式为：IPEX天线连接器焊盘120直接通过50Ohm微带传输线(微带线由印制电路板一面的走线和另一面的接地平板构成)110连接到隔直电容130，如图1所示。

仿真和实际测试表明，这种常规的PCB处理方法存在一些缺点：随着工作频率的上升，IPEX天线连接器的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio，驻波比)呈上升趋势，插入损耗也会随之增大。

其中，VSWR用来衡量无线信号通过功率源、传输线、最终进入负载的有效传输功率。实际系统中，由于阻抗失配将会导致部分功率向信号源方向反射(如同一个回波)，反射引起相消干扰，沿着传输线在不同时间、距离产生电压波峰、波谷。VSWR用于度量这些电压的变化，是传输线上最高电压与最低电压之比。

仿真所用的IPEX天线连接器HFSS(High Frequency Structure Simulator，高频结构电磁场仿真器)模型如图2所示，包括：连接器信号端210、连接器接地端(包括外围220和底座230)和介质240。其中，连接器信号端210和连接器接地端为金属。

下面通过结合图1和图2进行仿真，观察IPEX天线连接器常规PCB处理方法存在的缺点：

单板层叠参考常用的层叠结构，如表1所示。成品板厚：1.0mm+/-10％。介质材料：FR4，ε_r＝4.25，损耗正切：tanδ＝0.02。

表1：单板层叠

图1常规PCB处理方法的HFSS仿真模型如图3所示，IPEX天线连接器310固定在PCB层叠350的焊盘330上，PCB层叠350上位于IPEX天线连接器310下方设有接地过孔320，IPEX天线连接器310的信号通过焊盘330、表层RF走线340连接到隔直电容。该图中进行了局部简化，删除了部分接地过孔，对仿真结果不构成影响。

HFSS仿真结果如图4、5、6所示，图4为回波损耗曲线，图5为插入损耗曲线，图6为驻波曲线。从仿真结果中可以看出，现有单板常用的PCB处理方式下，IPEX天线连接器插入损耗随着频率线性增加，频率越高回波损耗也变差。由于WLAN产品应用在两个频段：2G(2.412～2.484GHz)和5G(5.15～5.825GHz)。2G频段插入损耗的仿真结果为-0.14dB左右，回波损耗为-17.6dB左右；5G频段插入损耗的仿真结果为-0.4dB～-0.5dB，回波损耗为-11.1～-11.9dB，驻波效果不甚理想，特别是5G频段，达到了1.7。

实用新型内容

本实用新型提供了一种IPEX天线连接器双频PCB结构，减小各频段的驻波比及插入损耗。

本实用新型提供了一种IPEX天线连接器双频PCB结构，用于安装IPEX天线连接器，该结构包括：

IPEX天线连接器焊盘，在安装IPEX天线连接器时与IPEX天线连接器焊接；

高阻微带线，将所述IPEX天线连接器焊盘与开路微带线连接；

开路微带线，通过50欧姆微带线连接到隔直电容。

所述IPEX天线连接器信号焊盘投影下方第二层接地面设置掏空区域。

所述掏空区域为矩形、圆形或正六边形。

所述掏空区域大于所述IPEX天线连接器焊盘。

所述IPEX天线连接器焊盘中心到掏空区域边缘的长度大于所述IPEX天线连接器焊盘中心到所述IPEX天线连接器焊盘边缘的长度。

所述开路微带线沿所述高阻微带线或50欧姆微带线对称分布。

所述高阻微带线和50欧姆微带线的水平中心线位于同一水平线上。

所述开路微带线和所述50欧姆微带线设置在IPEX天线连接器外框顶端一侧，所述高阻微带线从所述IPEX天线连接器焊盘延水平方向引出，与所述开路微带线连接。

所述开路微带线和所述50欧姆微带线设置在IPEX天线连接器外框向上侧，所述高阻微带线从IPEX天线连接器焊盘延垂直方向向上引出，与开路微带线连接；或

所述开路微带线和所述50欧姆微带线设置在IPEX天线连接器外框向下侧，所述高阻微带线从IPEX天线连接器焊盘延垂直方向向下引出，与开路微带线连接。

所述50欧姆微带线宽为18mil；

所述高阻微带线宽为5mil，IPEX天线连接器焊盘中心到所述开路微带线边缘的线长为80mil；

所述开路微带线宽为25mil，长为65mil。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型中，大大改善WLAN双频工作下IPEX天线连接器的性能指标，2G频段回波损耗能改善10dB以上，5G频段能改善20dB，保证双频工作下驻波均小于1.1。另外，插入损耗也得到一定程度的改善，特别的5G频段，优化后插入损耗减小了一半；另外本实用新型PCB电路结构简单，实现方便，值得推广应用。

