一种跨层功分器的制作方法

1.本技术涉及传输线领域，特别是涉及一种跨层功分器。


背景技术：

2.多输入多输出（multiple input multiple output，mimo）雷达已成为雷达发展的重要方向。其中mimo雷达一般采用多片微波毫米波芯片（microwave millimeter wave monolithic integrated circuit，mimic）级联的方式实现。
3.但是由于mimic级联的本征同步信号线会因为尺寸限制以及微带传输线的相对位置在同一平面内，而造成信号的相互干涉。影响信号的准确传输。
4.因此，如何解决mimic级联的本征同步信号与微带传输线的限制，成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供了一种跨层功分器，通过共面波导型功分器，和垂直互联的带状线结构，形成跨层功分器，解决多芯片级联的mimo雷达系统中多芯片本征信号的连接分配时，由于同层信号线传输造成的干涉互扰问题。
6.第一方面，本技术提供了一种跨层功分器，应用于至少四层的印制电路板的传输线，所述跨层功分器包括：第一层为共面波导型功分器、第二层为接地层、第三层为带状线、第四层为接地层，以及贯穿第一层、第二层、第三层以及第四层的至少三个第一过孔；其中，共面波导型功分器包括一个总口和至少两个分口，用于实现微波信号输入；所述两个分口关于所述总口对称；一个所述总口与一个所述第一过孔连接，两个所述分口分布与两个所述第一过孔连接，用于实现所述共面波导型功分器与所述带状线的垂直互连；所述第三层的所述带状线，包括一个第一端口和至少二个第二端口；所述第一端口通过所述第一过孔与所述总口连接，用于将微波信号传输至所述总口；所述第二端口通过所述第一过孔与所述分口连接，用于接收所述分口传输的功率分配后的所述微波信号；所述第二层的接地层和所述第四层的接地层，用于使所述微波信号在所述带状线中进行无电磁泄漏传输。
7.可选的，所述第一过孔的反射系数低于预设反射阈值，损耗系数低于预设损耗阈值。
8.可选的，所述第一过孔周围设置多个第二过孔和多个第三过孔；其中，所述第二过孔直径小于所述第三过孔直径，且与所述第三过孔交替等距离的围绕所述第一过孔对称分布排列；所述第三过孔贯穿所述第一层、所述第二层、所述第三层以及所述第四层；所述第二过孔贯穿所述第一层与所述第二层。
9.可选的，所述第二过孔直径小于所述第三过孔直径，包括：
所述第三过孔直径为所述第二过孔直径的整数倍。
10.可选的，所述共面波导型功分器的两个环形支路周围包括沿所述总口对称排列的多个所述第二过孔；其中一个所述环形支路一侧的多个所述第二过孔分别等距离，围绕所述环形支路排列。
11.可选的，所述两个环形支路中间设置第一预设阻值的电阻。
12.可选的，当所述带状线的阻抗为第二预设阻值时，所述总口的特性阻抗为所述第二预设阻值；所述分口的特性阻抗为所述第二预设阻值。
13.可选的，所述第一过孔为金属化过孔，且为信号孔。
14.可选的，所述跨层功分器还包括：采用叠层结构，所述叠结构为：所述第一层上覆盖预设厚度范围的电镀层，第二层覆盖第一预设厚度的核心层；第三层覆盖第二预设厚度的所pp层，第四层为覆盖第三预设厚度的所述核心层层；所述pp层与所述核心层为同材料层。
15.可选的，所述核心层材料为罗杰斯材料。
16.可选的，所述共面波导型功分器为共面波导型威尔金森功分器，用于将一个所述微波信号等功率分配到两个所述分口。
17.本技术公开了一种跨层功分器，具体为：第一层为共面波导型功分器、第二层为接地层、第三层为带状线、第四层为接地层，以及贯穿第一层、第二层、第三层以及第四层的至少三个第一过孔。其中，共面波导型功分器包括一个总口和至少2个关于总口对称的分口，用于进行微波信号输入。总口与一个第一过孔连接，一个分口连接一个其他第一过孔，以实现共面波导性功分器与带状线的垂直互连。第三层带状线的第一端口通过第一过孔与总口连接，第二端口通过第一过孔与分口连接，如此，实现第一层与第三层的信号传输。第二层和第四层的接地层避免微波信号的电磁泄露。如此，通过共面波导型功分器和互联的带状线结构，形成跨层功分器，解决多芯片级联的mimo雷达系统中多芯片本征信号的连接分配时，由于同层信号线传输造成的干涉互扰问题。
