基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路及其设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波电路设计技术，是一种微波电路匹配电路与方法。
【背景技术】
[0002]在很多频段上，回流焊器件因为具有寄生参量小、可靠性高、一致性好等优点，被广泛使用。一般来说，为了控制器件的驻波，提高它的系统兼容性，回流焊器件的焊盘是比较窄小的，在采用不同厚度板材进行电路设计时，该焊盘就会引入一定的感性或者容性寄生参量，如何将器件匹配到50欧姆传输线上，将回流焊器件的性能完好地集成到电路系统中去，成为了一个广泛研究的应用课题。
[0003]在以往的电路设计中，大多采用阻抗过渡线的方式来进行匹配，它对微带线长度和微带线的类型有一些特殊要求，并且带宽会受到一定限制，所以对宽带电路设计来说，设计比较复杂，尺寸也比较大。
[0004]因此，需要提出一种新的回流焊器件微带板匹配电路及其设计方法。
【发明内容】
[0005]发明目的
[0006]该发明的目的是将回流焊器件的性能完好地集成到射频电路系统中去。本发明希望采用传统的低通滤波器理论来设计回流焊器件的微带匹配电路，以多级匹配的方式来实现对回流焊器件与50欧姆微带传输线的准确匹配设计，消除了这些回流焊器件焊盘的寄生参量对电路驻波的影响，从而有效提高了微波电路的宽带平坦度和驻波指标。
[0007]技术方案
[0008]基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路设计方法，本方法包括如下步骤:
[0009]第一步，根据所选取的特定厚度和介电常数的介质板，和选定的回流焊器件焊盘的长度、宽度参数，使用电磁场仿真软件来确认该焊盘的电感或者电容量，该焊盘就是第一级微带匹配微带线。
[0010]第二步，再根据第一级微带匹配微带线电感量和电路的传输频率及带宽来选择合适的N阶低通滤波器电容电感原型，应该使选取的第一级电感或电容量与第一级微带匹配线的电感或者电容量相等。N为低通滤波器的阶数，也是匹配微带电路的级数。
[0011]第三步，最后根据得到的低通滤波器原型使用电磁场仿真软件进行微带线低通滤波器仿真设计，并且使第一段滤波器微带线的长度和宽度与器件焊盘的长度和宽度相等，其使用频段带内回波损耗应小于-20dB。
[0012]第四步，将设计好的电路导入到制图软件中，把滤波器的第一段微带线当做回流焊器件的焊盘，这样设计出来的微带线低通滤波器就可以作为该回流焊器件的匹配电路，完成设计。
[0013]优点/积极效果
[0014]设计简单，精度高，在多个频段上，可以对电路进行良好的匹配设计。
[0015]设计方法通用性好，可适用于多种介电常数和厚度的介质板材进行电路设计。
[0016]所设计的匹配电路的尺寸小、成本低。
【附图说明】
[0017]图1实施例结构图；
[0018]图2实施例结构分解图。
【具体实施方式】
[0019]按照技术方案中的方法，具体实施时，基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路设计方法包括以下步骤:
[0020]第一步，根据所选取的特定厚度和介电常数的介质板和选定的回流焊器件焊盘的长度(需要预留器件间隙尺寸)、宽度等参数，使用电磁场仿真软件来确认该焊盘的电感或者电容量，该焊盘就是第一级微带匹配微带线。
[0021]第二步，再根据第一级微带匹配微带线电感量和电路的传输频率及带宽来选择合适的N阶低通滤波器电容电感原型，注意应该使选取的第一级电感或电容量与第一级微带匹配线的电感或者电容量相等。低通滤波器原型可以用多种途径得到，比如:查表通过频率换算得到，也可以通过商用化综合软件得到。N为低通滤波器的阶数，也是匹配微带电路的级数。
[0022]第三步，最后根据得到的低通滤波器原型使用电磁场仿真软件进行微带线低通滤波器仿真设计，并且使第一段滤波器微带线的长度和宽度与器件焊盘的长度(含预留的器件间隙尺寸)和宽度相等，其使用频段带内回波损耗应小于_20dB。
[0023]第四步，将设计好的电路导入到制图软件中，把滤波器的第一段微带线当做回流焊器件的焊盘，这样设计出来的微带线低通滤波器就可以作为该回流焊器件的匹配电路，完成设计。
[0024]实施例:一种X波段全波段的基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路实施例如图1所示。其设计方法如下:
[0025]第一步，选取R04350，介电常数为3.48，厚度为0.508mm的介质对HITTITE公司的HMC441LP3E型号的放大器进行微带匹配电路设计。根据回流焊器件的LP3封装的焊盘的长度(需要预留器件间隙尺寸)、宽度等参数，使用电磁场仿真软件来确认该焊盘的电感或者电容量，该焊盘就是第一级微带匹配微带线。此处由于LP3封装焊盘的长、宽分别设为0.95mm、0.35mm,经过仿真得到它的电感量为0.51nH。
