TWM456046U - 電路板結構及低雜訊降頻器 - Google Patents

Description

電路板結構及低雜訊降頻器

本創作係指一種電路板結構，尤指一種用於一低雜訊降頻器中，用來傳遞兩交錯射頻訊號的電路板結構。

衛星通訊接收裝置由一碟型反射面(Dish Reflector)及低雜訊降頻器(Low Noise Block Down-converter with Feedhorn，LNBF)所組成，低雜訊降頻器用來接收碟型反射面所反射之衛星訊號，將衛星訊號降頻至中頻，再傳送至後端之一衛星訊號處理器進行訊號處理，使大眾能夠收看衛星電視節目。

請參考第1圖，第1圖為習知一低雜訊降頻器10之電路結構示意圖。低雜訊降頻器10具有雙訊號輸出功能，因此可供兩個用戶同時收看衛星電視節目。低雜訊降頻器10包含有低雜訊放大器(Low Noise Amplifier，LNA)101~112、功率分配器121~124、濾波器131及132、混波器141及142、震盪器151~154以及一交叉結構160。低雜訊降頻器10中各元件的連接關係如第1圖所示。

操作上，當低雜訊降頻器10接收到衛星訊號時，依據極化的不同，衛星訊號可分為垂直極化的一射頻訊號SV以及水平極化的一射頻訊號SH。低雜訊降頻器10可控制其內部元件的操作電壓對射 頻訊號SV及SH進行訊號處理，其中處理射頻訊號SV及SH的操作電壓分別為13及18伏特。射頻訊號SV進入低雜訊降頻器10時，射頻訊號SV首先透過低雜訊放大器101及102進行二級訊號放大，經由功率分配器121作功率分配後，部分的射頻訊號SV透過低雜訊放大器103進行訊號放大，其餘的射頻訊號SV傳送至低雜訊放大器109進行訊號放大。低雜訊放大器103及104的輸出端彼此耦接以將射頻訊號SV及SH合成為另一射頻訊號SVH1，射頻訊號SVH1透過低雜訊放大器105進行訊號放大，經由濾波器131進行濾波，再透過混波器141與本地震盪訊號L1或L2進行混波，轉換射頻訊號SVH1的操作頻率，以產生中頻的射頻訊號S1。

相似地，射頻訊號SH進入低雜訊降頻器10時，射頻訊號SH首先透過低雜訊放大器107及108進行二級訊號放大，經由功率分配器123作功率分配後，部分的射頻訊號SH透過低雜訊放大器110進行訊號放大，其餘的射頻訊號SH傳送至低雜訊放大器104進行訊號放大。低雜訊放大器109及110的輸出端彼此耦接以將射頻訊號SV及SH合成為另一射頻訊號SVH2，射頻訊號SVH2透過低雜訊放大器111進行訊號放大，經由濾波器132進行濾波，再透過混波器142與本地震盪訊號L1或L2進行混波，轉換射頻訊號SVH2的操作頻率，以產生中頻的射頻訊號S2。

在此架構中，低雜訊降頻器10可控制震盪器151~154的運作來分別產生本地震盪訊號L1及L2，或者，低雜訊降頻器10也可透 過功率分配器122及124來控制本地震盪訊號L1及L2的訊號大小，如此即可產生不同操作頻率的中頻訊號S1及S2。舉例來說，在Ku頻帶的應用中，下列算式分別為低雜訊降頻器10的降頻轉換公式(單位：GHz)。

SV/SH(10.7~12.75)-L1(9.75)=S1(0.95~3.0)

SV/SH(10.7~12.75)-L2(10.6)=S2(0.1~2.15)