附图说明
18.结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，原件和元素不一定按照比例绘制。
19.图1 为威尔金森功分器示意图；图2为本技术实施例提供的一种跨层功分器；图3为本技术获取的反射系数示意图；图4为本技术获取的分口耦合度示意图；图5为本技术获取的相位一致性结果图。
具体实施方式
20.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
21.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
22.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
23.为了更好的论述本技术实施例，首先，对本技术实施例涉及的术语进行解释。
24.mimo雷达：包含多个反射天线和多个接收天线，其中天线可以收发共用。各反射天线反射不同的信号波形，各反射信号经过目标反射后被多个接收天线接收，并经过多路接收机后输出信号以供后续处理。
25.多芯片级联：多个芯片通过一定方式连接在一起。在mimo雷达中经常采用多芯片级联方式进行信号传输和工作。多芯片级联的本征同步信号线会因为尺寸限制，与微带天线的相对位置在同一平面内相互干涉。因此，利用印制电路板pcb板结构进行布线操作，成为mimo雷达多芯片级联的关键。
26.微带天线：走在表面层，附在pcb板结构，表面的带状走线。微带天线的一面裸露在空气里面（可以向周围形成辐射或受到周围的辐射干扰），而另一面附在pcb的绝缘电介质上，所以它形成的电场一部分分布在空中，另一部分分布在pcb的绝缘介质中。
27.带状线：走在内层,埋在pcb内部的带状走线。由于带状线嵌在两层接地层之间，所以它的电场分布都在两个包它的接地层之间，不会辐射出去能量，也不会受到外部的辐射干扰。
28.威尔金森功分器：威尔金森功率分配器的功能是将输入信号等功率分配到各个分口，并保持相同输出相位。如图1所示，为威尔金森功分器示意图。其中输入端
①
，将输入信号等分的分配到输出端
②
和输出端
③
上。其中输入端
①
，输出端
②
和输出端
③
的特性阻抗均为zc。两个支路中间设置2zc的电阻。阻抗变换线长度为λ/4，波长线阻抗为zc。
29.威尔金森功分器在应用上因添加了隔离电阻而具有更高的隔离度同时也具有更宽的带宽。
30.微波多层板间垂直互连：使不同信号层间的微波信号相互连接。常用的微波多层板间垂直互连为过孔式垂直互连结构。
31.在高速pcb板设计中，mimo雷达往往采用多片微波毫米波芯片mimic级联的方式实现。但是由于mimic级联的本征同步信号线会因为尺寸限制以及微带传输线的相对位置在同一平面内，而造成信号的相互干涉，影响信号的准确传输。
32.基于此，本技术实施例提供了一种跨层功分器，通过共面波导型功分器，和垂直互联的带状线结构，形成跨层功分器，决多芯片级联的mimo雷达系统中多芯片本征信号的连接分配时，由于同层信号线传输造成的干涉互扰问题。
33.下面结合附图对跨层功分器进行详细完整的介绍。
34.参见图2所示，为本技术实施例提供的一种跨层功分器。该跨层功分器的pcb板结构至少为四层结构。在本技术实施例中，pcb板结构还可以是四层以上的板结构，比如六层、八层等，本技术不对pcb板层数进行限制。具体跨层功分器如下：第一层为共面波导型功分器，第二层为接地层、第三层为带状线，第四层为接地
层，以及第三层和第一层微波信号传输的第一过孔。
35.其中，顶层的共面波导型功分器如下。
