發布日期：2022-04-25 15:54:16 | 關注：2609
在大于10GHz的頻段，PCB高頻線路板微帶印刷天線相對于波導縫隙天線、透鏡天線、反射面天線等其他天線具有明顯優勢。成熟的PCB高頻線路板加工工藝可以有效控制微帶天線制作成本，高頻線路板、天線板、射頻板以及低頻數模電路板的多層混壓技術還使得整個射頻系統具有很高的集成度。Rogers公司生產的RO4350B板材具有優越的高頻性能和很低的制作成本，在商用射頻系統中得到廣泛應用和驗證。筆者使用RogersRO4350B高頻線路板成功地設計了一系列24GHz微帶陣列天線，均已應用于公司上市產品，因此就其應用總結了一些PCB高頻線路板的設計技巧。
高頻線路板
天線類型
如圖1所示，微帶陣列天線按饋電方式分為并饋陣列和串饋陣列。并饋陣列饋線較長，導致饋電網絡引入損耗較大。對于大型陣列，天線效率往往受到限制，因此一般選擇走線更為簡潔的串饋陣列。串饋陣列是諧振式天線，其工作帶寬比并饋陣列要小，但串饋結構要更容易實現加權激勵。表1為筆者設計的不同規模的串饋微帶陣列天線，射頻板它們均采用20mil厚度的RO4350B板材。從表中數據可以看出，隨著陣列規模變大，阻抗帶寬逐漸減小，16個陣元時帶寬為1.2GHz，而324個陣元時只有0.75GHz。通常采用連續波體制的24GHz雷達調頻帶寬小于250MHz，因此串饋陣列的阻抗帶寬能夠滿足絕大部分系統設計需求。
圖1：并饋陣列(左)和串饋陣列(右)
表1：串饋陣列規模與阻抗帶寬
厚度選擇
主要綜合高頻線路板微帶天線工作帶寬、饋電網絡設計以及天線效率三個因素選擇厚度。
一、PCB高頻線路板厚度影響微帶天線阻抗帶寬，PCB高頻線路板厚度越小，陣列規模越大，則天線工作帶寬越小。
二、PCB高頻線路板厚度決定饋電網絡阻抗變化段的微帶線線寬，對于20mil厚度的RO4350B板材，50Ω和100Ω微帶線線寬分別為1.13mm和0.27mm，而微帶天線在24GHz對應諧振長度為3mm左右，饋電網絡中某個微帶變換段的阻抗過小或過大，都會造成微帶線太寬或太窄，微帶線太寬容易產生結構干涉，微帶線太窄又會導致加工困難。
三、介質厚度影響微帶線的導體損耗，進而影響天線效率。綜合上述因素，筆者的射頻板設計經驗是小型陣列選擇10mil或者20mil厚度，大型陣列選擇20mil厚度，射頻板選擇10mil厚度，當然您需要多厚的只要我們有都是可以制作的。
天線和射頻芯片的互連
目前國內外芯片廠商都有量產的24GHz射頻芯片推出市場，在零中頻雷達架構中，射頻芯片的引腳直接與微帶收發天線端口相連。當使用天線板(高頻板/高頻線路板)+若干層普通FR4+射頻板(高頻板/高頻線路板)的高頻板混壓板（比如是FR4+RO4350b/FR4+RO3003/FR4+RO3006/FR4+RO5880等）形式時，天線和射頻芯片的互連通過金屬化過孔實現。在24GHz頻段，長度大于1mm的金屬化過孔引入的不連續性將非常明顯，解決辦法是在金屬化過孔四周加若干個對稱的金屬化接地過孔構成類同軸傳輸結構(如圖2所示)。當天線和射頻芯片位于PCB高頻線路板同一面時，射頻芯片和收發天線則直接通過微帶線或者共面波導相連，這種高頻線路板設計能最大化地減小傳輸線插損。
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圖2：混壓板上天線與射頻芯片的互聯
