X波段微波垂直互连电路设计.pdf

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1、2014年第6期总第150期SlLIC0NVALLEYx波段微波垂直互连电路设计王光池，刘建勇。陈兴国(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥230088)摘要低温共烧陶瓷(LTCC)是实现微波组件轻小型化、高密度组装的理想互连和组装技术。文中介绍了两种基于LTCC技术的微波垂直互连结构。利用三维电磁仿真软件IIFSS建立了垂直互连的仿真模型，并在x波段对其进行仿真和优化。根据优化的结果，完成了设计加工。实物的测试结果和仿真结果较为吻合。关键词x波段；LTCC；垂直互连；建模仿真中图分类号：TN79文献标识码：

2、A文章编号：1671—7597(2014)06—0023—03随着单片集成电路、新型基板材料和微组装技术的高速发因此，微带和互连部分进行连接时，相当于串联一个电感，展，固态有源相控阵雷达技术在军用及民用电子设备中得到了从而导致微带的总电感量增加为：广泛的应用。随着相控阵技术在舰载、机载以及星载等平台中L=Lo+的应用，其体积、重量和可靠性等指标越来越受到关注。因此此时，微带的特征阻抗则变为：相控阵雷达对天线的性能、功能和体积、重量也提出更高的要Z．：．生求，需要采用片式的有源阵列天线。相对于传统砖块结构，片、JCo、

3、『co式有源阵列天线采用层状组装和高密度集成，因而具有剖面低、而过渡外的微带线特征阻抗为：重量轻、集成度高、功率密度大、多功能、易扩充、易共形等特点]。采用多芯片组件(MCM)技术可使T／R组件的体积、重=量大大减小，组件的集成度也相应提高。但常规的2D—MCM技术，为了减少反射降低驻波，使得信号优良传输，保证阻抗匹配，因其布局形式仍为平面布局，因此电路布局尺寸受芯片数量及需要在微带的过渡端引入补偿电容AC。此时阻抗为：面积影响，无法再进一步缩小。在此基础上发展而来的3D—MCM、Z0=多功能芯片等技术，可以使组件的

4、集成度更高，能够适应片式√撼相控阵雷达天线阵面高密度布阵的要求。从而得到补偿电容的为：新型的T／R组件要求结构紧凑、体积小，同时其内部还集△C：—Lo+Lo-Z2Co————一成了大量的微波电路，逻辑控制控制电路及电源电路等。在组件设计过程中为了得到高性能的微波基板，我们还需要对LTCC上述公式为一个近似的计算公式，并且电感的感值和电容基板的内部互联特别是微波互连进行精心设计优化，使得其不的容值在不同的频率下也会发生变化，因此无法得到准确的补仅具有良好的微波性能，并且避免设计不当引起的互耦、串扰、偿部分的准确解析值。

5、但我们可以通过理论分析的结果，构建辐射等等影响电路性能及稳定的现象发生。合理的补偿电路形式，并建立电磁场仿真模型，采用三维全波本文以两种典型的垂直互连结构作为实例，详细介绍了的电磁仿真软件(HFSS)加以优化仿真得到满足工程需要的结果。垂直互连电路设计方法及其具体过程。2建模与仿真1垂直互连电路分析2．1微带到带线结构LTCC技术由于良好的微波性能、低损耗、高集成度以及较微带和带线间采用垂直通孔互连，其中垂直通孔与微带和为低廉的价格，使得其在微波组件中广泛应用。LTCC在片式组带线直接常用的连接方式有以下3种：件中的

6、微波垂直互连应用有多种电路形式，这里主要介绍两种结合典型的垂直互连电路及其仿真设计。微带到带线的垂直过渡中，采用金属化通孔进行互连。而在微带到同轴垂直转换结构中，微带和同轴的中心导体采用金方式1方式2方式3丝互连。但不管是金属化通孔还是金丝在微波频段内都可以等图2垂直通孔与微带的连接方式效成为电感。因此互连部分的等效电路如下图：根据文献[4]，上述三种连接中，方式1的连接的微波传输特性最好，方式3的连接传输特性最差。连接1中的环状扩展可以等效成一种容性补偿，因此这一结果与前面的理论分析是一致的。考虑到LTCC中导体加

7、工精度和组件内部基板厚度及走线的要求。模型中微带介质为3层FerroA6的LTCC(单层LTCC烧结后约为96um)，带线为上下各4层共8层LTCC，其线宽可以由ADS中LineCal计算软件等计算所得。其三维互连结构如图3图1互连部分等效电路所示。