相控阵前端垂直互连技术研究

发布时间：2020-11-02 10:15

　　 现当代的相控阵技术愈发成熟,对于相控阵技术而言,轻小型化已成为不可忽视的趋势。早期的相控阵前端往往使用相移移相器作为延迟器件,现已渐渐无法满足宽带宽角扫描的需求。首先,相移移相器只能做到改变相位,而无法产生真时延;其次移相器的只能满足360°内的相移量。延迟线则不存在这些问题,在实现真时延的同时也能满足较高的延迟量。延迟线在性能上有着移相器无法比拟的优势,但由于其尺寸往往过大,在早期的窄带相控阵技术中很难采用。垂直互连技术正是解决延迟线尺寸问题的有效方式之一。故本次论文试图通过研究垂直互连技术,分析过渡结构的场分布特性,最终设计出小型化延迟线来验证垂直互连技术对实现相控阵前端电路小型化的可行性。本文首先通过研究过孔结构,建立过孔等效电路模型,并针对不同的垂直互连结构分析引起寄生效应的各个参数,并逐一进行扫描参数仿真,得到了各结构在指定频率范围内的性能仿真结果。影响垂直过渡结构性能的因素有很多,例如金属化通孔的半径和高度、接触处的焊盘与反焊盘半径以及所使用的导电材料等。虽然三种垂直过渡结构在原理上有着相同的地方,但由于各自的加工工艺和流程的不同,在指定的频段内的工作性能有着较大的区别。本次论文采用了三种常用的垂直互连结构作为拟定方案:使用三线型毛纽扣技术设计了用于微带线间过渡的“面对面”式结构;使用PCB多层板技术设计了用于微带线到带状线间的过渡结构;使用TSV技术设计了用于共面波导到带状线间的互连结构。在对比三种拟定方案的性能并结合设计需求以及加工成本后,最终选择了PCB多层板技术制作四位数控延迟线。经过加工装配得到的延迟线电路尺寸为53mm*43mm*13mm,在保证性能的前提下实现了小型化。测试结果表明,延迟组件在8-12GHz内,输入输出驻波小于2,相位非线性度优于10°,相位误差小于6°。最后,通过X光扫描垂直互连结构处的加工情况,得到了实际工艺的加工误差数据,经由HFSS仿真软件对加工误差模型进行建模仿真。在对比误差模型与理想模型间的仿真结果后,发现仍符合设计需要。故而验证了该技术在8-12GHz频段符合微波集成电路的设计需要。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN623
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 垂直互连技术在相控阵技术中的应用
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究动态
        1.2.2 国外研究动态
        1.2.3 发展趋势
    1.3 本论文主要工作
第二章 传输线理论及延迟线原理
    2.1 微波传输线简介
    2.2 带状线
        2.2.1 特性阻抗
        2.2.2 相速度和波导波长
        2.2.3 衰减常数
    2.3 微带线
        2.3.1 微带线上相对有效介电常数、导波的相速度及波导波长
        2.3.2 微带线的特性阻抗
        2.3.3 微带线的衰减
    2.4 共面波导
    2.5 延迟线原理
        2.5.1 延迟线背景
        2.5.2 延迟线主要特性参数
    2.6 本章小结
第三章 垂直互连技术
    3.1 毛纽扣技术
    3.2 PCB多层板技术
    3.3 TSV技术
    3.4 本章小结
第四章 基于垂直互连技术的四位数控延迟线设计
    4.1 建立过孔等效模型
    4.2 垂直互连结构的仿真设计
        4.2.1 应用毛纽扣技术的垂直结构设计
        4.2.2 应用PCB多层板技术的垂直互连结构设计
        4.2.3 应用TSV技术的垂直互连机构设计
    4.3 8-12GHz四位数控延迟线设计
        4.3.1 方案选取
        4.3.2 延迟线的参数设置
        4.3.3 各位延迟线的设计与仿真
    4.4 本章小结
第五章 测试与数据分析
    5.1 加工结果与测试数据
    5.2 误差分析
    5.3 本章小结
第六章 结论
致谢
参考文献
攻硕期间取得的成果

【参考文献】

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本文编号：2866916