LTCC技術(shù)的多層延遲線研究

2017-02-17 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

摘要:本文介紹了一種基于低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)的多層延遲線,工作頻率在34.2GHz,相位延遲為16λg 和32λg 的帶狀線延遲線。由于LTCC 技術(shù)的工藝特點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的小型化同時(shí)能夠得到較小的插入損耗和駐波系數(shù)。文中的16λg 和32λg 的尺寸分別為8.6×8.1×2.538mm3 和8.5×14.3×2.538mm3。最終仿真結(jié)果:16λg 帶內(nèi)插損優(yōu)于2.89dB,駐波小于1.236;32λg 帶內(nèi)插損優(yōu)于2.86dB,駐波小于1.353。

1 引言

延遲線是用于將電信號(hào)延遲一段時(shí)間的元件或器件,它要求在通帶內(nèi)有平坦的幅頻特性,小的衰減和色散,有良好的阻抗匹配以及一定相移特性。低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic)技術(shù)因其低損耗、高可靠性、高集成度等優(yōu)異的性能高速發(fā)展。與傳統(tǒng)延遲線相比,利用LTCC 技術(shù)研制的延遲線因其小型化、高集成度,更適用于現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)。

LTCC 技術(shù)能夠?qū)o(wú)源器件埋置在多層互連布線基板中并通過(guò)通孔相互連接,能夠使表面積減小;同時(shí)通孔互連減小了互連寄生參量有利于增加系統(tǒng)的帶寬和提高系統(tǒng)性能。由于帶狀線是沒(méi)有色散的平面?zhèn)鬏斁€,所以采用帶狀線來(lái)設(shè)計(jì)LTCC 延遲線。

LTCC技術(shù)的多層延遲線研究HFSS分析圖片1

2 延遲線理論

帶狀線是一種三導(dǎo)體TEM 波傳輸線。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示,一條寬度為w 的薄導(dǎo)體放置在兩塊接地導(dǎo)體板中間,兩塊接地板之間的空間填充的可以是空氣介質(zhì)或者填充其他介質(zhì),故又稱為三板線或夾心線。

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3 LTCC 延遲線設(shè)計(jì)

3.1 16λg 延遲線

介質(zhì)基板采用Ferro A6( r ε =5.9,tanδ=0.002),帶狀線的中心導(dǎo)帶和上下接地板采用金中間接地板、接地通孔及信號(hào)通孔均采用銀材質(zhì)。中間延遲采用帶狀線的結(jié)構(gòu),但是考慮帶狀線難以裝配和測(cè)試,將帶狀線通過(guò)信號(hào)通孔引出到表面通過(guò)一段微帶線來(lái)引出,方便測(cè)試安裝?？紤]實(shí)際應(yīng)用需要設(shè)計(jì)出直通端,為了方便調(diào)試和加工這里統(tǒng)一將直通端設(shè)計(jì)為2λg,設(shè)計(jì)相應(yīng)的延遲段時(shí)需要加上2λg來(lái)抵消直通端引入的相位延遲。

分析可得16λg 在34.2GHz 處延遲18λg 即6480o 所需的帶狀線長(zhǎng)度為65.1mm,如果采用一層結(jié)構(gòu)所占的面積較大,故采用雙層結(jié)構(gòu)。經(jīng)計(jì)算的微帶線延遲90o 所需長(zhǎng)度為1.1mm,故引出段采用兩段1.1mm 長(zhǎng)度的微帶線。余下6300o 采用帶狀線所需63.3mm 。HFSS(High Frequency Structure Simulation)中建立的仿真模型如圖2 所示。

LTCC技術(shù)的多層延遲線研究HFSS分析圖片3

帶狀線上下接地板的距離為0.564mm,由6 層陶瓷基板燒結(jié)而成,中間導(dǎo)帶厚為0.01mm 的銀質(zhì)導(dǎo)帶, 寬度為0.18mm; 微帶線的介質(zhì)厚度為0.188mm 導(dǎo)帶厚為0.01mm,寬度為0.288mm。最終尺寸為8.6×8.1×2.538mm3。仿真結(jié)果曲線如圖3~5 所示。

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圖3 16λg 延遲線插入損耗

LTCC技術(shù)的多層延遲線研究HFSS結(jié)果圖片5 圖4 16λg 延遲線相位延遲

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圖5 16λg 延遲線VSWR

3.2 32λg 延遲線

與16λg 延遲線設(shè)計(jì)相似,32λg 延遲34λg 即12240o,微帶線長(zhǎng)度為1.1mm,兩段延遲180o;帶狀線延遲12060o,對(duì)應(yīng)帶狀線長(zhǎng)度為121.17mm。單層結(jié)構(gòu)在保證面積較小的情況下實(shí)現(xiàn)這樣長(zhǎng)的延遲十分困難,采用多層結(jié)構(gòu)。帶狀線和微帶線的介質(zhì)厚度及導(dǎo)帶寬度和厚度與16λg 相同。HFSS 建立仿真模型如圖6 所示。

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圖6(a) 32λg HFSS 仿真模型圖

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圖6(b) 32λg 延遲線表面微帶線

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圖6(c) 32λg 延遲線雙層帶狀線

最終尺寸為8.5×14.3×2.538mm3,通過(guò)仿真可知頻帶內(nèi)插損小于2.869dB ,中心頻點(diǎn)相位為18.893o,駐波優(yōu)于1.353。仿真結(jié)果如圖7~9 所示。

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圖7 32λg 延遲線插入損耗

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圖8 32λg 延遲線相位延遲

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圖9 32λg 延遲線VSWR

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了2 種基于LTCC 技術(shù)的延遲線。工作頻率在34.1-34.3GHz,延遲相位為16λg 和32λg。由仿真結(jié)果可以看出其具與傳統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)相比能夠有效的縮小延遲線所占的面積;采用LTCC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的小型化。

作者:朱侗國(guó)云川代旭東電子科大

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