附图说明

图1是现有技术中IPEX天线连接器常规PCB处理方法示意图；

图2是现有技术中IPEX天线连接器HFSS结构示意图；

图3是现有技术中IPEX天线连接器常规PCB处理模型示意图；

图4是现有技术中IPEX天线连接器常规PCB处理下回波损耗示意图；

图5是现有技术中IPEX天线连接器常规PCB处理下插入损耗示意图；

图6是现有技术中IPEX天线连接器常规PCB处理下驻波示意图；

图7是实用新型中IPEX天线连接器双频PCB优化方案示意图；

图8是实用新型中IPEX天线连接器双频PCB优化方案模型示意图；

图9是实用新型中IPEX天线连接器双频PCB优化后回波损耗示意图；

图10是实用新型中IPEX天线连接器双频PCB优化后插入损耗示意图；

图11是实用新型中IPEX天线连接器双频PCB优化后驻波示意图。

具体实施方式

本实用新型中，针对IPEX天线连接器在WLAN双频(802.11b/g和802.11a)下的应用，对IPEX天线连接器现有的常规PCB处理方法进行改进优化，使得IPEX天线连接器双频工作下的驻波比都小于1.1，有效解决原先802.11a频段下驻波比过大，性能不佳的问题，同时减小插入损耗，进而提高双频段射频指标。

本实用新型提供了一种IPEX天线连接器双频PCB结构，用于安装IPEX天线连接器，该结构如图7所示，包括：IPEX天线连接器焊盘710，在安装IPEX天线连接器时与IPEX天线连接器焊接；高阻微带线720，将IPEX天线连接器焊盘710与开路微带线730连接；开路微带线730，通过50欧姆微带线740连接到隔直电容750。其中，PCB的表层布设传输线并设置焊盘，第二层平面接GND(地)，过孔均接GND，第三层和第四层平面同样接GND。

相比较常规设计，此次优化改进体现在两部分：一部分是在PCB表层部分增加了高阻微带线720和开路微带线730，高阻微带线720的作用相当于电感，开路微带线730的作用相当于电容，因此，高阻微带线720和开路微带线730可以组成谐振电路，增加谐振点，使5G点向下移。其中，微带线指只有一边存在参考平面的传输线，也就是指走在PCB顶层或者PCB底层的信号线。

另一部分是在IPEX天线连接器焊盘投影下方第二层接地平面设置掏空区域760，以减小IPEX天线连接器焊盘容性，使回波损耗整体下移。

改进后设置的具体数值如下，50欧姆微带线740宽为18mil，高阻微带线720线宽5mil，高阻微带线720线长(指IPEX天线连接器焊盘中心到开路微带线730边缘的距离)80mil，开路微带线730尺寸为65(长)×25(宽)mil。开路微带线730沿高阻微带线720(或50欧姆微带线740)对称分布，即开路微带线730的水平中心线与高阻微带线720的水平中心线位于同一水平线上，或开路微带线730的水平中心线与50欧姆微带线740的水平中心线位于同一水平线上。另外，在设计中需要保证IPEX天线连接器焊盘中心到第二层接地平面的掏空区域边缘的长度大于所述IPEX天线连接器焊盘中心到所述IPEX天线连接器焊盘边缘的长度，例如，IPEX天线连接器焊盘为42(宽)×43(长)mil，第二层接地平面的掏空区域即为64(宽)×65(长)mil时(设IPEX天线连接器焊盘与掏空区域中心点一致)，IPEX天线连接器焊盘中心到第二层接地平面的掏空区域边缘的长度比所述IPEX天线连接器焊盘中心到所述IPEX天线连接器焊盘边缘的长度长11mil。另外，本实施例中掏空区域为矩形，实际设计中，只要保证掏空区域包含全部焊盘区域，也可以设计为其他形状，例如圆形、六边形等。

本实用新型图7中，高阻微带线720的水平中心线、50欧姆微带线740的水平中心线位于同一水平线上。但实际设计中高阻微带线720的水平中心线和50欧姆微带线740的水平中心线也可以不位于同一条水平线上，例如高阻微带线720的水平中心线高于50欧姆微带线740的水平中心线，或50欧姆微带线740的水平中心线高于高阻微带线720的水平中心线。

