一种传输线结构

文档序号:552911 发布日期:2021-05-14 浏览:7次 >En<

阅读说明:本技术 一种传输线结构 (Transmission line structure ) 是由 汪书娜 李凌云 余慧勤 原蒲升 尤立星 于 2019-11-14 设计创作,主要内容包括:本发明涉及电子技术领域,本发明公开了一种传输线结构,其包括介质层、第一导体层和第二导体层;该介质层设有该第一导体层和该第二导体层;该第二导体层设置于该介质层的表面;该第二导体层包括凹陷结构,该通过设计该凹陷结构的尺寸,能够提高该传输线结构的谐振频率,使该谐振频率高于最高工作频率;该第二导体层接地;上述结构能够使信号在该第一导体层与该第二导体层之间进行传输。本发明提供的传输线结构具有漏热低的特点。(The invention relates to the technical field of electronics, and discloses a transmission line structure which comprises a dielectric layer, a first conductor layer and a second conductor layer; the dielectric layer is provided with the first conductor layer and the second conductor layer; the second conductor layer is arranged on the surface of the dielectric layer; the second conductor layer comprises a concave structure, and the resonance frequency of the transmission line structure can be improved by designing the size of the concave structure, so that the resonance frequency is higher than the highest working frequency; the second conductor layer is grounded; the above structure enables a signal to be transmitted between the first conductor layer and the second conductor layer. The transmission line structure provided by the invention has the characteristic of low heat leakage.)

一种传输线结构

技术领域

本发明涉及电子技术领域,特别涉及一种传输线结构。

背景技术

在电子通信技术地迅猛发展下,使得一些信号传输线需要在一些比较严苛的温度环境下工作,比如低温环境下,而现有技术中常用低温同轴线缆。

在公开号为CN206471150U的专利中提供了一种耐高温低温同轴电缆,其包括内导体、内绝缘层、屏蔽层、外绝缘层和外护套,其通过内导体和内绝缘层之间还设有聚四氟乙烯层;所述内绝缘层为中空纤维层;所述外绝缘层与外护套之间还设有一层云母带。该专利通过采用聚四氟乙烯层、中空纤维层和云母层的三者配合作用,既吸收了来自内导体内部由于通电所产生的热量,使得该热量无法传递给电缆的其他组成成分,大大降低了电缆自燃的可能性,又阻挡了外界环境温度对电缆的影响;同时具有很好的屏蔽性能、抗干扰性能和抗衰减性能。但低温同轴线缆采购周期长,热耗大,所占空间较大,而且柔韧度差和价格昂贵。

现有技术中也有以微带线或带状线作为结构的柔性传输线,其具有占用空间更小、柔韧度更好和价格更低等优点。用柔性传输线作为信号传输通道,不仅可以实现高频高速需求,还可以实现更高程度的小型化。然而目前市场上常用的柔性传输线性能均为室温环境中使用设计和优化,当其用于低温环境下时,柔韧性变差且漏热较大,影响信号的传输。

发明内容

本发明要解决的是传输线低温工作环境下漏热大的技术问题。

为解决上述技术问题,本申请公开了一种传输线结构,其包括介质层、第一导体层和第二导体层;

该介质层设有该第一导体层和该第二导体层;

该第二导体层设置于该介质层的表面;该第二导体层包括凹陷结构,该凹陷结构用于提高传输过程中该传输线结构的谐振频率,其中,该谐振频率高于最高工作频率;

该第二导体层接地。

可选地,该凹陷结构位于投影区域的外部;

该投影区域为第一导体层竖直投影于该第二导体层的区域。

可选地,该第二导体层包括至少两个该凹陷结构;

该凹陷结构以该第一导体层为对称轴排列。

可选地,该凹陷结构为正方形凹槽。

可选地,该正方形凹槽的边长小于或者等于最高工作频率对应的波长的四分之一。

可选地,该第二导体包括至少三个该正方形凹槽;

相邻的该正方形凹槽之间的距离小于或者等于最高工作频率对应的波长的四分之一;

该正方形凹槽位于该第一导体层的同一侧。

可选地,该介质层的材料包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺以及液晶聚合物等柔性材料。

可选地,该第一导体层包括铜、铍铜或者不锈钢等合金,和/或,该第二导体层包括铜、铍铜或者不锈钢等合金。

可选地,该第一导体层设于该介质层的顶部,该第二导体层设于该介质层的底部。

可选地,包括两个该第二导体层;

