CN103117440A

CN103117440A - 一种低损耗扁平传输线

Info

Publication number: CN103117440A
Application number: CN2013100495476A
Authority: CN
Inventors: 孙劲; 何其娟; 李立忠
Original assignee: Shanghai Amphenol Airwave Communication Electronics Co Ltd
Current assignee: Amphenol Yongyi (Haiyan) Communication Electronics Co., Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: WO2014121568A1; CN103117440B

Abstract

一种低损耗扁平传输线，包括用于防止金属区域氧化及屏蔽传输线结构与周围良导体接触的若干阻焊层、用于为物理上上下粘合作用的若干粘接层、用于能量传输区域的若干介质层和若干连接层。第一连接层的至少一端上设置信号岛一和围绕信号岛一的第一缝隙，并在信号岛一上设置至少信号线过孔，第二连接层的至少一端上设置信号过渡区域和在信号过渡区域上设置的若干缝隙，第三连接层的至少一端上设置信号岛二和围绕信号岛二的第二缝隙，第一连接层的信号线过孔连通信号岛一、信号岛二和信号过渡区域的信号，信号过渡区域与信号线连接。引入本发明的连接结构，优化L1，C1，大大降低不连续性的影响，最大限度地降低传输线结构的插入损耗。

Description

一种低损耗扁平传输线

技术领域

本发明涉及一通信天线,尤其涉及一种通信天线相关的低损耗扁平传输线。

背景技术

天线是一种利用频率特性接收和发射信号的装置。近年来，用于无线通信的移动终端天线的设计和性能，越来越影响移动通信的发展方向。特别是便携式移动终端如手机，PDA（Personal Digital Assistance）,MP3/MP4。天线设计的几个主要指标是：有合适的多频谐振，天线实现信号传播和能量辐射均基于某个频率的谐振。如果一个天线能在多个频率都能谐振，那么天线将可以在多个频率工作。

近年来，越来越多无线终端采用低剖面的结构设计。也即是终端的厚度越来越小，“薄”是很多手机追求的目标。为了达到这一目标，很多手机采用了分立式的PCB板设计，即采用两块PCB板分别位于手机的两端，可以用主板指其中的一块，上面通常有射频模块，小板指另外一块，上面有一些简单的连接和匹配电路。小板上方通常是天线的。一根直径很细的同轴线连接小板和主板，用来把射频信号从主板引导到小板上。同轴线的直径越小，单位长度上的损耗越大。但是，因为手机的空间集成度越来越高，要求使用尽可能小直径的同轴线。这和减小损耗正好是矛盾的。如何在不增加损耗的情况下，尽可能的减小这一段同轴线所占用的空间，是我们面临的挑战。近年来，用微带线来实现传输线是一个可能的选择。但是微带线是一个对信号而言的半开放结构，信号的屏蔽性有问题，容易产生信号的干扰。用带状线结构来实现的传输线是一个不错的选择。信号线位于两层地的中间，信号得到了很好的屏蔽，不容易产生干扰。另一方面，为了射频性能和制造的稳定性，信号线的宽度一般不要小于0.1毫米。这就对带状线的厚度有一定的要求。而连接射频连接头和带状线需要设计过孔，通常这里的过孔是连接信号线和表面导体的盲孔，即过孔只是穿过部分带状线的厚度。带状线的厚度越厚，盲孔的制作越困难，会严重影响产品的良率。盲孔的制做存在一定的限制，假定R是盲孔的半径，h是盲孔的高度，那么R/h必须满足一定的条件，为了达到稳定可靠的导通，R/h必须大于0.9。但是因为R不可能任意的大，例如受尺寸空间的限制。那么这时候，h必须不能太大，也就是说，孔的高度是有一定的限制的，例如h 不超过50微米。而且，孔的制作需要用到激光机，成本高。同时，由于SMT（Surface Mounted Technology）的连接头连接在传输线的两端，尽管SMT的连接头是50欧姆的阻抗，传输线的特性阻抗也为50欧姆，仍然在连接头连接传输线的部位有结构上的不连续性，从而导致特性阻抗偏离50欧姆。这一现象在高频段，例如3Ghz以上表现的尤为明显，从而导致传输线的插入损耗在高频段变得恶化。