36.共面波导型功分器包括一个总口和至少2个分口。考虑到在过孔测试的简单性。本技术实施例可以选择一个总口201，分口202和分口203。其中，分口202和分口203关于总口对称。在本技术实施例中，由于结构对称，各路信号经过的电长度相同，因此在分口处输出的微波信号处于相同的电位，且其他电阻，比如环形支路中间设置的隔离电阻208，不进行功率消耗。
37.在一种可能的实现方式中，共面波导型功分器总口周围包括多个第二过孔206和多个第三过孔205。其中，第二过孔206直径小于第三过孔205直径，且第二过孔206和第三过孔205交替等距离的围绕总口201排列。
38.共面波导型功分器分口周围包括多个第二过孔206和多个第三过孔205。其中，第二过孔206直径小于第三过孔205直径，且第二过孔206和第三过孔205交替等距离的围绕分口202排列以及围绕分口203排列。
39.第三过孔206需要贯穿第一层、第二层、第三层和第四层。第二过孔205贯穿第一层和第二层。其中第二过孔和第三过孔为接地层。
40.第二过孔和第三过孔应满足小直径，且数量越多越好。且第二过孔和第三过孔的直径和数量应避免穿孔风险。并且第二过孔和第三过孔为金属化过孔。
41.如此，通过多个第二多孔和多个第三多孔分类，减少高速信号在利用第一过孔传输时的反射，降低高速信号的反射系数。
42.在一种可能的实现方式中，总口201周围包括三个第二过孔和4个第三过孔205。其中，4个第三过孔206位于与总口201相切，且与总口201垂直的正方形的四个顶点位置。3个第二过孔205位于正方形三边的中点处。同样，分口202和分口203周围都包括与总口201相同的过孔分布。
43.共面波导型功分器的总口201通过与第一通道211，与环形支路209连接和环形支路210连接，进行分流。环形支路209通过第二通道212与分口203连接。同样，环形支路210通过与第二通道212对称的第二通道与分口202连接。
44.在一种可能的实现方式中，环形支路209和环形支路210周围包括沿总口对称排列的多个第二过孔206。
45.示例性，环形支路209左侧与环形支路210右侧共用6个，沿总口对称的第二过孔。环形支路209左侧和环形支路210右侧各分布6个等距离围绕环形支路排列的第二过孔。
46.同时，在第二通道与环路支线相对一侧，包括多个第二过孔。比如包括5个等距离排列的第二过孔。
47.在一种可能的实现方式中，环形支路209和环形支路210中间设置第一预设阻值的电阻208，用于两个分口的隔离度。
48.在一种可能的实现方式中，第三过孔的直径为所述第二过孔直径的整数倍，比如第三过孔直径为第二过孔的2倍。
49.其中，第一通道211、环形支路209和环形支路210，以及分口处的支路均为信号孔。
50.在本技术实施例中，功分器用于实现功率分配。总口为输入端，分口为输出端。此外，功分器还可以当做合成器，此时总口为输出端，分口为输入端。
51.在一种可能的实现方式中，共面波导型功分器可以为威尔金森功分器，用于将一个微波信号，等功率分配给两个输出端。
52.另外，在高速pcb结构布线中，使用过孔为不同层面提供电气连接时，往往会出现过孔反射问题，造成高速信号不完整。基于此，可以使总口201、分口202和分口203均采用同一特性阻抗zc。带状线则采用阻抗为zc的传输线。
53.此时，电阻208的阻抗为2zc，环形支路209和环形支路210的特性阻抗为，经过1/4长度后，与阻抗为zc的分口支路线连接。
54.示例性说明：假设带状线为阻抗为50ω的传输线，则总口201、分口202和分口203阻抗为50ω，电阻208阻抗为100ω，环形支路209和环形支路210的特性阻抗为70.7ω。
55.如此，通过阻抗匹配的方式，利用信号源阻抗和过孔阻抗匹配，降低信号反射，解决不同传输线结构的适配问题。
56.其中，第一过孔204如下：本技术实施例第一过孔204了贯穿第一层、第二层、第三层以及第四层的至少三个第一过孔。其中，一个总口连接一个第一过孔，2个分口分别连接两个第一过孔。示例性的，总口201与第一过孔204（3）连接，分口203与第一过孔204（1）连接，分口202与第一过孔204（2）连接。