一个该第二导体层设于该介质层的顶部,另一个该第二导体层设于该介质层的底部;

该第一导体层设于该介质层内。

采用上述技术方案,本申请公开的传输线结构具有如下有益效果:

该传输线结构包括介质层、第一导体层和第二导体层,该介质层设有该第一导体层和该第二导体层,该第二导体层设于该介质层的表面,以上形成的传输线结构具有占用空间小和成本低的优点;

第二导体层上形成有凹陷结构,改变了第二导体层也就是接地层的电流分布,该凹陷结构的设计会带入谐振,但通过优化设计该凹陷结构的尺寸,可以使其谐振频带远离所使用的频率范围,既保证一定带宽下该传输线结构的传输性能,又能降低在低温环境下的漏热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种可选地实施方式中传输线结构的结构示意图;

图2为本申请另一种可选地实施方式中传输线结构的结构示意图;

图3为本申请一种可选地实施方式中传输线结构的立体图;

图4为本申请第二导体层的俯视图;

图5为本申请第一种可选地实施方式中传输线结构与标准微带线在12GHz带宽内的传输特性对比示意图;

图6为本申请第二种可选地实施方式中传输线结构与标准微带线在12GHz带宽内的传输特性对比示意图;

图7为本申请第三种可选地实施方式中标准带状线在12GHz带宽内的传输特性示意图;

图8为本申请第三种可选地实施方式中传输线结构在12GHz带宽内的传输特性示意图;

图9为本申请第四种可选地实施方式中标准带状线在12GHz带宽内的传输特性示意图;

图10为本申请第四种可选地实施方式中传输线结构在12GHz带宽内的传输特性示意图。

以下对附图作补充说明:

1-第一导体层;2-介质层;3-第二导体层;301-上层;302-下层;4-凹陷结构;5-投影区域。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且,术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

如图1所示,图1为本申请一种可选地实施方式中传输线结构的结构示意图。本申请公开了一种传输线结构,该传输线结构包括介质层2、第一导体层1和第二导体层3,该介质层2设有该第一导体层1和该第二导体层3,该第二导体层3设置于该介质层2的表面,信号能够在第一导体层1与第二导体层2之间进行传输;以上形成的传输线结构具有占用空间小和成本低的优点;

第二导体层3上形成有凹陷结构4,改变了第二导体层3也就是接地层的电流分布,该凹陷结构4会带入谐振,但通过优化设计该凹陷结构的尺寸,可以使其谐振频带远离所使用的频率范围,既保证一定带宽下该传输线结构的传输性能,又能降低在低温环境下的漏热。

在一种可选地实施方式中,如图1所示,该第一导体层1设于该介质层2的顶部,该第二导体层3设于该介质层2的底部;该结构具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点。

在另一种可选地实施方式中,如图2所示,图2为本申请一种另一种可选地实施方式中传输线结构的结构示意图。包括两个该第二导体层3,一个该第二导体层3设于该介质层2的顶部,另一个该第二导体层3设于该介质层2的底部,该第一导体层1设于该介质层2内,该结构具有体积小、重量轻、频带宽、Q值高、工艺简单、成本低廉等优点。

在一种可选地实施方式中,如图3所示,图3为本申请一种可选地实施方式中传输线结构的立体图。该凹陷结构4位于投影区域5的外侧,且投影区域5为第一导体层1竖直投影于该第二导体层3的区域;也就是说该凹陷结构4不与第一导体层1的投影相交,该种结构设计会带入谐振,但通过优化设计该凹陷结构的尺寸,可以使其谐振频带远离所使用的频率范围,减少谐振频率对信号传输的影响,也具有减小漏热的效果。

在一种可选地实施方式中,如图4所示,图4为本申请第二导体层3的俯视图;第二导体包括至少两个该凹陷结构4;至少两个凹陷结构4沿第一导体层1为对称轴排列,该结构具有减小漏热的作用,而且这种对称排列方式,不仅有利于结构的加工,也有利于对不同需求的传输线的不同漏热值的结构设计。