請參考第2圖，第2圖為低雜訊降頻器10之外觀示意圖。低雜訊降頻器10包含有電路板11及12、分隔件(Spacer)13及14、一殼體15、輸出埠P1及P2以及複數個貫穿柱(Thru pin)16。電路板11及12分別設置於殼體15的兩側，電路板11及12上包含有用於第1圖中執行訊號轉換處理的相關電路。分隔件13及14分別設置於電路板11及12的另一側，用來分別覆蓋電路板11及12。貫穿柱16貫穿於電路板11及12以及殼體15之中，用來傳遞電路板11及12之間的訊號。輸出埠P1及P2耦接於電路板11，用來分別輸出中頻訊號S1及S2至外部訊號處理器。

然而，在上述架構中，衛星訊號(即射頻訊號SV及SH)的操作頻率以及中頻訊號S1及S2的操作頻率皆屬高頻頻率，因此當射頻訊號SV及SH通過貫穿柱16時，傳輸線之間的阻抗不連續，即貫穿柱16與電路板11及12具有不同的特徵阻抗，使射頻訊號SV及SH的回返耗損(Return loss)及插入耗損(Insertion loss)皆不佳。

再者，任一貫穿柱16與其他貫穿柱16之間的隔離度不佳，使貫穿柱16上的訊號可藉由耦合或輻射而產生串音效應(Crosstalk)而互相干擾。舉例來說，除了射頻訊號SV及SH，其他訊號如中頻訊號S1及S2以及本地震盪訊號L1及L2也可能因為訊號反射或訊號溢出而通過貫穿柱16而成為干擾雜訊。在第1圖中，假設混波器141使用震盪器122產生的本地震盪訊號L2對射頻訊號SVH1進行混波，而震盪器153產生的本地震盪訊號L1因為反射而從混波器142→濾波器132→功率放大器111及109→(在交叉結構160處藉由耦合或輻射而傳遞至)功率放大器104及105→濾波器131→混波器141。在此情況下，低雜訊降頻器10產生的中頻訊號S1則會含有本地震盪訊號L1與本地震盪訊號L2混波而產生的雜訊，如以下算式：(單位：GHz)

L1(10.6)-L2(9.75)=0.85

為了消除0.85GHz以及其諧波1.7GHz等雜訊，需另新增一濾波器或改變濾波器131的規格來濾除此雜訊，如此即增加低雜訊降頻器10的設計難度以及製造成本。

另一方面，在生產流程上，使用貫穿柱的組裝方式相當耗費人力，兩片電路板以及兩片分隔板也增加低雜訊降頻器10整體的重量，如此不僅增加生產成本，也使工程人員架設衛星電視系統的難度上升。因此，習知技術實有改善的必要。

因此，本創作的主要目的即在於提供一種電路板結構，用於一低雜訊降頻器中，用來傳遞兩交錯的射頻訊號，並改善上述問題。

本創作揭露一種電路板結構，用於一低雜訊降頻器中，用來傳遞相互交錯的一第一射頻訊號以及一第二射頻訊號，包含有複數個貫孔；一第一基板，包含有一第一導線，用來傳遞該第一射頻訊號；一第一接地導線，平行形成於該第一導線的一側；以及一第二接地導線，平行形成於該第一導線的另一側；以及一第二基板，電性連接於該第一基板，包含有一第二導線，用來傳遞該第二射頻訊號；一第三導線，透過該複數個貫孔之一者電性連接於該第一導線的一端，以傳遞該第一射頻訊號；以及一第四導線，透過該複數個貫孔之一者電性連接於該第一導線的另一端，以傳遞該第一射頻訊號。

請參考第3A圖至第3C圖，第3A圖至第3C圖分別為本創作實施例一電路板結構30之透視圖、下視圖以及上視圖。電路板結構30適用於第1圖中低雜訊降頻器10的交叉結構160，用來傳遞相互交錯的射頻訊號SV及SH。電路板結構30包含有複數個貫孔(Via)H1~H6、一第一基板31以及一第二基板32。第一基板31包含有一第一面311、一第二面312、一第一導線L1、一第一接地導線G1以及一第二接地導線G2。第二基板包含有一第一面321、一第二面322、一第二導線L2、一第三導線L3以及一第四導線L4。

