一种应用于Sub6G的微带双频防雷电路的制作方法

一种应用于sub6g的微带双频防雷电路
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及宏基站，皮基站，微基站，直放站等设备靠近天线侧的远端模块的防雷措施，提供一种针对sub6g的两个工作频段的防雷电路。


背景技术：

2.伴随着通信产品领域的不继发展与创新，通信设备的集成度也越来越高，应用也越来越广泛，而且为了增强通信设备的信号强度，许多通信设备安装在空旷的野外或建筑物的顶端，很容易受到雷电的破坏，造成通讯中断，给信息化时代里的人类生活带来的越来越大的影响。所以为了防止通信设备遭受雷电的破坏，大多通信设备都会在天线与设备之间的传输线上接上避雷器，将雷电脉动电流导入大地，不影响通讯中射频信号的正常传输。
3.四分之一波长微带避雷器是一种新兴的避雷器，它广泛应用于频率比较高，且频段相对固定的无线电设备上，如 800mhz、900mhz、1.8ghz、2.4ghz 等等的设备上。其主要优点是防雷效果明显，冲击耐流较高。传统的四分之一波长射频防雷器多年来以结构简单、牢靠，防雷效果好，承受功率高，免维护等特点，一直在通信射频收发系统中受到广泛的使用。但也存在一些明显缺点，尺寸小的防雷器频段不够宽；宽带的防雷器尺寸比较大，并且对于应用于两个工作频段的设备，其覆盖效果普遍不理想，特别是在两个工作频段相隔较远时，很难保证两个工作频段的插入损耗，回波损耗都能达到最优。以900mhz和5.8ghz的双频应用为例，传统的单枝节微带防雷电路，会以两个频点的中心点3.35ghz为中心做枝节，3.35ghz对应的1/4波长为488mil；得到数据仿真曲线如图1、2所示，从图中可以看出，两个工作频段插入损耗达到2db，回波损耗恶化到-4.2db，显然3.35ghz的中心频点覆盖不到两个相隔较远的工作频点，导致工作频段指标恶化。


