本文研制了一款覆蓋 S 波段至 Ku 波段的低剖面射頻轉(zhuǎn)接板，利用多層微帶板混壓技術(shù)將 64 路傳輸線集成一體。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接板的小型化和低剖面，射頻信號線內(nèi)埋于轉(zhuǎn)接板不同疊層，層間通過類同軸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)信號垂直互連。整體尺寸 197.2mm×203mm，成品剖面高度為 1.54mm。實(shí)物測試結(jié)果表明，帶內(nèi)駐波低于 1.8，傳輸距離為 210mm，插損＜5dB，64 個通道間幅度一致性≤±1dB，對工程化應(yīng)用有較大的指導(dǎo)意義。

1 引言

隨著機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)所需求的功能越來越復(fù)雜，對應(yīng)微波組件也朝著小型化、輕量化、寬帶化方向發(fā)展。在高集成化微波組件的需求下，射頻信號不可避免會產(chǎn)生傳輸交疊。微帶多層板技術(shù)有效解決了信號在不同層傳輸?shù)膯栴}，微帶多層板將多層芯板和粘接片混壓，利用 Z 方向空間實(shí)現(xiàn)信號立體交叉分布，縮小電路體積，提高集成度，實(shí)現(xiàn)小型化，在射頻電路中得以廣泛的應(yīng)用。

層間垂直互連是微波多層板中最關(guān)鍵的技術(shù)之一，類同軸式垂直互連具有結(jié)構(gòu)緊湊、損耗小、寬頻帶等特點(diǎn)，提高層壓板密度，在低剖面、小體積下滿足多功能化的需求。

本文研制了一種基于多層板混壓的射頻轉(zhuǎn)接板，通過微帶板混合層壓和垂直互連技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 64 路信號的傳輸與口徑變換，該轉(zhuǎn)接板具有高集成、剖面低、超寬帶等特點(diǎn)，在機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)中得以應(yīng)用。

2 轉(zhuǎn)接板的工程化設(shè)計(jì)與分析

所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)接板的疊層結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該轉(zhuǎn)接板采用四塊芯板經(jīng)兩次壓合而成，射頻信號 RF1、RF2 以帶狀線結(jié)構(gòu)分布在兩層疊層之間，信號層間通過盲、埋孔實(shí)現(xiàn)垂直互連，8 種不同結(jié)構(gòu)的通道各 8 路，共形成 64 路幅相一致的傳輸線。信號轉(zhuǎn)接并完成口徑變換示意如圖 2 所示。

圖 1 射頻轉(zhuǎn)接板疊層結(jié)構(gòu)

圖 2 射頻信號轉(zhuǎn)接示意圖

根據(jù)轉(zhuǎn)接板最高工作頻率在 Ku波段，選擇質(zhì)地硬、低損耗、熱膨脹系數(shù)小的 TSM-DS3 芯板作為射頻信號的走線支撐。該芯板介電常數(shù)Er=3.0（@10GHz Df=0.0011），介電常數(shù)與溫度的偏差約為±0.2％，損耗因數(shù)變化范圍 0.0007-0.0011；同時在 Z 軸方向上的熱膨脹系數(shù)與銅的熱膨脹系數(shù)趨近，銅箔附著能力強(qiáng)。轉(zhuǎn)接板需多次壓合，粘接片選用熱固性睿龍RLP30，該粘接片與芯板介電常數(shù)基本一致，介電損耗低 (@10GHzDf0.0020)，使得射頻信號更接近于帶狀線形式傳輸。

轉(zhuǎn)接板信號集成度較高，采用類同軸結(jié)構(gòu)的層間垂直互連避免信號交疊。參考圖 1 疊層結(jié)構(gòu)，L01 至 RF1、RF2 層以盲孔形式實(shí)現(xiàn)同軸線到帶狀線的垂直互連，RF1 至 RF2 層以埋孔形式實(shí)現(xiàn)帶狀線到帶狀線的層間互連，兩種結(jié)構(gòu)模型如圖 3 所示。

圖3 類同軸結(jié)構(gòu)兩種垂直互連 (a)同軸線轉(zhuǎn)帶狀線;(b)帶狀線轉(zhuǎn)帶狀線

在工程加工時，L01 至 RF2 層及RF1 至 RF2 層的盲、埋孔通過背鉆工藝實(shí)現(xiàn)，而背鉆的殘樁易使信號產(chǎn)生振蕩，增大損耗；背鉆孔灌銅后需進(jìn)行樹脂塞孔。在設(shè)計(jì)時，需考慮殘樁尺寸和灌銅厚度等實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，仿真模型如圖 4 所示。結(jié)合加工經(jīng)驗(yàn)與仿真驗(yàn)證，銅層單邊 25um，殘樁長度≤0.15mm 對性能影響較小。

圖 4 背鉆孔仿真模型

3 實(shí)物加工測試

按上述方案設(shè)計(jì)的射頻轉(zhuǎn)接板加工實(shí)物如圖 5 所示，長×寬尺寸為197.2mm×203mm，成品含連接器高度為 4.7mm，整體面積翹曲度好。

圖 5 射頻轉(zhuǎn)接板加工實(shí)物圖 (a)正視圖;(b)側(cè)視圖

采用 E5080B 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試轉(zhuǎn)接板的射頻性能。圖 6 給出轉(zhuǎn)接板 8 種通道實(shí)物測試的駐波比，圖 7給出實(shí)物測試的插損，每一種通道 S曲線相似，本文各取一路數(shù)據(jù)分析。測試結(jié)果在 2GHz 至 12GHz 范圍內(nèi)駐波比基本在 1.5 以下；隨著頻率的升高，損耗逐漸增大，在 18GHz 時最大駐波 1.8。

圖6 射頻轉(zhuǎn)接板各通道實(shí)測 (a)A~D 通道駐波;(b) E~H 通道駐波

轉(zhuǎn)接板插損＜5dB，具有較好的幅度一致性，滿足全頻段內(nèi)幅度一致性≤±1dB 的指標(biāo)要求。在高頻段內(nèi)指標(biāo)波動較大，測試結(jié)果易受到轉(zhuǎn)接頭等測試工裝性能的影響。

圖 7 射頻轉(zhuǎn)接板各通道實(shí)測插損

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款超寬帶混合層壓射頻轉(zhuǎn)接板，實(shí)物加工測試在 2GHz至 18GHz 頻段內(nèi)具有低駐波、插損一致性穩(wěn)定等傳輸性能，在機(jī)載雷達(dá)中實(shí)現(xiàn)了工程化應(yīng)用，符合小型化、高集成雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。