一款超宽带混合层压射频转接板

本文研制了一款覆盖 S 波段至 Ku 波段的低剖面射频转接板，利用多层微带板混压技术将 64 路传输线集成一体。为实现转接板的小型化和低剖面，射频信号线内埋于转接板不同叠层，层间通过类同轴结构实现信号垂直互连。整体尺寸 197.2mm×203mm，成品剖面高度为 1.54mm。实物测试结果表明，带内驻波低于 1.8，传输距离为 210mm，插损＜5dB，64 个通道间幅度一致性≤±1dB，对工程化应用有较大的指导意义。

1 引言

随着机载雷达系统所需求的功能越来越复杂，对应微波组件也朝着小型化、轻量化、宽带化方向发展。在高集成化微波组件的需求下，射频信号不可避免会产生传输交叠。微带多层板技术有效解决了信号在不同层传输的问题，微带多层板将多层芯板和粘接片混压，利用 Z 方向空间实现信号立体交叉分布，缩小电路体积，提高集成度，实现小型化，在射频电路中得以广泛的应用。

层间垂直互连是微波多层板中最关键的技术之一，类同轴式垂直互连具有结构紧凑、损耗小、宽频带等特点，提高层压板密度，在低剖面、小体积下满足多功能化的需求。

本文研制了一种基于多层板混压的射频转接板，通过微带板混合层压和垂直互连技术，实现了 64 路信号的传输与口径变换，该转接板具有高集成、剖面低、超宽带等特点，在机载雷达系统中得以应用。

2 转接板的工程化设计与分析

所设计的转接板的叠层结构如图1 所示。该转接板采用四块芯板经两次压合而成，射频信号 RF1、RF2 以带状线结构分布在两层叠层之间，信号层间通过盲、埋孔实现垂直互连，8 种不同结构的通道各 8 路，共形成 64 路幅相一致的传输线。信号转接并完成口径变换示意如图 2 所示。

图 1 射频转接板叠层结构

图 2 射频信号转接示意图

根据转接板最高工作频率在 Ku波段，选择质地硬、低损耗、热膨胀系数小的 TSM-DS3 芯板作为射频信号的走线支撑。该芯板介电常数Er=3.0（@10GHz Df=0.0011），介电常数与温度的偏差约为±0.2％，损耗因数变化范围 0.0007-0.0011；同时在 Z 轴方向上的热膨胀系数与铜的热膨胀系数趋近，铜箔附着能力强。转接板需多次压合，粘接片选用热固性睿龙RLP30，该粘接片与芯板介电常数基本一致，介电损耗低 (@10GHzDf0.0020)，使得射频信号更接近于带状线形式传输。

转接板信号集成度较高，采用类同轴结构的层间垂直互连避免信号交叠。参考图 1 叠层结构，L01 至 RF1、RF2 层以盲孔形式实现同轴线到带状线的垂直互连，RF1 至 RF2 层以埋孔形式实现带状线到带状线的层间互连，两种结构模型如图 3 所示。

图3 类同轴结构两种垂直互连 (a)同轴线转带状线;(b)带状线转带状线

在工程加工时，L01 至 RF2 层及RF1 至 RF2 层的盲、埋孔通过背钻工艺实现，而背钻的残桩易使信号产生振荡，增大损耗；背钻孔灌铜后需进行树脂塞孔。在设计时，需考虑残桩尺寸和灌铜厚度等实际工程结构，仿真模型如图 4 所示。结合加工经验与仿真验证，铜层单边 25um，残桩长度≤0.15mm 对性能影响较小。

图 4 背钻孔仿真模型

3 实物加工测试

按上述方案设计的射频转接板加工实物如图 5 所示，长×宽尺寸为197.2mm×203mm，成品含连接器高度为 4.7mm，整体面积翘曲度好。

图 5 射频转接板加工实物图 (a)正视图;(b)侧视图

采用 E5080B 矢量网络分析仪测试转接板的射频性能。图 6 给出转接板 8 种通道实物测试的驻波比，图 7给出实物测试的插损，每一种通道 S曲线相似，本文各取一路数据分析。测试结果在 2GHz 至 12GHz 范围内驻波比基本在 1.5 以下；随着频率的升高，损耗逐渐增大，在 18GHz 时最大驻波 1.8。

图6 射频转接板各通道实测 (a)A~D 通道驻波;(b) E~H 通道驻波

转接板插损＜5dB，具有较好的幅度一致性，满足全频段内幅度一致性≤±1dB 的指标要求。在高频段内指标波动较大，测试结果易受到转接头等测试工装性能的影响。

图 7 射频转接板各通道实测插损

4 结论

本文设计了一款超宽带混合层压射频转接板，实物加工测试在 2GHz至 18GHz 频段内具有低驻波、插损一致性稳定等传输性能，在机载雷达中实现了工程化应用，符合小型化、高集成雷达系统的发展趋势。