也就是说，连接头连接传输线部位的不连续性，出现特性阻抗偏离50欧姆的缺陷发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低损耗扁平传输线，尤其能适用于高频段，以解决现有技术中连接头连接传输线部位的不连续性，出现特性阻抗偏离50欧姆的缺陷发生，从而导致传输线的插入损耗在高频段变得恶化的技术问题。一种低损耗扁平传输线，包括用于防止金属区域氧化及屏蔽传输线结构与周围良导体接触的若干阻焊层、用于为物理上上下粘合作用的若干粘接层、用于能量传输区域的若干介质层、若干连接层，所述连接层至少包括第一连接层、第二连接层和第三连接层，其中，

第一连接层的至少一端上设置信号岛一和围绕信号岛一的第一缝隙，并在信号岛一上设置至少信号线过孔，所述信号岛一和第一缝隙用于调节传输线的第一电容特性，

第二连接层的至少一端上设置信号过渡区域和在信号过渡区域上设置的若干缝隙，并在信号过渡区域对应位置上设置对应的信号线过孔，所述信号过渡区域及其若干缝隙用于调节传输线的电感特性，

第三连接层的至少一端上设置信号岛二和围绕信号岛二的第二缝隙，并在信号岛二对应位置上设置对应的信号线过孔，信号岛二和第二缝隙用于调节传输线的第一电容特性，

第一连接层的信号线过孔连连通信号岛一、信号岛二和信号过渡区域的信号，信号过渡区域与信号线连接。

较佳地，信号过渡区域上设置三条缝隙：第三缝隙、第四缝隙和第五缝隙，第三缝隙、第四缝隙和第五缝隙调节传输线的电感特性。

较佳地，第三缝隙、第四缝隙和第五缝隙分别并列，第三缝隙和第五缝隙的缝隙开口同向，与第四缝隙的缝隙开口相反，并且，第四缝隙位于第三缝隙和第五缝隙之间。

较佳地，第二缝隙可围绕信号岛二设置成环形，或者可围绕信号岛二设置成半包围型，第一缝隙可围绕信号岛一设置成环形，或者可围绕信号岛一设置成半包围型。

较佳地，信号岛二和第二缝隙形成的形状与信号岛一和第一缝隙形成的形状大体一致。

较佳地，若干阻焊层包括顶层和底层，顶层包括屏蔽传输线结构的非导电区域，并在非导电区域上设置若干用于连接头焊接盘位置的连接缝，并且其中一个连接缝物理上连接连接头信号线导体。

较佳地，第一连接层上还设置若干系列过孔和周期性过孔，系列过孔与系列过孔可关于中心线上下对称，系列过孔可与中心线平行，并镜像至中心线另一侧，所述重复周期为过孔间的中心位置间距。

较佳地，粘接层为二层，其一位于顶层的下方，其二位于底层的上方。

较佳地，介质层为二层，其一位于第一连接层和第二连接层之间，其二位于第二连接层和第三连接层之间。

较佳地，连接头为50欧姆接头。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：

据传统的传输线理论，将周期性L0，C0直接与50欧姆连接头相连，在高频的损耗引入的不连续性很大。引入本发明的连接结构，优化L1，C1，大大降低不连续性的影响，最大限度地降低传输线结构的插入损耗。事实证明，采用此方式加工的传输线结构的，在6GHz的回波损耗降低了5dB, 在6GHz插入损耗比公开产品降低了百分之二十。

附图说明

图1为本发明低损耗扁平传输线的一实施例组装图;

图2 为本发明低损耗扁平传输线的顶层一实施示例图;

图3 为本发明第一连接层的实施示例图;

图4 为本发明第二连接层的实施示例图;

图5 为本发明第三连接层的实施示例图;

图６为本发明底层的实施示例图；

图7为本发明连接结构的信号线的分布式等效电感和电容的等效电路连接图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请参阅图１至图６，一种低损耗扁平传输线，包括用于防止金属区域氧化及屏蔽传输线结构与周围良导体接触的若干阻焊层、用于为物理上上下粘合作用的若干粘接层、用于能量传输区域的若干介质层和若干连接层。　