詳細來說，第一導線L1用來傳遞射頻訊號SV。第一接地導線G1平行形成於第一導線L1的一側，第一接地導線G1的兩端分別電性連接於貫孔H3及貫孔H4。第二接地導線G2平行形成於第一導線L1的另一側，第二接地導線G2的兩端分別電性連接於貫孔H5及貫孔H6。其中第一導線L1、第一接地導線G1以及第二接地導線G2形成於第一面311上。第一接地導線G1透過貫孔H3及H4電性連接於第二基板32的接地部(未繪於第3A圖)，第二接地導線G2透過貫孔H5及H6電性連接於第二基板32的接地部。第二導線L2用來傳遞射頻訊號SH。第三導線形成於第二導線L2的一側，透過貫孔H1電性連接於第一導線L1的一端，以傳遞射頻訊號SV，第四導線形成於第二導線L2的另一側，透過貫孔H2電性連接於第一導線L1的另一端，以傳遞射頻訊號SV。其中第二導線L2、第三導線L3以及第四導線L4形成於第二基板32的第二面322上。

換句話說，在交叉結構160中，一節點B至一節點C的訊號路徑相當於電路板結構30的第二導線L2，一節點A至一節點D的訊號路徑相當於電路板結構30的第三導線L3、第一導線L1及第四導線L4。由於第三導線L3與第四導線L4彼此不直接相連接，因此利用貫孔H1及H2將第一導線L1跨接於第三、第四導線L3及L4之間的結構，使得電路板結構30可傳遞彼此交錯的射頻訊號SV(節點A至C)及射頻訊號SH(節點B至D)。

如此一來，貫孔H1~H6即可取代第2圖的貫穿柱16，貫孔H1~H6貫穿第一基板31及第二基板32，作為第一基板31與第二基板32之間的訊號傳遞橋梁，以傳遞射頻訊號SV。當射頻訊號SV由第二基板傳遞至第一基板31時，貫孔H3~H6以及第一、第二接地導線可作為射頻訊號SV的參考接地面，因此即使在訊號穿層的狀況下，也得以參考連續的接地部，使射頻訊號SV的傳輸線阻抗的變化較低，以降低回返耗損。再者，電路板結構30採用共面波導(CoPlanar Waveguide，CPW)的設計原理，因此設計者可調整導線線寬以及基板的介電係數，設計合適的傳輸線並確保傳輸線阻抗的一致性。在製作上，第一基板31較佳地透過一表面黏著技術(Surface Mount Technology，SMT)電性連接於第二基板32。第二基板32可視為一主板(Mother board)，而第一基板31可視為一子板(Daughter board)，第一、第二基板31及32可使用相同板材製作而具有相同的介電係數，如此不僅節省電路板的製作成本、省去傳統組裝貫穿柱16的人力及工時、也可降低組裝過程對產品的變異性。

請參考第3B圖，為了加強第二導線L2、第三導線L3以及第四導線L4之間的隔離度以及降低電磁輻射效應，第二基板32的第二面322上可設置有一分隔件33，分隔件33包含有分隔單元331及332。分隔單元331形成於第二導線L2與第三導線L3之間，透過貫孔H3及H5電性連接於第一、第二接地導線G1及G2的一端。 分隔單元332形成於第二導線L2與第四導線L4之間，透過貫孔H4及H6電性連接於第一、第二接地導線G1及G2的另一端。分隔單元331及332具有一高度HT，例如2mm，使分隔單元331及332阻隔或遮蔽射頻訊號SH及SH的電磁輻射。如以一來，分隔單元331及332可用來阻隔或遮蔽射頻訊號SV以及射頻訊號SH的電磁輻射，以防止射頻訊號SV與射頻訊號SH間的訊號干擾。

