LTCC微波组件互联结构对信号串扰的影响及抑制措施研究

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LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic低温共烧陶瓷)微波组件具有集成度高、功耗低、可靠性高等优点被广泛应用于手机、雷达等无线通信领域。但随着工作频率和电路密度的不断提高,LTCC微波组件的互联结构不连续性引起反射、串扰以及损耗等问题从而使传输过程中信号损失严重,尤其串扰对信号在互联结构传输时性能的影响不容忽略。因此研究互联结构对串扰的影响规律以及如何抑制串扰从而提高信号传输性能将有着重要意义。本文基于传输线理论、微波网络理论、模糊匹配法等理论,在微波频段内(1-12.8GHz),研究LTCC组件中CGA(Column Grid Array圆柱栅阵列)-垂直通孔的互联结构对串扰的影响以及抑制串扰措施。主要工作如下:  首先,根据信号完整性等理论选择了对串扰影响较大的地层反焊盘半径、CGA焊柱的半径、参考平面的距离以及路径间距等结构参数,利用Ansoft HFSS仿真软件建立CGA-垂直通孔互联结构仿真模型,在1-12.8GHz频率范围内对其进行串扰仿真,通过整理和分析仿真获得的远端串扰数据,研究了上述互联结构参数对远端串扰的影响规律。研究表明:在1-12.8GHz频率范围内,随着频率以及参考平面的距离的增大、路径间距的减少,互联结构的远端串扰逐渐增大,越来越不利于信号传输;在1-6GHz频率范围内改变反焊盘半径或者改变CGA焊柱半径对互联结构的远端串扰影响甚微,在6-12.8GHz频率范围内,保证机械性能和工艺允许条件下,增加反焊盘半径、减小CGA焊柱半径,互联结构的远端串扰逐渐减小,越来越有利于信号传输。  然后,依据典型?型等效电路,引用平行板阻抗描述内部通孔对信号的影响,针对CGA-垂直通孔互联结构(含四层电路板)建立等效电路模型,通过相关公式计算等效电路模型中RLC参数值。在ADS中建立等效电路模型并进行电路仿真,获得的远端串扰参数与第三章Ansoft HFSS仿真结果相互对比。研究表明:在1-10GHz频率范围内,两者远端串扰参数相对误差大约为6.37%,说明利用该等效电路模型计算CGA-垂直通孔互联结构串扰参数是可靠的,也为改善互联结构的串扰提供了思路。  最后,基于模式匹配法等理论,提出抑制CGA-垂直通孔互联结构的串扰措施。通过Ansoft HFSS仿真软件对其建立相关仿真模型以及串扰仿真,讨论了抑制串扰措施的效果。研究表明:在1-12.8GHz频率范围内,在一定区域内加入金属通孔栅阵列(阵列3*3,半径为0.05mm)、接地焊柱(个数9,半径为0.05mm)和RSR(Rectangular Shape Resonator矩形谐振器)结构防护线(金属片个数8,长度0.5mm,宽度0.2mm),其远端串扰大约获得13dB抑制。从机械加工的角度考虑,对已采用抑制措施进行改善,当统一减少金属通孔栅和接地焊柱个数为1、增加金属通孔栅半径和接地焊柱半径为0.15mm,其远端串扰大约得到11dB抑制。为使研究具有更好的借鉴意义,研究了RSR结构防护线中金属贴片的结构参数对互联结构的远端串扰的影响。研究表明:在一定频率范围内,通过改变金属贴片的长度,抑制其远端串扰效果较为明显;适当地增加金属贴片的长度,抑制信号传输过程中远端串扰效果将变得更好;通过改变金属贴片的高度,抑制信号传输过程中远端串扰效果不明显。
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