若干阻焊层包括顶层11和底层19。顶层11和底层19 为阻焊层，其防止金属区域氧化，并屏蔽传输线结构与周围良导体接触。

粘接层为二层，其一位于顶层的下方，其二位于底层的上方。即中间层12和中间层18为粘接层，主要作用为物理上的上下粘合作用。中间层12和中间层18具有一定厚度，根据粘接材料特性的不同，会相应影响整个传输线结构的传输特性，为达到最优的传输性能，减小损耗，连接结构和信号线需要做优化处理。

介质层为二层，其一位于第一连接层和第二连接层之间，其二位于第二连接层和第三连接层之间。介质层，为能量传输区域。介质层材料的特征参数如厚度和相对介电损耗对整个传输线结构影响重大，较小损耗的介质材料是工业应用生产的首选。中间层14和中间层1６为介质层。

也就是说，如图１所示的一种传输线结构，包括顶层11、中间层12-18、底层19与连接机构，所述中间层13与50欧姆接头连接，中间层13（即第一连接层），中间层15（即第二连接层），中间层17（即第三连接层）上分别设置信号线和连接机构。其中，中间层13，中间层17包括一定数量和特定尺寸的过孔21到过孔28相连，过孔21到过孔28贯穿中间层13，中间层17，具有中心对称结构。中间层13和中间层15设置信号线，该信号线与中间层13和中间层17共同构成传输线结构主体结构。

顶层包括屏蔽传输线结构的非导电区域，并在非导电区域上设置若干用于连接头焊接盘位置的连接缝，并且其中一个连接缝物理上连接连接头信号线导体。请参阅图2，其所示为顶层11具体结构图，101所示的斜线区域为非导电区域，绝缘材料，屏蔽传输线结构。缝102到105为50欧姆连接头焊盘位置, 缝102，103 和105露出位置位于中间层13 的302 区域, 电气上互相连通。缝104 露出位置位于中间层13的 304 区域。物理上连接50欧姆连接头的信号线导体。

第一连接层13（即中间层13）的至少一端上设置信号岛一304和围绕信号岛一的第一缝隙303，并在信号岛一304上设置至少一信号线过孔29，信号岛一304和第一缝隙303用于调节传输线的第一电容特性。请参阅图７，其为连接层的等效电路，信号岛一304的形状是可变化的，并且围绕信号岛一的第一缝隙303也可变化的。信号岛形状可变，缝隙的封闭特性可根据实际情况延伸为半包围，如沿中心线A开口至传输线边缘。也就是说，信号岛一304和第一缝隙303的形状与大小和第一电容的特性相关，具体的形状与大小还与信号岛一304和第一缝隙303所采用的材质有关，只需要经过多次实验，就能得到适合该材质对应的形状与大小。

具体请参阅图图3，所示中间层13，包括覆铜区域302，系列过孔21 到28，信号线岛一304，信号线过孔29，以及围绕信号岛一的缝隙303。区域301 示意中间面与传输线外边缘与中间面13的间隔距离。系列过孔21 ，22 与过孔23，24关于中心线A上下对称。过孔25,26 与中心线A平行，并镜像至中心线另一侧。此外，传输线结构还具有周期性过孔27,28，重复周期为过孔27到过孔28的中心位置间距，并关于中心线A镜像至另一侧。过孔27到过孔28重复周期根据优化设计远小于本传输线结构工作最高频率的四分之一。信号线过孔29与系列过孔不同，信号线过孔29数量远少于系列过孔，信号线过孔的位置需要优化处理。从图３可知，中间层13的两端上分别设置信号岛一304和围绕信号岛一的第一缝隙303，其为一种实现方式。

第二连接层15（即中间层15）的至少一端上设置信号过渡区域502和在信号过渡区域502上设置的若干缝隙，并在信号过渡区域对应位置上设置对应的信号线过孔29，信号过渡区域502电感特性。请参阅图７，以第二连接层15来说，信号过渡区域502和在信号过渡区域502上设置的若干缝隙可以等效为第一电感L1。信号过渡区域50的形状是可变化的，并且若干缝隙的形状与大小也可变化的。只需要经过多次实验，就能得到适合该材质对应的形状与大小。