請參考第3C圖，第一基板31的第二面312上形成有一接地區域GND，接地區域GND透過貫孔H3~H6電性連接於分隔單元331及332(未繪於第3C圖中)。然而，不限於此，接地區域GND(等效為第二基板32的接地部)也可形成於第二基板32的第一面321上，同樣透過貫孔H3~H6電性連接於分隔單元331及332，或只要電性連接於貫孔H3~H6，即可阻隔或遮蔽射頻訊號SV與射頻訊號SH的電磁輻射。

請參考第4A圖至第4C圖，第4A圖至第4C圖分別為模擬電路板結構30的插入耗損、隔離度以及回返耗損的量測結果。第4A圖中，節點A至C(射頻訊號SV)的插入耗損以實線表示，節點B至D(射頻訊號SH)的插入耗損以虛線表示。表格1為第4A圖的量測數值：

由表格1可知，電路板結構30具有良好的插入耗損，在應用頻帶中(10.7~12.75GHz)，射頻訊號SV至少有81%的訊號能量可通過電路板結構30，射頻訊號SH至少有91%的訊號能量可通過電路板結構30。

第4B圖中，節點B與A的隔離度以實線表示，節點A與D的隔離度以長虛線表示，節點C與D的隔離度以短虛線表示。表格2為第4B圖的量測數值：

由表格2可知，電路板結構30具有良好的隔離度，在應用頻帶中(10.7~12.75GHz)，各節點(B-A、A-D、C-D)之間的隔離度至少小於-35.2dB，表示電路板結構30僅有少於0.03%的訊號流通至各節點之間。

第4C圖中，節點A的回返耗損以實線表示，節點B的回返耗損以長虛線表示，節點C的回返耗損以短虛線表示，節點D的回返 耗損以粗體線表示。節點C在頻率10.7GHz及12.75GHz的回返耗損分別為-13.2dB及-14.2dB，表示在節點C處僅反射4.7%及3.8%的訊號能量，其餘節點A、B及D的回返耗損皆小於節點C的回返耗損，因此電路板結構30具有良好的回返耗損。

請參考第5A圖及第5B圖，第5A圖為本創作實施例一低雜訊降頻器50之外觀示意圖，第5B圖為低雜訊降頻器50之局部外觀示意圖。如第5A圖所示，低雜訊降頻器50包含有電路板51、分隔件53以及一殼體55。電路板51上形成有電路板結構30，電路板51設置於殼體55與分隔件53之間，可將電路板結構30包覆於其中。

值得注意的是，如第5B圖所示，殼體55上形成有一槽孔區域56，用來容納電路板結構30的第一基板31。槽孔區域56具有一槽孔區域高度DT，如1.1mm，使殼體55阻隔或遮蔽射頻訊號SV及SH的電磁輻射。

綜上所述，相較於傳統第2圖的低雜訊降頻器10，本創作之低雜訊降頻器50只需單一電路板51及單一分隔件53即可完成相同的降頻處理動作，如此可省去傳統組裝貫穿孔所耗費的人力、工時及生產成本。低雜訊降頻器50的整體重量及體積也比第2圖的低雜訊降頻器10輕及小，可提升工程人員安裝衛星電視系統的便利性。除此之外，電路板結構30的共面波導設計方式，可適當調整傳輸線的 特徵阻抗，因此具有較佳的插入耗損、回返耗損以及隔離度。再搭配殼體與分隔件的結構設計，可阻隔或遮蔽射頻訊號的電磁輻射，降低射頻訊號彼此間的耦合或串音效應，改善低雜訊降頻器整體的訊雜比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)。

以上所述僅為本創作之較佳實施例，凡依本創作申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本創作之涵蓋範圍。

