一种射频微波电路板中的匹配连接部件及其连接方法与流程

本发明涉及射频微波电路板设计技术领域，尤其涉及一种射频微波电路板中的匹配连接部件及其连接方法。

背景技术：

在射频微波电路板设计中，需要采用传输线来连接多个模块。也就是说，在同一块电路板上面会同时放置多个功能单元。有的功能单元是分布参数的(如微带滤波器、微带阻抗匹配等)，有的功能单元是微波集成电路的，随着频率的升高，很多微波集成电路采用qfn封装模式。qfn封装模式的特点是在很小的面积范围布局大量的引脚，通过降低器件的尺寸去降低分布参数的影响。那么，在一块复杂的电路模块上面，往往需要互连分布参数器件与微波集成电路器件，而它们的特征尺寸往往相差悬殊，在对它们进行互连时必须考虑阻抗匹配。

典型的qfn引脚宽度约为0.25mm，而典型的微波传输线尺寸在0.8-2mm附近。为了做到阻抗匹配，需要将这些qfn的小引脚连接到相对较宽的传输线上面，因此，需要完成阻抗匹配设计。否则，阻抗不匹配或者匹配不理想的话会造成严重的微波信号发射，当频率足够高的时候，甚至使电路功能失效。

目前现有的技术主要采用过渡连接线方式完成qfn到传输线的连接，或者采用微带线补偿方式弥补直接连接引入的匹配不理想问题，如在专利cn103547064中，如图1所示，采用了宽度渐变传输线与匹配传输线及器件管脚的匹配连接设计方法。此设计方法通过在宽度渐变传输线两侧铺设接地铜皮并根据预定计算方法调整接地铜皮与宽度渐变传输线的距离，使宽度渐变传输线部分的阻抗与匹配传输线阻抗相等，实现阻抗匹配。其回波损耗在16ghz附近约为-19db，此指标满足了一般工程的应用。但当对电路特性要求进一步提高时候，此方法需要进一步改进。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种射频微波电路板中的匹配连接部件及其连接方法，使得qfn管脚到外部其他分布参数器件的连接完成阻抗匹配，增大其回波损耗。

本发明的技术方案为：一种射频微波电路板中的匹配连接部件，在射频微波电路板上设有若干器件和若干传输线，所述匹配连接部件位于射频微波电路板中传输线与器件的管脚焊盘之间，用于实现传输线和器件的匹配连接，所述匹配连接部件为电路板结构，所述电路板包括上层电路板、中层电路板和下层电路板；所述中层电路板为斜面层；所述上层电路板和所述中层电路板之间构成匹配连接部件，所述匹配连接部件的厚度沿所述传输线至所述器件方向逐级递减。

进一步的，所述上层电路板为布线层，所述中层电路板和所述底层电路板全部敷铜。

进一步的，所述匹配连接部件的宽度在传输线宽度和器件管脚焊盘宽度之间均匀变化，所述匹配连接部件与所述传输线连接的一端的宽度与所述传输线的宽度相等，所述匹配连接部件与所述器件的管脚焊盘连接的一端的宽度与所述器件的管脚焊盘的宽度相等。

一种射频微波电路板中的匹配连接部件的连接方法，所述射频微波电路板上设有若干器件和若干传输线，在所述器件和传输线之间利用上述的匹配连接部件进行连接，对应位置处匹配连接部件的宽度和厚度之间的关系通过预设的计算方法设置。

进一步的，预设的计算方法如下：

(a)设置x为从器件引脚出发向左延伸的位置，设置w(x)为位置x处的匹配连接部件的宽度，设置d(x)为位置x处匹配连接部件的厚度，设置εe为电路板的等效相对介电常数，设置z(x)为位置x处的匹配连接部件的阻抗，其计算公式如下：

(b)保持w(x)/d(x)比值不变，z(x)为定值，器件管脚的宽度w(0)已知，则可计算出d(0)。

(c)设置匹配连接部件的总长度为l，整个匹配连接部件的厚度d(l)已知，可计算出w(l)，进而可计算出任意位置处的w(x)和d(x)。

进一步的，匹配连接部件的总长度l的选取原则为l＞5w(l)。

本发明的一种微波射频电路板的匹配连接部件及其连接方法，具有以下有益效果：

(1)匹配连接部件的设置有利于实现传输线与器件引脚之间的匹配连接，完成阻抗匹配；

(2)通过实现匹配连接部件的宽度和厚度的对应关系，可有效降低微波信号的反射，改善回波损耗，且仅通过改变匹配连接部件的对应宽度和厚度即可实现阻抗匹配，没有多余结构的添加，构造简单。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。