57.第一过孔为信号孔，第一过孔的直径根据贯穿厚度，且要避免穿孔。比如，第一过孔直径为0.3mm。用于实现第一层和第三层的微波信号传输。
58.在一种可能的实现方式中，第一过孔204（3），接收第三层带状线207（1）输入的微波信号，将其传输给总口201。第一过孔204（2），接收分口202发送的功率分配后的微波信号，并将其发送至第三层带状线207（2）。第一过孔204（1），接收分口203发送的功率分配后的微波信号，并将其发送至第三层带状线207（1）。
59.在一种可能的实现方式中，第一过孔204（2），接收第三层带状线207（2）输入的微波信号，将其传输给分口202。第一过孔204（1），接收第三层带状线207（3）输入的微波信号，将其传输给分口203。第一过孔204（3），接收总口201发送的合成后的微波信号，将其传输给第三层带状线207（1）。
60.在一种可能的实现方式中，第一过孔为通孔，用于贯穿整个多层板，并且第一过孔为金属化过孔。
61.在一种可能的实现方式中，第一过孔为盲孔，用于贯穿多层板的前四层板。
62.此外，第一过孔，还可以为其他过孔，这里不对第一过孔的具体形式进行判定。
63.其中，第三层的带状线如下：在本技术实施例中，第三层带状线包括一个第一端口，和至少2个第二端口。其中第一端口用于通过第一过孔与总口垂直连接。第二端口通过第二过孔与每个分口垂直连接。
64.第三层带状线通过第一端口发射微波信号，通过与总口对应的第一过孔，发送给总口。总口通过共面波导型功分器进行功率分配，发送至分口。分口通过与分口对应的第二过孔，发送给第三层带状线的第二端口。
65.在本技术实施例中，当功分器为合成器时。通过第三带状线的第二端口发射微波信号，通过与分口对应的第二过孔，发送给分口。分口通过功分器将分散的各个微波信号的
功率合并，并将其发送给至少一个总口。总口通过与总口对应的第一过孔，发送给第三层带状线的第一端口。
66.示例性说明：第三层带状线207（3）对应的第一端口通过第一过孔204（3）将发射的微波信号传输至总口201。微波信号通过第一通道211，环形支路209和环形支路210，将功率等分至2个输出端，即分口203和分口202。分口203通过第一过孔204（1）发送至第三带状线207（1）与分口203对应的第二端口。分口202通过第一过孔204（2）发送至第三带状线207（2）与分口202对应的第二端口。
67.此外，本技术实施例第二层和第四层为接地层的关键在于避免微波信号在带状线传输时电磁信号泄露。
68.本技术公开了一种跨层功分器，具体为：第一层为共面波导型功分器、第二层为接地层、第三层为带状线、第四层为接地层，以及贯穿第一层、第二层、第三层以及第四层的至少三个第一过孔。其中，共面波导型功分器包括一个总口和至少2个关于总口对称的分口，用于进行微波信号输入。总口与一个第一过孔连接，一个分口连接一个其他第一过孔，以实现共面波导性功分器与带状线的垂直互连。第三层带状线的第一端口通过第一过孔与总口连接，第二端口通过第一过孔与分口连接，如此，实现第一层与第三层的信号传输。第二层和第四层的接地层避免微波信号的电磁泄露。如此，通过共面波导型功分器和互联的带状线结构，形成跨层功分器，解决多芯片级联的mimo雷达系统中多芯片本征信号的连接分配时，由于同层信号线传输造成的干涉互扰问题。
69.在本技术实施例中，为了节约传输线损耗和信号干扰，采用的多层板为叠层结构，其中，第一层上覆盖预设厚度范围的电镀层，第二层覆盖第一预设厚度的所述第一层上覆盖预设厚度范围的电镀层，第二层覆盖第一预设厚度的核心层；第三层覆盖第二预设厚度的所pp层，第四层为覆盖第三预设厚度的核心层；所述pp层与所述核心层为同材料层。示例性的：表1 功分器叠层结构如表1所示，为本技术实施例提供的一种功分器叠层结构示意图。其中第一层、第