本实用新型图7中，开路微带线730和50欧姆微带线740设置在IPEX天线连接器外框顶端一侧(IPEX天线连接器外框顶端为距离焊盘近的一端)，高阻微带线720从焊盘延水平方向引出，与开路微带线730连接。实际设计中，也可以将开路微带线730和50欧姆微带线740设置在IPEX天线连接器外框两侧：当开路微带线730和50欧姆微带线740设置在IPEX天线连接器外框两侧的向上侧，高阻微带线720从IPEX天线连接器焊盘延垂直方向向上引出，与开路微带线730连接；当开路微带线730和50欧姆微带线740设置在IPEX天线连接器外框两侧的向下侧，高阻微带线720从IPEX天线连接器焊盘延垂直方向向下引出，与开路微带线730连接。

本实用新型双频PCB优化方案的HFSS仿真模型如图8所示，IPEX天线连接器810通过焊盘820连接到PCB的焊盘上，PCB的焊盘周围是掏空区域830，PCB的焊盘通过高阻微带线840连接到开路微带线850，开路微带线850通过50ohm微带线860连接到隔直电容。该图中同样进行了局部简化，删除了部分接地过孔，对仿真结果不构成影响。

HFSS仿真结果如图9、10、11所示，图9为回波损耗曲线，图10为插入损耗曲线，图11为驻波曲线。从仿真结果中可以看出，IPEX天线连接器插入损耗和回波损耗都得到很大改善，特别是5G频段。插入损耗不再随频率一直线性增大，而是在6.5GHz之前，斜率较小，6.5GHz后面斜率较大，这样使得双频工作下插入损耗都较小；回波损耗曲线由于出现谐振点，使得回波损耗曲线下降再上升，5G频段回波损耗得到很大改善。2G频段插入损耗的维持在-0.095dB左右，回波损耗为-28dB左右，驻波比为1.08；而5G频段插入损耗的仿真结果为-0.21dB～-0.25dB，回波损耗为-32.8～-33.4dB，驻波比为1.04。

对比优化前后的仿真结果可以得到：本实用新型能大大改善WLAN双频工作下IPEX天线连接器的性能指标，2G频段回波损耗能改善10dB以上，5G频段能改善20dB，保证双频工作下驻波均小于1.1。插入损耗方面也得到一定程度的改善，特别在5G频段，优化后插入损耗减小了一半。另外本实用新型PCB电路结构简单，实现方便，值得推广应用。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种IPEX天线连接器双频PCB结构，用于安装IPEX天线连接器，其特征在于，该结构包括：

IPEX天线连接器焊盘，在安装IPEX天线连接器时与IPEX天线连接器焊接；

高阻微带线，将所述IPEX天线连接器焊盘与开路微带线连接；

开路微带线，通过50欧姆微带线连接到隔直电容。

2.如权利要求1所述的双频PCB结构，其特征在于，所述IPEX天线连接器信号焊盘投影下方第二层接地面设置掏空区域。

3.如权利要求2所述的双频PCB结构，其特征在于，所述掏空区域为矩形、圆形或正六边形。

4.如权利要求2所述的双频PCB结构，其特征在于，所述掏空区域大于所述IPEX天线连接器焊盘。

5.如权利要求4所述的双频PCB结构，其特征在于，所述IPEX天线连接器焊盘中心到掏空区域边缘的长度大于所述IPEX天线连接器焊盘中心到所述IPEX天线连接器焊盘边缘的长度。

6.如权利要求1所述的双频PCB结构，其特征在于，

所述开路微带线沿所述高阻微带线或50欧姆微带线对称分布。

7.如权利要求1所述的双频PCB结构，其特征在于，所述高阻微带线的水平中心线和所述50欧姆微带线的水平中心线位于同一水平线上。

8.如权利要求1所述的双频PCB结构，其特征在于，

所述开路微带线和所述50欧姆微带线设置在IPEX天线连接器外框顶端一侧，所述高阻微带线从所述IPEX天线连接器焊盘延水平方向引出，与所述开路微带线连接。

9.如权利要求1所述的双频PCB结构，其特征在于，

所述开路微带线和所述50欧姆微带线设置在IPEX天线连接器外框向上侧，所述高阻微带线从IPEX天线连接器焊盘延垂直方向向上引出，与所述开路微带线连接；或

所述开路微带线和所述50欧姆微带线设置在IPEX天线连接器外框向下侧，所述高阻微带线从IPEX天线连接器焊盘延垂直方向向下引出，与所述开路微带线连接。

10.如权利要求1至9中任一项所述的双频PCB结构，其特征在于，

所述50欧姆微带线宽为18mil；

所述高阻微带线宽为5mil，IPEX天线连接器焊盘中心到所述开路微带线边缘的线长为80mil；

所述开路微带线宽为25mil，长为65mil。

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