10、20、50‧‧‧低雜訊降頻器

11、12、51‧‧‧電路板

13、14、33、53‧‧‧分隔件

15、55‧‧‧殼體

16‧‧‧貫穿柱

P1、P2‧‧‧輸出埠

101~112‧‧‧低雜訊放大器

121~124‧‧‧功率分配器

131、132‧‧‧濾波器

141、142‧‧‧混波器

151~154‧‧‧震盪器

160‧‧‧交叉結構

SV、SH、SVH1、SVH2‧‧‧射頻訊號

S1、S2‧‧‧中頻訊號

L1、L2‧‧‧本地震盪訊號

A、B、C、D‧‧‧節點

H1~H6‧‧‧貫孔

31‧‧‧第一基板

32‧‧‧第二基板

311、321‧‧‧第一面

312、322‧‧‧第二面

L1‧‧‧第一導線

L2‧‧‧第二導線

L3‧‧‧第三導線

L4‧‧‧第四導線

G1‧‧‧第一接地導線

G2‧‧‧第二接地導線

331、332‧‧‧分隔單元

56‧‧‧槽孔區域

HT‧‧‧高度

DT‧‧‧槽孔區域高度

GND‧‧‧接地區域

第1圖為習知一低雜訊降頻器之電路結構示意圖。

第2圖為第1圖之低雜訊降頻器之外觀示意圖。

第3A圖至第3C圖分別為本創作實施例一電路板結構之透視圖、下視圖以及上視圖。

第4A圖至第4C圖分別為模擬電路板結構的插入耗損、隔離度以及回返耗損的量測結果。

第5A圖為本創作實施例一低雜訊降頻器之外觀示意圖。

第5B圖為第5A圖之低雜訊降頻器之局部外觀示意圖。

30‧‧‧電路板結構

SV、SH‧‧‧射頻訊號

H1~H6‧‧‧貫孔

31‧‧‧第一基板

32‧‧‧第二基板

311、321‧‧‧第一面

312、322‧‧‧第二面

L1‧‧‧第一導線

L2‧‧‧第二導線

L3‧‧‧第三導線

L4‧‧‧第四導線

G1‧‧‧第一接地導線

G2‧‧‧第二接地導線

Claims (16)

