【技术大神】多层微波复合基板的传输相位特性对比分析

时间： 2017-04-26 来源：技术大神活动文章

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相位的补偿和加权是相控阵雷达的灵魂，因此T/R组件的相位特性是其设计时要考虑的核心指标。为追求低成本高性能，多层微波复合基板技术逐渐成为T/R组件优选的基板实现方式，因而本文就将初步探讨下采用RT/duroid 6002PTFE 陶瓷和CLTE-XT多层微波复合基板的传输相位特性。

RT/duroid 6002PTFE 陶瓷和CLTE-XT板材的性能参数对比如表1。二者在电讯参数方面几乎一致，但RT/duroid 6002PTFE 陶瓷材料各向同性，X、Y轴的CTE与Cu或Al等金属较为接近；而CLTE-XT在X、Y、Z轴的CTE均较低，并且与Si、GaAs等芯片材料的CTE较为匹配，但其材料内含玻纤布，非各向同性，对相位的影响尤其明显。

表1：RT6002和CLTE-XT性能参数对比

我们采用RT/duroid 6002PTFE 陶瓷和CLTE-XT设计了T/R组件中常用的微带线到带状线的垂直过渡，层设置如图1所示，采用三张RT/duroid 6002PTFE 陶瓷或CLTE-XT材料，中间用两层PP材料粘接；微带线位于Top层，带状线位于Mid3层，Mid2和Mid4的铜箔全部腐蚀掉，Mid1为微带线和带状线的共用地。通过三维电磁场仿真软件对垂直过渡电路进行合理的优化仿真设计，最终用RT/duroid 6002PTFE 陶瓷和CLTE-XT实现了同样的电路，实物照片如图2所示。图2中最下面的过渡是微带线和带状线在一条直线上（以下用代号SL_D表示）；中间的垂直过渡比带状线上转了个“几”型的弯（以下用代号SL_M表示），与SL_D相比增加了电长度；最上面的垂直过渡在过渡孔处微带线和带状线呈直角走线形式（以下用代号SL_U表示）。

图1：微带线-带状线垂直过渡示意图

图2：微带线-带状线垂直过渡实物图

对上述两种材料分别制作的三件样件进行了测试，其中传输相位的测试结果如图3所示。为了能更清晰的反映出两种材料传输相位的不同，对测试的相位以其中一条进行归一化，曲线如图4所示。图4中SL_U、SL_M、SL_D三条传输线都清晰的表明：在同样的制版版图（即相同的物理长度）前提下，CLTE-XT上的传输相位要超前于RT/duroid 6002PTFE 陶瓷，即CLTE-XT相同传输线的电长度要比RT/duroid 6002PTFE 陶瓷长；当在大型宽带有源阵面的馈线中使用CLTE-XT时，为了消除孔径渡越时间长，意味着需要更大位数的延迟放大组件，其研制难度和成本将会增加。

图3：微带线-带状线垂直过渡传输相位测试结果

图4：微带线-带状线垂直过渡传输相位归一化结果

在T/R组件关于相位的指标中还有一个是相位非线性，其反映的是整个频带内相位偏离理想相位直线的程度。对上述两种材料制作的三件样件中的三条传输线进行了相位非线性指标的测试，结果如图5所示。图5表明了CLTE-XT上的相同传输线的相位非线性比RT/duroid 6002PTFE 陶瓷大，这会对相控阵雷达在不同频点的相位补偿和波束指向精度产生影响。

图5：微带线-带状线垂直过渡非线性相位测试结果

综上，在T/R组件多层微波复合基板设计时，要注重材料本身对相位特性的影响，尤其是T/R组件工作频段较高，材料对相位的影响不能忽略。本文通过对两种材料相位特性的对比可知，在本文涉及的Ku波段T/R组件中多层微波复合基板材料选择更倾向于RT/duroid 6002PTFE 陶瓷。

作者：若水

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burt Lv4. 资深工程师 2018-11-14

学习中
用户18396822 Lv8 2018-04-02

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承毅 Lv8. 研究员 2017-12-21

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勇敢 Lv4. 资深工程师 2017-10-16

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