图1为背景技术中射频微波电路板中传输线到器件的匹配连接示意图；

图2为本发明射频微波电路板匹配连接部件中布线层结构示意图；

图3为本发明射频微波电路板匹配连接部件中电路板结构侧视图；

图4为本发明的匹配连接方法应用于微波电路单元中的互连结构示意图；

图5为本发明的匹配连接方法应用于微波电路单元中的电路板结构侧视图；

图6为应用本发明的匹配连接方法与传统方法的反射系数s11参数对比图；

图中：1-匹配连接部件，11-上层电路板，12-中层电路板，13-下层电路板，2-传输线，3-器件。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的一种射频微波电路板中的匹配连接部件1，如图2至图3所示，在射频微波电路板上设有若干传输线2和若干器件3，匹配连接部件1位于射频微波电路板中传输线2与器件3的管脚焊盘之间，用于实现传输线2和器件3的匹配连接，匹配连接部件1为电路板结构，电路板包括上层电路板11、中层电路板12和下层电路板13；中层电路板12为斜面层；上层电路板11和中层电路板12之间构成匹配连接部件1，匹配连接部件1的厚度沿传输线2至器件3方向逐级递减。

在微波射频电路板中，传输线2与器件3之间的尺寸差别较大，在对二者进行互连的时候，需要考虑阻抗匹配问题。因为当阻抗不匹配时，会造成信号功率损失，功率随频率起伏变化，影响信号质量。匹配连接部件1的设置，实现了传输线2与器件3之间的连接，同时匹配连接部件1在宽度渐变的基础上设置成厚度渐变的电路板结构，使匹配连接部件1在宽度方向变化的同时对应有不同的厚度值，利于调整匹配连接部件的阻抗，使其与传输线的阻抗相等，实现阻抗匹配。

具体的，上层电路板11为布线层，中层电路板12和底层电路板13全部敷铜。中层电路板12和底层电路板13敷铜实现接地，可使信号传输稳定，大大减少电磁辐射的干扰。

具体的，匹配连接部件1的宽度在传输线2宽度和器件3管脚焊盘宽度之间均匀变化，匹配连接部件1与传输线2连接的一端的宽度与传输线2的宽度相等，匹配连接部件1与器件3的管脚焊盘连接的一端的宽度与器件3的管脚焊盘的宽度相等。通过宽度渐变的匹配连接部件将传输线与器件进行连接，弥补了直接连接引入的匹配不理想问题，使匹配连接部件的阻抗与传输线阻抗相等，实现了阻抗匹配。

本发明的一种射频微波电路板中的匹配连接部件的连接方法，射频微波电路板上设有若干器件3和若干传输线2，在传输线2和器件3之间利用上述的匹配连接部件1进行连接，对应位置处匹配连接部件1的宽度和厚度之间的关系通过预设的计算方法设置。

具体的，如图2和图3所示，预设的计算方法如下：

(a)设置x为从器件引脚出发向左延伸的位置，设置w(x)为位置x处的匹配连接部件的宽度，设置d(x)为位置x处匹配连接部件的厚度，设置εe为电路板的等效相对介电常数，设置z(x)为位置x处的匹配连接部件的阻抗，其计算公式如下：

(b)保持w(x)/d(x)比值不变，z(x)为定值，器件管脚的宽度w(0)已知，则可计算出d(0)。

(c)设置匹配连接部件的总长度为l，整个匹配连接部件的厚度d(l)已知，可计算出w(l)，进而可计算出任意位置处的w(x)和d(x)。

具体的，匹配连接部件的总长度l的选取原则为l＞5w(l)。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图4和图5所示，将本发明的匹配连接部件应用于微波电路单元进行传输线与器件之间的互连，实现qfn器件到其他微波模块的微波信号传输，匹配连接部件任意位置处的宽度与厚度的关系通过上述计算方法得到。将采用本发明的连接方法后得到的反射系数s11参数值与采用传统方法得到的s11参数值进行比较，如图6所示，其中实线为本发明连接方法的反射系数测试图，虚线为传统方法的反射系数测试图，通过对比可知，本方法在大部分频段上面的反射系数优于传统方法3-8db左右，说明本发明的微波射频电路板中匹配连接部件的连接方法的匹配效果更好。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。