一種信號跨層傳輸結構設計方法技術

本發明專利技術涉及一種在微波毫米波垂直傳輸過程中，用共面波導?類同軸結構?共面波導進行信號傳輸，在信號通孔兩側設計一排接地孔，構成共面波導形式，然后信號通孔與兩側的地孔構成類同軸結構，通過調整地孔與微帶線之間的間距、類同軸結構的類外半徑來使傳輸性能達到最優。

A design method of signal cross layer transmission structure

The invention relates to a microwave and millimeter wave vertical transmission process, the signal is transmitted by coplanar waveguide coaxial structure coplanar waveguide, the design of a row of holes in the ground on both sides of the signal vias, a coplanar waveguide, coaxial structure and signal through hole and hole on both sides of the outer radius to transmission the performance by adjusting the spacing and hole with microstrip coaxial structure to achieve the optimal.

【技術實現步驟摘要】
一種信號跨層傳輸結構設計方法
本專利技術屬于微波
，具體涉及一種信號跨層傳輸結構設計方法，應用雙層或多層印制板層間垂直傳輸當中。
技術介紹
隨著現代雷達系統的迅速發展，高集成度，小型化產品越來越受到大家的青睞，隨之帶來的技術進步也層出不窮。微波印制板的設計從單層板到多層板，產生了微波混壓板技術和LTCC技術，這兩種技術的誕生將之前的多層板頻率大幅的提升至毫米波頻段。現如今的多層板定義和幾年前已經大不相同。隨著多層板技術的大幅提高，信號跨層傳輸就成為了一個重要問題。現有的文獻材料沒有對可以延伸至毫米波頻段的信號跨層傳輸問題做出明確的分析和研究，僅有的某些專利雖然討論了垂直傳輸但是受限于其發表的年代，當時的印制板(尤其是多層板)能承載的頻率遠沒有到達現在的毫米波頻段。面對新問題，我們必須有新辦法去應對。
技術實現思路
要解決的技術問題為了避免現有技術的微波信號跨層傳輸駐波系數大的問題，本專利技術提出一種信號跨層傳輸結構設計方法，極大的提高了微波混壓板信號跨層傳輸的質量。技術方案一種信號跨層傳輸結構設計方法，其特征在于采用共面波導-類同軸結構-共面波導進行信號跨層傳輸，步驟如下：步驟1：在底層銅皮上設計微帶線，在微帶線的輸出端設計一個信號通孔，信號通孔從底層銅皮穿過基板到達頂層銅皮，信號通孔在頂層銅皮連接與底層銅皮上的微帶線一樣的微帶線；步驟2：在微帶線兩側各設計一排地孔，地孔從頂層銅皮穿過基板到達底層銅皮，將地孔與微帶線之間的金屬覆銅腐蝕掉；所述的地孔、微帶線、頂層銅皮、基板和底層銅皮一起組成共面波導，共面波導的阻抗計算公式為：式中，K'(k)＝K(k')，k＝S/(S+2W)；K(k)表示第一類完全橢圓函數，K'(k)表示第一類完全橢圓余函數；當W足夠小時，K(k)/K'(k)的近似公式，精確到8×10-6為h為基板的厚度，εr為基板的介電常數，S為微帶線的寬度，W為地孔與微帶線之間的距離；W與傳輸性能成正比，W越小，傳輸性能越好，通過調整h和εr使W在滿足目前的加工精度要求下盡量小；步驟3：在信號通孔的兩側設有第一同軸地孔和第二同軸地孔；所述的信號通孔、第一同軸地孔、第二同軸地孔、頂層銅皮、基板和底層銅皮一起構成類同軸結構，類同軸結構的阻抗計算公式為：R1為信號通孔的半徑，R2為第一同軸地孔邊緣到信號通孔中心的距離，μr為空氣介電常數；調整R1與R2使類同軸結構的阻抗接近50歐姆；步驟4：在尺寸調整過程中，應盡量保證R2-R1≈W，當W和R2-R1相差較大的時候，忽略類同軸結構的阻抗要求。所述的W為0.001mm。調整底層銅皮上的微帶線形狀或者頂層銅皮上的微帶線形狀來消除寄生效應。在微帶線上增加一個小突塊或者減去一個小凹塊。有益效果本專利技術提出的一種信號跨層傳輸結構設計方法，在WC～毫米波頻段范圍較以往的傳輸方式該專利所提及的電路結構具有優異的插入損耗和回波損耗，可以大幅提高信號傳輸質量。附圖說明圖1垂直傳輸結構頂視圖圖2垂直傳輸結構底視圖圖3垂直傳輸結構側視圖圖4垂直傳輸結構剖面圖圖5引入調整電路抵消工藝制作和仿真模型誤差引起的寄生參量圖6例舉另一種調諧塊變形方式圖7垂直傳輸方式仿真曲線具體實施方式現結合實施例、附圖對本專利技術作進一步描述：在微波毫米波垂直傳輸過程中，用共面波導-類同軸結構-共面波導進行信號傳輸。本實施例用共面波導-類同軸結構-共面波導進行信號跨層傳輸，圖1為垂直傳輸結構頂視圖，1為地孔和1相同大小的也為視為1，2為信號通孔，3為微帶線，6、7為和2組成類同軸結構的地孔。8為頂層銅皮，9為基板，10為底層銅皮。1、3、8、9、10一起組成共面波導，W為1和3的距離。共面波導的阻抗公式為式中，K'(k)＝K(k')，k＝S/(S+2W)；K(k)表示第一類完全橢圓函數，K'(k)表示第一類完全橢圓余函數。當W足夠小時，K(k)/K'(k)的近似公式(精確到8×10-6)為h為基板的厚度，εr為基板的介電常數，S為微帶線的寬度，W為地孔與微帶線之間的距離；W與傳輸性能成正比，W越小，傳輸性能越好，通過調整h和εr使W在滿足目前的加工精度要求下盡量小；本實施例中的W選用0.001mm。2、6、7、8、9、10一起構成類同軸結構。整個微波、毫米波傳播的路徑經過了共面波導-類同軸結構-共面波導的結構完成信號跨層傳輸。同軸結構的阻抗計算公式業內人士應該熟悉R1為信號通孔的半徑，R2為第一同軸地孔邊緣到信號通孔中心的距離，μr為空氣介電常數；調整R1與R2使類同軸結構的阻抗接近50歐姆；由于加工精度、工藝因素等限制，仿真模型和實際印制板必然會存在差異，這種差異帶來的寄生效應必然會影響垂直傳輸結果。圖5，圖6中的4、5為引入的調整電路，該調整電路的形式并不局限于列舉的兩種，一切基于該目的的調整電路變形都應列為本專利技術的保護范圍。其中1、3、8、9、10組成的共面波導還應選擇合適的基材和板厚使得W盡可能的小，在基板確定的情況下，W的大小直接決定了毫米波高端的傳輸效果。對整個垂直傳輸將產生很大影響。當W的大小和2、6、7、8、9、10所組成的類同軸結構產生矛盾的時候，W的影響力因子大于2、6、7、8、9、10所組成的類同軸結構，在設計中要以保證W盡量小的情況為前提設計類同軸結構。當W和R2-R1相差較大的時候，應該盡量保證W盡量小(越小越好)同時令R2-R1≈W。具體數值可以帶入ADS或者HFSS等仿真軟件確定。圖7為使用該方法設計的垂直結構的S參數仿真曲線。由圖7可以看出在40GHz以內回波損耗大于20WB，插入損耗小于0.1WB。表現出非常好的垂直傳輸特性。該實施例只是例舉雙層板的情況，對于多層板(包括微波混壓板)信號跨層垂直傳輸依然適用，W很小的共面波導的引入可以極大的提高整個垂直過渡的傳輸效果。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種信號跨層傳輸結構設計方法，其特征在于采用共面波導?類同軸結構?共面波導進行信號跨層傳輸，步驟如下：步驟1：在底層銅皮(10)上設計微帶線(3)，在微帶線的輸出端設計一個信號通孔(2)，信號通孔(2)從底層銅皮(10)穿過基板(9)到達頂層銅皮(8)，信號通孔(2)在頂層銅皮(8)連接與底層銅皮(10)上的微帶線(3)一樣的微帶線；步驟2：在微帶線兩側各設計一排地孔(1)，地孔(1)從頂層銅皮(8)穿過基板(9)到達底層銅皮(10)，將地孔(1)與微帶線之間的金屬覆銅腐蝕掉；所述的地孔(1)、微帶線(3)、頂層銅皮(8)、基板(9)和底層銅皮(10)一起組成共面波導，共面波導的阻抗計算公式為：