[0026]第二步，再根据第一级微带匹配微带线电感量和X波段全波段的要求选择截止频率为15GHz的3阶低通滤波器电容电感原型，并且使选取的第一级电感与第一级微带匹配线的电感量基本相等为0.516nH。这里低通滤波器原型通过商用化综合软件GENESYS得到，其电容电感量分别为0.516nH，0.288pF，0.516nH，此时该微带匹配电路的级数为3级。
[0027]第三步，根据得到的低通滤波器原型使用电磁场仿真软件进行，这里本人使用ADS的版图仿真工具MOMENTUM进行仿真设计，并且使第一段滤波器微带线的长度和宽度与器件焊盘的长度(含预留的器件间隙尺寸)和宽度相等，其使用X波段全波段带内回波损耗小于-20dB，由此确定第二段滤波器微带线的长度和宽度分别为1mm，2.6mm;第三段滤波器微带线的长度和宽度分别为Imm, 0.45mm。
[0028]第四步，将设计好的电路导入到制图软件中，并把滤波器的第一段微带线当做回流焊器件的焊盘，这样使用R04350，介电常数为3.48，厚度为0.508mm的介质板设计出来的微带线低通滤波器就可以作为HMC441LP3E在X波段全波段的匹配电路，至此设计完成。
[0029]接下来对该实施例进行电路图形分析:
[0030]如图2所不,该电路蚀刻在矩形双层金属介质板上,矩形双层金属介质板正面从左到右蚀刻有微带线，该微带线从左到右依次为50ohm特性阻抗线、三级匹配线段、二级匹配线段以及一级匹配线段。
[0031]其中，50ohm特性阻抗线为矩形，矩形的宽度为1.16mm，矩形的长度为3mm。
[0032]三级匹配线段为矩形，矩形的宽度为0.45mm，矩形的长度为Imm ；
[0033]二级匹配线段为矩形，矩形的宽度为2.6mm，矩形的长度为Imm ；
[0034]一级匹配线段为矩形，矩形的宽度为0.35mm，矩形的长度为0.95mm。
[0035]按照此焊盘设计的HMC441LP3E放大器电路的中心频率1GHz增益为13dB，X波段全波段驻波小于2，增益平坦度小于1.5dB，完全达到了系统的使用要求。
【主权项】
1.基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路设计方法，其特征是，本方法包括如下步骤: 第一步，根据所选取的特定厚度和介电常数的介质板，和选定的回流焊器件焊盘的长度、宽度参数，使用电磁场仿真软件来确认该焊盘的电感或者电容量，该焊盘就是第一级微带匹配微带线； 第二步，再根据第一级微带匹配微带线电感量和电路的传输频率及带宽来选择合适的N阶低通滤波器电容电感原型，应该使选取的第一级电感或电容量与第一级微带匹配线的电感或者电容量相等；N为低通滤波器的阶数，也是匹配微带电路的级数； 第三步，最后根据得到的低通滤波器原型使用电磁场仿真软件进行微带线低通滤波器仿真设计，并且使第一段滤波器微带线的长度和宽度与器件焊盘的长度和宽度相等，其使用频段带内回波损耗应小于_20dB ； 第四步，将设计好的电路导入到制图软件中，把滤波器的第一段微带线当做回流焊器件的焊盘，这样设计出来的微带线低通滤波器就可以作为该回流焊器件的匹配电路，完成设计。
2.基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路，其特征是，该电路蚀刻在矩形双层金属介质板上，矩形双层金属介质板正面从左到右蚀刻有微带线，该微带线从左到右依次为50ohm特性阻抗线、三级匹配线段、二级匹配线段以及一级匹配线段； 其中，50ohm特性阻抗线为矩形，矩形的宽度为1.16mm，矩形的长度为3mm ； 三级匹配线段为矩形，矩形的宽度为0.45mm，矩形的长度为Imm ； 二级匹配线段为矩形，矩形的宽度为2.6_，矩形的长度为Imm; 一级匹配线段为矩形，矩形的宽度为0.35_，矩形的长度为0.95_。
【专利摘要】本发明属于微波电路设计技术，是一种微波电路匹配电路与方法。基于低通滤波器理论的回流焊器件微带板匹配电路及其设计方法。本发明希望采用传统的低通滤波器理论来设计回流焊器件的微带匹配电路，以多级匹配的方式来实现对回流焊器件与50欧姆微带传输线的准确匹配设计，消除了这些回流焊器件焊盘的寄生参量对电路驻波的影响，从而有效提高了微波电路的宽带平坦度和驻波指标。
【IPC分类】H01P1-203, G06F17-50
【公开号】CN104679923
【申请号】CN201310624325
【发明人】李伟, 郭鑫, 马瑞
【申请人】中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月27日