同轴电缆到共面波导的宽带过渡结构的制作方法 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及微波技术领域，尤其是一种同轴电缆到共面波导的宽带过渡结构。背景技术：2.随着5g、毫米波技术的发展，半导体器件不断往高频、小型化趋势发展。上述趋势也使得薄膜探针卡测试系统的性能要求不断提高，超宽带、低损耗、高隔离度等成为薄膜探针卡测试系统的主要指标。采用宽带过渡结构实现的pcb转接板作为连接薄膜探针与测试设备的重要部件，其性能的优劣直接影响着整个薄膜探针卡测试系统的质量。3.传统的pcb转接板一般采用传输准横电磁波的单一共面波导完成主要的信号传输任务，并通过搭配sma接头的方式实现测试仪器与薄膜探针卡的信号转接。然而采用上述pcb转接板存在带宽窄、损耗高等问题，因而大多适用在20ghz频段以下的测试场景中。此外，同时半开放的共面波导传输线结构在多芯片测试环境下，存在隔离度较低、信号串扰等问题，影响芯片性能的精确表征。技术实现要素：4.针对上述传统pcb转接板存在宽带窄、损耗高、隔离度较低等相关技术问题，本发明的目的是提供一种能够实现宽带、低损耗和高隔离度的宽带过渡结构。5.为了达到上述的目的，本发明提供以下技术方案：一种同轴电缆到共面波导的宽带过渡结构，包括共面波导传输线与同轴电缆，所述共面波导传输线包括从上到下层叠的金属层和介质层，所述的金属层上形成有中心导带与分布在所述中心导带两侧的接地导带，所述的同轴电缆包括外导体、内导体以及位于所述外导体与所述内导体之间的中间介质层，所述的共面波导传输线上开设有深达介质层的凹槽，所述的同轴电缆的一端部嵌入在所述的凹槽中，且所述端部的内导体伸出所述凹槽外与所述的中心导带相互搭接并电性连接，所述接地导带与所述的外导体电性连接。6.本技术采用半刚性电缆作为信号的主要传输通道，利用外延的内导体与共面波导传输线的中心导带级联，并通过凹槽控制半刚性电缆与共面波导传输线的相对位置，是一种具有宽带、低损耗、高隔离度性能的过渡技术。7.在本技术的一个实施例中，所述端部具有一水平段，所述水平段的下部嵌入在所述的凹槽内。8.在本技术的一个实施例中，所述中心导带的宽度等于所述接地导带的宽度。9.在本技术的一个实施例中，所述凹槽与所述的中心导带的中轴线共线。10.在本技术的一个实施例中，所述内导体与所述中心导带的中轴线共线。11.在本技术的一个实施例中，所述凹槽的槽宽小于所述的同轴电缆的直径。12.在本技术的一个实施例中，所述凹槽的槽深等于所述外导体与所述中间介质层的壁厚之和。13.在本技术的一个实施例中，包括若干个一一对应的所述共面波导传输线、所述同轴电缆以及所述凹槽，各所述共面波导传输线的中心导带沿左右方向平行排布，各所述的同轴电缆以及凹槽分别沿对应中心导带的中轴线布置。14.在本技术的一个实施例中，相邻的两个所述的同轴电缆共用一根所述的接地导带。15.在本技术的一个实施例中，所述的共面波导传输线上开设有多个贯通所述金属层和介质层的通孔，所述通孔与所述中心导带不连通。16.在本技术的一个实施例中，所述的通孔沿着所述中心导带方向排成多列。17.相对现有技术，本发明技术方案所提供的宽带过渡结构采用半刚性同轴电缆完成主要的信号传输任务，并通过共面波导传输线完成信号的对外输出。半刚性电缆具有宽带、低损耗及相位稳定的特性，符合面向高频的探针卡测试系统的性能要求，同时，其传输横电磁波模式的封闭结构，为多芯片探针卡测试系统提供了高隔离度的性能保障。此外，本发明技术方案通过外延部的设计使得提供了良好的焊接环境，以使得内导体与中心导带保持良好且低损耗的电接触。附图说明18.图1为本发明所提供的宽带过渡结构的立体示意图；图2为图1所示宽带过渡结构的剖视示意图；图3为本发明所提供的实施例1的回波损耗及插入损耗仿真图；图4为本发明所提供的实施例1的相邻通道隔离度仿真图。19.