【技術特征摘要】
1.一種信號跨層傳輸結構設計方法，其特征在于采用共面波導-類同軸結構-共面波導進行信號跨層傳輸，步驟如下：步驟1：在底層銅皮(10)上設計微帶線(3)，在微帶線的輸出端設計一個信號通孔(2)，信號通孔(2)從底層銅皮(10)穿過基板(9)到達頂層銅皮(8)，信號通孔(2)在頂層銅皮(8)連接與底層銅皮(10)上的微帶線(3)一樣的微帶線；步驟2：在微帶線兩側各設計一排地孔(1)，地孔(1)從頂層銅皮(8)穿過基板(9)到達底層銅皮(10)，將地孔(1)與微帶線之間的金屬覆銅腐蝕掉；所述的地孔(1)、微帶線(3)、頂層銅皮(8)、基板(9)和底層銅皮(10)一起組成共面波導，共面波導的阻抗計算公式為：式中，K'(k)＝K(k')，k＝S/(S+2W)；K(k)表示第一類完全橢圓函數，K'(k)表示第一類完全橢圓余函數；當W足夠小時，K(k)/K'(k)的近似公式，精確到8×10-6為

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙宇博，范力思，盧嘉，李良，
申請(專利權)人：西安電子工程研究所，
類型：發明
國別省市：陜西,61