LTCC技術的多層延遲線研究

2017-02-17 by:CAE仿真在線來源:互聯網

摘要:本文介紹了一種基于低溫共燒陶瓷(LTCC)技術的多層延遲線,工作頻率在34.2GHz,相位延遲為16λg 和32λg 的帶狀線延遲線。由于LTCC 技術的工藝特點,能夠實現結構的小型化同時能夠得到較小的插入損耗和駐波系數。文中的16λg 和32λg 的尺寸分別為8.6×8.1×2.538mm3 和8.5×14.3×2.538mm3。最終仿真結果:16λg 帶內插損優于2.89dB,駐波小于1.236;32λg 帶內插損優于2.86dB,駐波小于1.353。

1 引言

延遲線是用于將電信號延遲一段時間的元件或器件,它要求在通帶內有平坦的幅頻特性,小的衰減和色散,有良好的阻抗匹配以及一定相移特性。低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic)技術因其低損耗、高可靠性、高集成度等優異的性能高速發展。與傳統延遲線相比,利用LTCC 技術研制的延遲線因其小型化、高集成度,更適用于現代雷達系統。

LTCC 技術能夠將無源器件埋置在多層互連布線基板中并通過通孔相互連接,能夠使表面積減小;同時通孔互連減小了互連寄生參量有利于增加系統的帶寬和提高系統性能。由于帶狀線是沒有色散的平面傳輸線,所以采用帶狀線來設計LTCC 延遲線。

LTCC技術的多層延遲線研究HFSS分析圖片1

2 延遲線理論

帶狀線是一種三導體TEM 波傳輸線。其結構示意圖如圖1 所示,一條寬度為w 的薄導體放置在兩塊接地導體板中間,兩塊接地板之間的空間填充的可以是空氣介質或者填充其他介質,故又稱為三板線或夾心線。

LTCC技術的多層延遲線研究HFSS分析圖片2

3 LTCC 延遲線設計

3.1 16λg 延遲線

介質基板采用Ferro A6( r ε =5.9,tanδ=0.002),帶狀線的中心導帶和上下接地板采用金中間接地板、接地通孔及信號通孔均采用銀材質。中間延遲采用帶狀線的結構,但是考慮帶狀線難以裝配和測試,將帶狀線通過信號通孔引出到表面通過一段微帶線來引出,方便測試安裝。考慮實際應用需要設計出直通端,為了方便調試和加工這里統一將直通端設計為2λg,設計相應的延遲段時需要加上2λg來抵消直通端引入的相位延遲。

分析可得16λg 在34.2GHz 處延遲18λg 即6480o 所需的帶狀線長度為65.1mm,如果采用一層結構所占的面積較大,故采用雙層結構。經計算的微帶線延遲90o 所需長度為1.1mm,故引出段采用兩段1.1mm 長度的微帶線。余下6300o 采用帶狀線所需63.3mm 。HFSS(High Frequency Structure Simulation)中建立的仿真模型如圖2 所示。

LTCC技術的多層延遲線研究HFSS分析圖片3

帶狀線上下接地板的距離為0.564mm,由6 層陶瓷基板燒結而成,中間導帶厚為0.01mm 的銀質導帶, 寬度為0.18mm; 微帶線的介質厚度為0.188mm 導帶厚為0.01mm,寬度為0.288mm。最終尺寸為8.6×8.1×2.538mm3。仿真結果曲線如圖3~5 所示。

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圖3 16λg 延遲線插入損耗

LTCC技術的多層延遲線研究HFSS結果圖片5 圖4 16λg 延遲線相位延遲

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圖5 16λg 延遲線VSWR

3.2 32λg 延遲線

與16λg 延遲線設計相似,32λg 延遲34λg 即12240o,微帶線長度為1.1mm,兩段延遲180o;帶狀線延遲12060o,對應帶狀線長度為121.17mm。單層結構在保證面積較小的情況下實現這樣長的延遲十分困難,采用多層結構。帶狀線和微帶線的介質厚度及導帶寬度和厚度與16λg 相同。HFSS 建立仿真模型如圖6 所示。

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