1. 一種電路板結構，用於一低雜訊降頻器中，用來傳遞相互交錯的一第一射頻訊號以及一第二射頻訊號，包含有：一第一基板，包含有：一第一導線，用來傳遞該第一射頻訊號；一第一接地導線，平行形成於該第一導線的一側，該第一接地導線的兩端分別電性連接於一第一貫孔(Via)及一第二貫孔；以及一第二接地導線，平行形成於該第一導線的另一側，該第二接地導線的兩端分別電性連接於一第三貫孔及一第四貫孔；以及一第二基板，電性連接於該第一基板，包含有：一第二導線，用來傳遞該第二射頻訊號；一第三導線，形成於該第二導線的一側，透過一第五貫孔電性連接於該第一導線的一端，以傳遞該第一射頻訊號；以及一第四導線，形成於該第二導線的另一側，透過一第六貫孔電性連接於該第一導線的另一端，以傳遞該第一射頻訊號；其中該第三導線與該第四導線彼此不直接相連接，該第一、第二、第三、第四、第五及第六貫孔貫穿該第一基板及該第二基板。
2. 如請求項1所述之電路板結構，其另包含有一分隔件(Spacer)，設置於該第二基板上，包含有：一第一分隔單元，形成於該第二導線與該第三導線之間，透過該第一及第三貫孔電性連接於該第一、第二接地導線的一端；以及一第二分隔單元，形成於該第二導線與該第四導線之間，透過該第二及第四貫孔電性連接於該第一、第二接地導線的另一端；其中該第一分隔單元以及該第二分隔單元用來阻隔或遮蔽該第一射頻訊號以及該第二射頻訊號的電磁輻射，以防止該第一射頻訊號與該第二射頻訊號間的訊號干擾。
3. 如請求項2所述之電路板結構，其中該第一基板包含有一第一面，該第一導線、該第一接地導線以及該第二接地導線形成於該第一面上。
4. 如請求項3所述之電路板結構，其中該第一基板包含有一第二面以及一接地區域，該接地區域形成於該第二面上，該接地區域透過該第一、第二、第三及第四貫孔電性連接於該第一分隔單元以及該第二分隔單元。
5. 如請求項2所述之電路板結構，其中該第二基板包含有一第一面以及一接地區域，該接地區域形成於該第一面上，該接地區域透過該第一、第二、第三及第四貫孔電性連接於該第一分隔 單元以及該第二分隔單元。
6. 如請求項5所述之電路板結構，其中該第二基板包含有一第二面，該第二導線、該第三導線以及該第四導線形成於該第二面上，該分隔件設置於該第二面上。
7. 如請求項2所述之電路板結構，其中該第一、第二分隔單元具有一高度，使該第一、第二分隔單元阻隔或遮蔽該第一、第二射頻訊號的電磁輻射。
8. 一種低雜訊降頻器，包含有：一電路板結構，用來傳遞相互交錯的一第一射頻訊號以及一第二射頻訊號，包含有：一第一基板，包含有：一第一導線，用來傳遞該第一射頻訊號；一第一接地導線，平行形成於該第一導線的一側，該第一接地導線的兩端分別電性連接於一第一貫孔(Via)；及一第二貫孔；以及一第二接地導線，平行形成於該第一導線的另一側，該第二接地導線的兩端分別電性連接於一第三貫孔及一第四貫孔；以及一第二基板，電性連接於該第一基板，包含有：一第二導線，用來傳遞該第二射頻訊號； 一第三導線，形成於該第二導線的一側，透過一第五貫孔電性連接於該第一導線的一端，以傳遞該第一射頻訊號；以及一第四導線，形成於該第二導線的另一側，透過一第六貫孔電性連接於該第一導線的另一端，以傳遞該第一射頻訊號；以及一殼體，用來包覆該電路板結構；其中該第三導線與該第四導線彼此不直接相連接，該第一、第二、第三、第四、第五及第六貫孔貫穿該第一基板及該第二基板。
9. 如請求項8所述之低雜訊降頻器，其中該電路板結構另包含有一分隔件(Spacer)，設置於該第二基板上，包含有：一第一分隔單元，形成於該第二導線與該第三導線之間，透過該第一及第三貫孔電性連接於該第一、第二接地導線的一端；以及一第二分隔單元，形成於該第二導線與該第四導線之間，透過該第二及第四貫孔電性連接於該第一、第二接地導線的另一端；其中該第一分隔單元以及該第二分隔單元用來阻隔或遮蔽該第一射頻訊號以及該第二射頻訊號的電磁輻射，以防止該第一射頻訊號與該第二射頻訊號間的訊號干擾。
10. 如請求項9所述之低雜訊降頻器，其中該第一基板包含有一第一面，該第一導線、該第一接地導線以及該第二接地導線形成於該第一面上。
11. 如請求項10所述之低雜訊降頻器，其中該第一基板包含有一第二面以及一接地區域，該接地區域形成於該第二面上，該接地區域透過該第一、第二、第三及第四貫孔電性連接於該第一分隔單元以及該第二分隔單元。
12. 如請求項9所述之低雜訊降頻器，其中該第二基板包含有一第一面以及一接地區域，該接地區域形成於該第一面上，該接地區域透過該第一、第二、第三及第四貫孔電性連接於該第一分隔單元以及該第二分隔單元。
13. 如請求項12所述之低雜訊降頻器，其中該第二基板包含有一第二面，該第二導線、該第三導線以及該第四導線形成於該第二面上，該分隔件設置於該第二面上。
14. 如請求項9所述之低雜訊降頻器，其中該第一、第二分隔單元具有一高度，使該第一、第二分隔單元阻隔或遮蔽該第一、第二射頻訊號的電磁輻射。
15. 如請求項8所述之低雜訊降頻器，其中該殼體上形成有一槽孔 區域，用來容納該第一基板。
16. 如請求項15所述之低雜訊降頻器，其中該槽孔區域具有一槽孔區域高度，使該殼體阻隔或遮蔽該第一、第二射頻訊號的電磁輻射。