其中：1、顶层接地导带；2、介质层；3、底层接地导带；4、金属化通孔；5、中心导带；6、外导体；7、内导体；71、外延部；8、中间介质层；9、凹槽；10、共面波导传输线；20、半刚性电缆；21、水平段。实施方式20.为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以提供对发明的各种示例性实施例或实施模式的详细说明。然而，各种示例性实施例也可以在没有这些具体细节或者在一个或更多个等同布置的情况下实施。此外，各种示例性实施例可以不同，但不必是排他的。例如，在不脱离发明构思的情况下，可以在另一示例性实施例中使用或实现示例性实施例的具体形状、构造和特性。21.此外，本技术中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释在此使用的空间相对描述语。22.本发明提供一种同轴电缆到共面波导传输线的宽带过渡结构，其可实现高频、宽带、底损耗以及高隔离度的电磁波传播，尤其适用于探针卡测试系统。下文中，以半刚性同轴电缆举例说明本发明的内容。参阅图1-2，该宽带过渡结构包括共面波导传输线与半刚性电缆。其中，图1以双通道结构的方式示意本发明所提供的宽带过渡结构，但读者应明白的是，该宽带过渡结构的通道总数可视实际需求做出适应性的变化，即通道的具体数目不对本发明的保护范围起到限定作用。同时，为避免赘述，下文以单条通道为例说明宽带过渡结构。23.共面波导传输线因其体积小、重量轻和平面结构的特点使得它便于线极化、圆极化、双极化和多频段工作，从而广泛地应用于现代无线通讯中。本发明利用共面波导的上述优点，将其作为信号输出部分应用于宽带过渡结构中，以便于外部设备对接该宽带过渡结构。24.具体地，共面波导传输线可以选用背敷金属共面波导或者可以选用普通pcb板，至少具有介质层和能够形成中心导带与接地导带的金属层。如图所示的实施例中，该共面波导传输线包括位于顶部的中心导带5、与中心导带5共面设置且位于中心导带5左右两侧的若干顶层接地导带1、位于底部的底层接地导带3以及位于顶层接地导带1与底层接地导带3之间的介质层2。25.中心导带5与一对顶层接地导带1均水平地前后延伸。共面波导传输线还可以开设有多个在竖直方向上贯通的金属化通孔4，各个顶层接地导带1与底层接地导带3通过若干金属化通孔4电连接。进一步地，上述多个金属化通孔4排布成左右并列的多列，各列金属化通孔4均前后延伸且靠近中心导带5。26.在一个实施例中，中心导带5的宽度可以等于顶层接地导带1的宽度。然而在图1、2所示的实施例中，由于是双轴同轴线缆的结构，两根同轴线缆可以共用一根顶层接地导带，因此顶层接地导带的宽度大于中心导带的宽度。27.同轴电缆在电性能上具有高带宽、低损耗以及相位稳定的特征，符合探针卡测试系统对于信号传输的性能要求。本发明利用同轴电缆的上述优点，将其作为主要的电磁波传输部件应用于宽带过渡结构中。具体地，本实施例中采用半刚性同轴电缆，半刚性电缆包括外导体6、位于外导体6内的内导体7以及位于外导体6与内导体7之间的中间介质层8。28.共面波导传输线上开设有在前后方向上对齐中心导带5的凹槽9。凹槽9的槽口从共面波导传输线的顶部露出。半刚性电缆的末端形成一水平延伸的水平段21，该水平段21下部嵌入凹槽9中。水平段的内导体7有部分同时相对外导体6与中间介质层8对外凸出（即从水平段向前凸出，改变凸出的长度可以改变工作的频率，进而满足多种频率设计的需求）并形成一与中心导带5直接接触的外延部71，外延部71与中心导带5相互搭接并通过焊接形成稳定的电连接。可以理解地，对外露出的外延部71提供了良好的焊接空间，从而减少焊接不良的概率。在一些实施例中，外延部还可以通过粘接、热熔压合、紧固件连接等多种方式与中心导带固定连接。29.中心导带5在左右方向上对齐相应凹槽9的中轴线。