通用型射頻傳輸結(jié)構(gòu)仿真與應(yīng)用

原慶 王連貴

摘 要 基于收發(fā)組件降低工藝復(fù)雜度的需求，通過仿真設(shè)計(jì)，論證了微波混壓印制電路板的可行性。經(jīng)過后續(xù)工程驗(yàn)證，電性能符合設(shè)計(jì)要求，加快了產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程;

關(guān)鍵詞 通用型;混壓板;收發(fā)組件

引言

有源相控陣天線在雷達(dá)，電子對(duì)抗，通信領(lǐng)域均能發(fā)揮巨大價(jià)值。TR組件作為相控陣天線的核心部件，是實(shí)現(xiàn)整機(jī)性能的關(guān)鍵。

本文介紹了T型組件中的一種射頻傳輸結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了仿真與驗(yàn)證分析。其一，驗(yàn)證了混壓板制版的成熟度，混壓板裝配工藝過程，最終通過實(shí)物測(cè)試驗(yàn)證了混壓電路的S參數(shù)。

1 微波傳輸線理論

相比傳統(tǒng)的波導(dǎo)，同軸結(jié)構(gòu)電路，微帶電路尺寸大大降低，有利于元器件的高密度集成。微帶線是由沉積在介質(zhì)基片上的金屬導(dǎo)體帶和接地板構(gòu)成的特殊傳輸結(jié)構(gòu)組成，是一種雙導(dǎo)體傳輸線，傳輸準(zhǔn)TEM波。

組件中射頻元器件互聯(lián)方式包含了微帶線，CPWG，帶狀線，射頻同軸連接器，金絲鍵合以及各種組合互聯(lián)方式，阻抗匹配設(shè)計(jì)是保證射頻元器件性能穩(wěn)定性的關(guān)鍵，本文以微帶傳輸線為基礎(chǔ)，對(duì)兩種微波過渡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析與實(shí)測(cè)驗(yàn)證[1]。

（1）微帶線的阻抗計(jì)算公式：

（w是微帶的導(dǎo)帶寬度，h是介質(zhì)基片厚度，為介質(zhì)材料的有效介電常數(shù)）

（2）同軸線特性阻抗計(jì)算公式：

，（a，b分別為內(nèi)外導(dǎo)體半徑，為介質(zhì)材料介電常數(shù)）

借助于HFSS電磁場(chǎng)（EM）仿真軟件，可以較為準(zhǔn)確評(píng)估微波電路S參數(shù)特性。

1.1 混壓板+GaAs芯片互聯(lián)仿真分析

基于簡(jiǎn)化工藝流程和成本考慮，T組件需要完成混壓板設(shè)計(jì)?；诮橘|(zhì)損耗，板材均勻性，銅箔的粗糙度方面的考慮，微波電路選用羅杰斯4系列高頻板，基于成本考慮，低頻電路選用FR4板，兩種板材由板廠完成混壓工藝[2]。

混壓板+GaAs芯片互聯(lián)模型如圖1。

上層為射頻板，下層為高TG FR4介質(zhì)板，頂層為GaAs芯片，鍵合金絲長(zhǎng)度≤0.5mm。

表層為CPWG結(jié)構(gòu)+金屬鋪地（板材厚度0.168mm，線寬0.35mm，線間距0.32mm），不同層的鋪地結(jié)構(gòu)由金屬化孔相連。

S參數(shù)仿真分析如下圖所示：過渡模型駐波（≤1.1），插損（≤0.1dB），滿足使用要求。

板廠加工能力、加工精度關(guān)系到射頻性能的發(fā)揮，PCB實(shí)物圖顯示射頻線寬、線間距、端面T型結(jié)構(gòu)的尺寸均與設(shè)計(jì)值基本一致，同時(shí)板廠工藝能力引入了尺寸超差，進(jìn)一步引起后期裝配工藝的變化。通過對(duì)實(shí)物圖的重新建模仿真，采取了工藝補(bǔ)償措施，最終實(shí)際測(cè)試值與仿真結(jié)果較為吻合[3]。

測(cè)試結(jié)果顯示：混壓板駐波實(shí)測(cè)值：VSWR≤1.5@FREQ≤22GHz。

2 結(jié)束語(yǔ)

借助HFSS軟件對(duì)混壓板進(jìn)行了仿真分析，并在工程樣機(jī)中進(jìn)行了驗(yàn)證，產(chǎn)品測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了混壓板技術(shù)在應(yīng)用的可行性，優(yōu)化了組件的裝配過程。

參考文獻(xiàn)

[1] 巨景超，萬濤，劉衛(wèi)強(qiáng).基于多層PCB布線板與單層射頻板的小型化TR組件的研究[C].中國(guó)電子學(xué)會(huì).2017年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)）.中國(guó)電子學(xué)會(huì)：中國(guó)電子學(xué)會(huì)微波分會(huì)，2017：4.

[2] 李長(zhǎng)生，李幫強(qiáng)，嚴(yán)來良，等.多層高頻混壓板疊構(gòu)設(shè)計(jì)分析及壓合黏結(jié)性控制[J].印制電路信息，2012，228（4）：135-138.

[3] 劉學(xué)觀，郭輝萍.微波技術(shù)與天線[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006：79.