技术实现要素：

4.本发明在于提供一种应用于sub6g的微带双频防雷电路，其能够缓解上述问题。
5.为了缓解上述的问题，本发明采取的技术方案如下：第一方面，本发明提供了一种应用于sub6g的微带双频防雷电路，包括从上至下依次布置的微带线层和参考地层；所述微带线层包括表层地和t字型结构的微带线，所述t字型结构的微带线包括共线的输入端微带线和输出端微带线，以及连接于所述输入端微带线和输出端微带线的枝节微带线；所述微带线层和参考地层之间填充介质层；所述枝节微带线分为两段，即衔接在一起的第一枝节和第二枝节，所述第一枝节连接于所述输入端微带线和输出端微带线；所述输入端微带线和输出端微带线的阻抗均为50ω；所述参考地层包括从上至下依次布置的第一地层和第二地层；所述第一枝节的阻抗为75ω，其与所述输入端微带线和输出端微带线均参考所述第一地层；所述第二枝节的线宽大于所述第一枝节的线宽，参考所述第二地层，阻抗为75ω；
所述第一枝节容性接地于表层地，所述第二枝节的末端直接连接表层地；所述第一枝节长度为sub6g的两工作频段中高频段中心频率对应波长的1/4；所述第一枝节和第二枝节的总长度为sub6g的两工作频段中低频段中心频率对应波长的1/4。
6.在本发明的一较佳实施方式中，所述输入端微带线和输出端微带线按照共面波导计算线宽和表层地的避让距离，使所述输入端微带线和输出端微带线的阻抗均为50ω。
7.在本发明的一较佳实施方式中，所述第一枝节按照共面波导计算线宽和表层地的避让距离，所述第一枝节的线宽小于所述输入端微带线和输出端微带线的线宽。
8.第二方面，本发明提供了一种应用于sub6g的微带双频防雷电路，该电路除了第二枝节的长度设计方法与第一方面所述的微带双频防雷电路不同外，其它结构特征与第一方面所述的微带双频防雷电路完全相同；第二方面所述的微带双频防雷电路中，第二枝节的长度设计方法是：在sub6g的两个工作频点之间存在多个谐振点时，则以减小第二枝节长度的方式将谐振点右移，使插入损耗曲线在两个工作频点之间只保留一个谐振点，在该条件下得到所述第二枝节的长度。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述应用于sub6g的微带双频防雷电路，不再以两个频段之间的中心频率去做设计，而是分别以两个工作频段为中心进行针对性设计，使得两个工作频段都能达到最佳状态，不会因为工作频段间隔较远带来性能下降问题，并且通过对第二枝节长度的调整，能使尺寸更小，在保证性能优良的情况下，减小了pcb布局空间。
10.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
12.图1是传统的单枝节微带防雷电路插入损耗仿真曲线图；图2是传统的单枝节微带防雷电路回波损耗仿真曲线图；图3是实施例1所述微带双频防雷电路的第一视角层叠结构示意图；图4是实施例1所述微带双频防雷电路的微带线层俯视示意图；图5是实施例1所述微带双频防雷电路的第二视角层叠结构示意图；图6是实施例1所述微带双频防雷电路插入损耗仿真曲线图；图7是实施例1所述微带双频防雷电路回波损耗仿真曲线图；图8是实施例2所述微带双频防雷电路优化尺寸后的插入损耗仿真曲线图；图9是实施例2所述微带双频防雷电路优化尺寸后的回波损耗仿真曲线图；图中：1-微带线层，2-输入端微带线，3-输出端微带线，4-第一枝节，5-第二枝节，6-表层地，7-介质层，8-第一地层，9-第二地层。
具体实施方式
13.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
14.实施例1请参照图3~图5，本实施例公开的一种应用于sub6g的微带双频防雷电路，包括从上至下依次布置的微带线层1和参考地层；微带线层1包括表层地6和t字型结构的微带线，t字型结构的微带线包括共线的输入端微带线2和输出端微带线3，以及连接于输入端微带线2和输出端微带线3的枝节微带线；微带线层1和参考地层之间填充介质层7。
15.在本实施例中，sub6g的两工作频段中高频段中心频率为5.8ghz，低频段中心频率为900mhz。
16.在本实施例中，选用介质层7类型为fr4, it-180a，介电常数dk为4.3,损耗角正切df为0.02。微带线层1和第一地层8之间的介质层7厚度为10mil，第一地层8和第二地层9之间的介质层7厚度为30mil；微带线层1的厚度为2mil，第一地层8的厚度为1.2mil，第二地层9的厚度为2mil。
17.在本实施例中，枝节微带线分为两段，即衔接在一起的第一枝节4和第二枝节5，第一枝节4连接于输入端微带线2和输出端微带线3。参考地层包括从上至下依次布置的第一地层8和第二地层9。第一枝节4容性接地于表层地6，第二枝节5的末端直接连接表层地6。
18.在本实施例中，输入端微带线2和输出端微带线3的线宽均为19.25mil，参考第一地层8，阻抗均为50欧姆。
19.在本实施例中，第一枝节4长度为sub6g的两工作频段中高频段中心频率对应波长的1/4，即291mil，第一枝节4宽度为8.9mil，参考第一地层8，阻抗为75欧姆；在本实施例中，第二枝节5的线宽大于第一枝节4的线宽，为36.2mil。
20.第一枝节4和第二枝节5的总长度为sub6g的两工作频段中低频段中心频率对应波长的1/4，即1819mil，所以第二枝节5长度为1819mil-291mil=1528mil。
21.第二枝节5隔层参考第二地层9，阻抗为75欧姆。
22.在本实施例中，通过将第二枝节5正下方的第一地层8挖空，使第二枝节5参考到第二地层9。
23.第一地层8挖空的位置和尺寸：在第二枝节5正下方，长度方向与第二枝节5齐平，宽度方向在第二枝节5宽度基础上向两边各扩展10mil；比如第二枝节5的长度为1528mil，宽度为36.2mil，则第一地层8挖空区域尺寸长度为1528mil，宽度为56.2mil；挖空后该空缺会被介质层7(基材)填充，如图5所示，第二枝节5将参考第二地层9，中间介质厚度为10mil+1.2mil+30mil=41.2mil。
24.需要说明的是：我们是根据微带线特性阻抗计算公式，z={87/[sqrt(er+1.41)]}ln[5.98h/(0.8w+t)] ，进行上述计算和处理，其中，w为微带线线宽，t为微带线铜皮的厚度，h为介质厚度，er是pcb板材质的介电常数。
[0025]
根据公式得到在介质厚度为10mil时，特性阻抗75ohm的第一枝节线宽为8.9mil；
在介质厚度41.2mil时，特性阻抗75ohm的第二枝节线宽为36.2mil；挖空第二枝节下方的第一地层，令第二枝节参考第二地层的目的是为了在保证75欧姆阻抗连续情况下，能加宽第二枝节5的线宽。要保证同样的阻抗，参考层越厚线宽就会越宽；相对更宽的第二枝节5保证了第一枝节4的容性接地。
[0026]
本实施例所述微带双频防雷电路的数据仿真曲线如图6、7所示，从图中可以看出，900m和5.8ghz都得到了针对性的匹配，插入损耗为0.007db，回波损耗达到-27db，插入损耗和输入输出回波损耗达到最优。
[0027]
实施例2实施例1所述的微带双频防雷电路相对于传统技术在射频性能指标上有了较大的进步，但是其尺寸还可以进一步优化，本实施例给出了对实施例1所述微带双频防雷电路的尺寸进行优化的方法。
[0028]
当sub6g的两个工作频点之间存在多个谐振点时，可通过减小第二枝节长度的方式将谐振点右移，使插入损耗曲线在两个工作频点之间只保留一个谐振点，在该条件下得到第二枝节5的长度，实现尺寸优化。即以高于低频段中心频点的频率对应的1/4波长作为第一枝节和第二枝节的总长度，该频点和对应枝节长度在射频性能上仍可覆盖低频段，高频段对应的第一枝节长度则不变，这样两枝节的总尺寸得到优化，整体微带电路尺寸得到优化。
[0029]
从图6可以看出，900m与5.8ghz之间存在3个谐振点，因此，在本实施例中，令谐振点右移，使s21曲线在900m与5.8ghz之间只保留一个谐振点，措施是减小900m对应的枝节长度，即总枝节长度。当总枝节长度从1819mil减小至935mil时，900m与5.8ghz之间只有1个谐振点；935mil为1.8ghz的1/4波长，这种方法即用中心频点1.8g覆盖900mhz低频段，高频段对应的第一枝节长度则不变，所以减小的只是第二枝节长度。
[0030]
本实施例得到的数据仿真曲线如图8、9所示，两个工作频段插入损耗为0.18db，驻波为-13db，指标相对实施例1略有下降但仍然良好，第一枝节4长度为291mil；第二枝节5长度为935mil-291mil=644mil；尺寸从最初的1819mil 减小至935mil；在保证优量指标的情况下，尺寸也得到了优化。
[0031]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。