二层、第三层和第四层材料均为cu，厚度为均0.17mm。其中，第一层上覆盖厚度为0~0.018mm的电镀铜，第二层覆盖厚度为0.127mm的核心层core，第三层覆盖为厚度为0.09mm的pp层，第四层覆盖厚度为0.017mm的core层。pp和core均为高频材料。根据pp和core的厚度，可选的，高频材料为罗杰斯材料。
70.另外，考虑到过孔反射问题，本技术实施例提供的过孔，其反射系数低于预设反射系数，隔离度低于预设隔离度。其中，预设反射系数和预设隔离度，为本领域技术人员，根据需要可以自行调整的数值。
71.为了使本技术实施例提供的过孔满足反射系数低于预设反射系数，损耗系数低于预设损耗系数，本技术提供了一种软件分析方法。根据上述任意一个跨层功分器，基于高频电磁仿真软件，根据微波毫米波传输评价参数，对跨层功分器中的过孔进行软件分析。
72.其中，微波毫米波传输评价传输包括反射系数、隔离情况，或相位一致性中至少一种。
73.为了更好的说明本技术的软件分析，通过具体跨层功分器进行软件分析。跨层功分器如下：第一层共面波导线功分器，包括一个总口和两个分口。总口和分口周围各围绕四个直径为0.3mm的接地孔，贯穿第一层、第二层、第三层和第四层，围绕3个直径为0.15mm的接地孔，贯穿第一层和第二层。其中直径为0.3mm的接地孔和围绕3个直径为0.15mm的接地孔，交替等距离排列，具体排列方式如图2所示。
74.总口通过第一通道，经过环形支路，达到分口所在的第二通道。其中第一通道和第二送到的厚度为0.286mm。
75.第三层带状线厚度为0.127mm，对应的阻抗为50ω，总口和分口的特性阻抗为50ω，环形支路的阻抗为70.7ω，环形支路对应的隔离电阻为100ω。
76.基于高频电磁仿真软件，根据微波毫米波传输评价参数，具体包括：反射系数、隔离情况，和相位一致性。对跨层功分器中的过孔进行软件分析，获得分析结果如下：参见图3，为本技术测试获取的总口反射系数示意图。此时，高速信号的频率为18-22ghz。总口的反射系数＜-22db。其中，s（1,1）表示总口的微波信号反射系数。假设预设反射系数为-22db，表示该反射系数满足反射要求，解决了不同传输线结构的适配问题。
77.参见图4，为本技术测试获取的分口耦合度示意图，也即分口隔离度示意图。当高速信号频率为18-22ghz时，分口的隔离度＜-25db。假设预设隔离度为-25db，其隔离度满足预设要求。其中，s（3,2）为两个分口的隔离度。
78.参见图5，为本技术测试获取的相位一致性结果图。其中，两个分口的相位，分布为-37.19
°
和-37.12
°
，相位误差＜0.5
°
，相位基本一致。
79.即本技术实施例提供的过孔，实现了跨层传输信号，解决了同层互联时尺寸干涉问题，反射系数较低＜-22db，解决了不同传输线结构的失配问题。相位一致性好＜0.5
°
，解决了毫米传输信号线损耗大的问题。实现了微波毫米波的过孔传输要求。
80.本技术实施例还提供了对应的设备以及计算机可读存储介质，用于实现本技术实施例提供的方案。
81.其中，所述设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令或代码，所述处理器用于执行所述指令或代码，以使所述设备执行本技术任一实施例所述的跨层功分器。
82.在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
83.计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
84.计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
85.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
86.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
87.以上所述，仅为本技术的一种具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。