第三连接层17的至少一端上设置信号岛二703和围绕信号岛二703的第二缝隙704，并在信号岛二703对应位置上设置对应的信号线过孔29，信号岛二703和第二缝隙704用于调节第一电容C1。

第一连接层的信号线过孔29连连通信号岛一304、信号岛二703和信号过渡区域502的信号，信号过渡区域502与信号线506连接。

图2至图5 示意连接结构。连接结构包括中间层13的信号岛一304及围绕信号岛一的缝隙303，中间层15的信号过渡区域502到505，以及中间层17所示的信号岛二703和围绕信号岛二的不规则缝隙结构704。缝隙303用于调节第一电容C1。也就是说，缝隙303，缝隙704共同调节第一电容C1。如图7中所示的C1。

信号过渡区域502为不规则光滑区域，信号线过孔29连接信号岛一304，信号岛二703信号和信号过渡区域502。信号过渡区域502 与信号线506相连。缝隙503,504,505 用于调节信号过渡区域的电气参数，即传输线的电感特性L1。信号线506为等宽均匀导体，其分布式等效电感和电容分别为L0，C0。等效电路如图7所示。

根据传统的传输线理论，将周期性L0，C0直接与50欧姆连接头相连，在高频的损耗引入的不连续性很大。引入本发明的连接结构，优化L1，C1，大大降低不连续性的影响，最大限度地降低传输线结构的插入损耗。事实证明，采用此方式加工的传输线结构的回波损耗在6GHz降低了5dB，,在6GHz插入损耗比公开产品降低了百分之二十。

图4中501表示在中间面15非金属区域。图5中701 表示中间面17的非金属区域，702所示斜线部分为金属区域。图6所示为底层结构图，斜线区域为非导电区域，屏蔽传输线结构。传输线实现工艺方式不限，本发明实施例为电路板方式，采用层压，光绘蚀刻化镀工艺。

还需要说明的，中间面14,16的材料可以为硬板或者软板。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种低损耗扁平传输线，其特征在于，包括用于防止金属区域氧化及屏蔽传输线结构与周围良导体接触的若干阻焊层、用于为物理上上下粘合作用的若干粘接层、用于能量传输区域的若干介质层、若干连接层，所述连接层至少包括第一连接层、第二连接层和第三连接层，其中，

2.如权利要求１所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，信号过渡区域上设置三条缝隙：第三缝隙、第四缝隙和第五缝隙，第三缝隙、第四缝隙和第五缝隙调节调节传输线的电感特性。

3.如权利要求２所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，第三缝隙、第四缝隙和第五缝隙分别并列，第三缝隙和第五缝隙的缝隙开口同向，与第四缝隙的缝隙开口相反，并且，第四缝隙位于第三缝隙和第五缝隙之间。

4.如权利要求１所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，第二缝隙可围绕信号岛二设置成环形，或者可围绕信号岛二设置成半包围型，第一缝隙可围绕信号岛一设置成环形，或者可围绕信号岛一设置成半包围型。

5.如权利要求４所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，信号岛二和第二缝隙形成的形状与信号岛一和第一缝隙形成的形状大体一致。

6.如权利要求１所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，若干阻焊层包括顶层和底层，顶层包括屏蔽传输线结构的非导电区域，并在非导电区域上设置若干用于连接头焊接盘位置的连接缝，并且其中一个连接缝物理上连接连接头信号线导体。

7.如权利要求１所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，第一连接层上还设置若干系列过孔和周期性过孔，系列过孔与系列过孔可关于中心线上下对称，系列过孔可与中心线平行，并镜像至中心线另一侧，所述重复周期为过孔间的中心位置间距。

8.如权利要求６所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，粘接层为二层，其一位于顶层的下方，其二位于底层的上方。

9.如权利要求８所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，介质层为二层，其一位于第一连接层和第二连接层之间，其二位于第二连接层和第三连接层之间。

10.如权利要求１所述的低损耗扁平传输线，其特征在于，连接头为50欧姆接头。