进一步地，为了使得中心导带5与相应内导体7的轴心线保持共线以及保证外延部与中心导带5形成稳定且连续的接触，凹槽9具有一特定的槽深且凹槽9的内壁面沿着前后方向水平延伸。半刚性电缆具有由外导体6与中间介质层8所形成的总壁厚（即中间介质层8的内表面至外导体6的外表面之间的径向距离），该总壁厚即半刚性电缆放置于水平面上内导体7下边界的相对水平面的高度。不考虑误差的情况下，凹槽9的槽深被配置与上述的总壁厚大致相同。可以理解地，在内导体7的水平段放置于凹槽9内时，水平段被凹槽9的内壁面限定地沿着前后方向延伸，以使得水平段内导体7的轴线与中心导带5的轴线平行；内导体7的外延部的相对高度被凹槽9所限定，以使得外延部与中心导带5保持连续的接触。上述设置可有效地避免外延部与中心导带5因相对倾斜而产生电容突变，从而保证了该宽带过渡结构的高频阻抗匹配，最终获得超宽带、低损耗和高隔离度的信号传输性能。30.还可以再进一步地，凹槽9的内壁面可以被构造层与半刚性电缆的外导体6的外轮廓相契合的曲面。在其他实施例中，凹槽9的横截面还可以是矩形、多边形或异形的。31.在一个实施例中，所述凹槽的槽宽还可以略小于所述的同轴电缆的直径，槽宽的大小刚好可以保证同轴电缆位于凹槽内时，保持内导体的下表面与中心导带的上表面齐平。32.在一个实施例中，同轴电缆的中间介质层选择具有耐高温特性的材料制成，耐温约200°左右。33.在半刚性电缆的水平段部分置入凹槽9时，水平段的外导体6与共面波导传输线上的若干顶层接地导带1接触。半刚性电缆的外导体6具有极好的电池屏蔽效果，通过外导体6与接地导带的电连接，可大幅提高该宽带过渡结构中各条通道的隔离度。34.该宽带过渡结构使用时，信号以横电磁波模式沿着内导体7传播；其后，在内导体7的水平段处完成横电磁波模式至准横电磁波模式的过渡，并在内导体与中心导带的接触处完成过渡；最后，共面波导传输线以准横电磁波模式完成信号传输。在探针卡测试系统中，信号从测试机进入到半刚性电缆，经与中心导带连接内导体传输到共面波导上，最后通过与共面波导连接的薄膜探针进入到待测物。本发明是一种宽带低损耗过渡结构，它适用于任何适合的，需要低损耗，宽带及高隔离度性能的信号传输场景中。35.为验证本发明所提供的宽带过渡结构的性能，本发明提供以下实施1以及该实施例的性能仿真图（见图3-4）。36.实施例1：如图1所示的双通道宽带过渡结构，该过渡结构的介质层采用megtron6 r5775g基板（介电常数为3.71，损耗角为0.002），中间介质层采用采用聚四氟乙烯，中间介质层的长度为65mm,内导体外延部的长度为0.5mm，相邻通道间距（即两条中心导带的间距）1.5mm。中心导带、外导体、内导体选用普通铜材料，经过拉伸处理，制作成直径0.8mm的半刚性电缆，pcb采用经过防氧化处理的金属铜材料制成。37.图3为上述实施例1的回波损耗与插入损耗的示意图，从图上可知，上述的实施例1的宽带过渡结构的插入损耗在0-40ghz的范围内随频率的上升而降低，但始终优于1.8db；上述的实施例1的宽带过渡结构的匹配在0-40ghz通带的范围内随频率呈v字型走势，其最低值出现在18ghz左右，为-44db，其最高值出现在40ghz左右，为-22db，即该宽带过渡结构的匹配在0-40ghz的范围通带内始终优于-22db。38.图4为上述实施例1的通道隔离度响应仿真图，从图上可知，上述的实施例1的宽带过渡结构的通道隔离度在0-8ghz通带的范围内随频率的上升而上升，在8-40ghz通带内略有波动但维持于-30db以下，即该过渡结构在0-40ghz通带内的通道隔离度始终优于-30db。39.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。









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