通用型射频传输结构仿真与应用

原庆 王连贵

摘 要 基于收发组件降低工艺复杂度的需求，通过仿真设计，论证了微波混压印制电路板的可行性。经过后续工程验证，电性能符合设计要求，加快了产品开发进程;

关键词 通用型;混压板;收发组件

引言

有源相控阵天线在雷达，电子对抗，通信领域均能发挥巨大价值。TR组件作为相控阵天线的核心部件，是实现整机性能的关键。

本文介绍了T型组件中的一种射频传输结构，并进行了仿真与验证分析。其一，验证了混压板制版的成熟度，混压板装配工艺过程，最终通过实物测试验证了混压电路的S参数。

1 微波传输线理论

相比传统的波导，同轴结构电路，微带电路尺寸大大降低，有利于元器件的高密度集成。微带线是由沉积在介质基片上的金属导体带和接地板构成的特殊传输结构组成，是一种双导体传输线，传输准TEM波。

组件中射频元器件互联方式包含了微带线，CPWG，带状线，射频同轴连接器，金丝键合以及各种组合互联方式，阻抗匹配设计是保证射频元器件性能稳定性的关键，本文以微带传输线为基础，对两种微波过渡结构进行了仿真分析与实测验证[1]。

（1）微带线的阻抗计算公式：

（w是微带的导带宽度，h是介质基片厚度，为介质材料的有效介电常数）

（2）同轴线特性阻抗计算公式：

，（a，b分别为内外导体半径，为介质材料介电常数）

借助于HFSS电磁场（EM）仿真软件，可以较为准确评估微波电路S参数特性。

1.1 混压板+GaAs芯片互联仿真分析

基于简化工艺流程和成本考虑，T组件需要完成混壓板设计。基于介质损耗，板材均匀性，铜箔的粗糙度方面的考虑，微波电路选用罗杰斯4系列高频板，基于成本考虑，低频电路选用FR4板，两种板材由板厂完成混压工艺[2]。

混压板+GaAs芯片互联模型如图1。

上层为射频板，下层为高TG FR4介质板，顶层为GaAs芯片，键合金丝长度≤0.5mm。

表层为CPWG结构+金属铺地（板材厚度0.168mm，线宽0.35mm，线间距0.32mm），不同层的铺地结构由金属化孔相连。

S参数仿真分析如下图所示：过渡模型驻波（≤1.1），插损（≤0.1dB），满足使用要求。

板厂加工能力、加工精度关系到射频性能的发挥，PCB实物图显示射频线宽、线间距、端面T型结构的尺寸均与设计值基本一致，同时板厂工艺能力引入了尺寸超差，进一步引起后期装配工艺的变化。通过对实物图的重新建模仿真，采取了工艺补偿措施，最终实际测试值与仿真结果较为吻合[3]。

测试结果显示：混压板驻波实测值：VSWR≤1.5@FREQ≤22GHz。

2 结束语

借助HFSS软件对混压板进行了仿真分析，并在工程样机中进行了验证，产品测试结果符合设计要求，验证了混压板技术在应用的可行性，优化了组件的装配过程。

参考文献

[1] 巨景超，万涛，刘卫强.基于多层PCB布线板与单层射频板的小型化TR组件的研究[C].中国电子学会.2017年全国微波毫米波会议论文集（上册）.中国电子学会：中国电子学会微波分会，2017：4.

[2] 李长生，李帮强，严来良，等.多层高频混压板叠构设计分析及压合黏结性控制[J].印制电路信息，2012，228（4）：135-138.

[3] 刘学观，郭辉萍.微波技术与天线[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006：79.