在一种可选地实施方式中,如图4所示,凹陷结构4为正方形凹槽,正方形的结构便于设计及加工;在一种可选地实施方式中,通过使用软件模拟得出一种经验值,当该正方形凹槽的边长为不超过最高工作频率对应的波长的四分之一时,该传输线的漏热值较低;在另一种可选地实施方式中,如图4所示,第二导体包括至少三个该正方形凹槽;通过使用软件模拟得出一种经验值,当相邻的该正方形凹槽之间的距离不超过最高工作频率对应的波长的四分之一时,且该相邻的正方形凹槽位于第一导体层1同一侧时,不仅保证了该传输线的电性能,又对降低漏热有非常大的改善。

在一种可选地实施方式中,介质层2的材料包括聚四氟乙烯、聚酰亚胺或者液晶聚合物等柔性材料,该类材料不仅在低温下能保证良好的性能,而且具有柔性,可弯折的优点,柔性传输线更加适合低温室温长距离互联,并且具有更大的应用空间。

在一种可选地实施方式中,第一导体层1可以选择铜,具有延展性好、导热率高和电阻低的优点,当然也可以选用导热率低的铍铜或者不锈钢等合金,在另一种可选地实施方式中,该第二导体层3为铜,当然也可以选用导热率低的铍铜或者不锈钢等合金,可以进一步降低漏热。

实施例1

如图1所示,该传输线结构为微线带结构,也就是说该传输线结构该第一导体层1设于该介质层2的顶部,该第二导体层3设于该介质层2的底部;介质层2为聚酰亚胺,厚度为0.1mm;凹陷结构4为边长2.6mm的正方形凹槽组成的周期型结构,该正方形凹槽位于投影区域5的外侧,且投影区域5为第一导体层1竖直投影于该第二导体层3的区域;正方形凹槽沿第一导体层1为对称轴排列;位于第一导体层1同一侧的相邻正方形凹槽的间距为0.6mm,两列正方形凹槽之间的间距为1.7mm;

其中,传输性能的带宽为12GHz;漏热性能的温度变化是4.2K-40K;第一导体层1的长度为100mm,标准微带线的传输线的长度为100mm。

在一种可选地实施方式中,第一导体层1和第二导体层3的材料为铜,厚度为18μm;如图5所示,图5为本申请第一可选地实施方式中传输线结构与标准微带线在12GHz带宽内的传输特性对比示意图;其中实线表示的是标准微带线在12GHz带宽内的传输特性曲线,虚线为上述传输线结构的12GHz带宽内的传输特性曲线,从图5可以看出,当带宽为10GHz时,标准微带线的传输损耗约为1.0dB,而本申请提供的传输线结构的传输损耗约为1.3dB,可看出,在带宽为10GHZ时,本申请提供的传输线结构仅比标准微带线传输线的损耗增大了0.3dB,凹陷结构4对传输性能的影响不大。

在另一种可选地实施方式中,第一导体层1和第二导体层3的材料为铍铜,厚度为18μm;如图6所示,图6为本申请第二种可选地实施方式中传输线结构与标准微带线在12GHz带宽内的传输特性对比示意图;其中实线表示的是标准微带线在12GHz带宽内的传输特性曲线,虚线为上述传输线结构的12GHz带宽内的传输特性曲线,从图5可以看出,当带宽为10GHz时,标准微带线的传输损耗约为1.1dB,而本申请提供的传输线结构的传输损耗约为1.4dB,可看出,在带宽为10GHZ时,本申请提供的传输线结构仅比标准微带线传输线的损耗增大了0.3dB,凹陷结构4对传输性能的影响不大。

分别对第一导体层1和第二导体层3为铜的标准微带线和上述传输线结构、第一导体层1和第二导体层3为铍铜的标准微带线和上述传输线结构在漏热测试装置中进行低温漏热实验,具体步骤如下:首先,将制冷机裸机测试,也就是没有传输线的状态进行测试,测试其最低温,通过加热控制一级和二级温度,当一级和二级温度分别稳定在40K和4.2K时,测试此时二级加热片的发热量,即为此状态下的制冷量A;

其次,同一工况下,在制冷机内放置几根连接一级和二级的传输线,通过加热控制一级和二级温度,当一级和二级温度分别稳定在40K和4.2K时,测试此时二级加热片的发热量,即为此状态下的制冷量B;

最后,A与B的差值即为由传输线的引入带来的冷量损失,除以根数即为单根传输线带来的漏热量。

其结果为,第一导体层1和第二导体层3为铜的标准微带线的漏热为52mW,第一导体层1和第二导体层3为铜的上述传输线结构的漏热27mW,相对于以铜为导体的标准微带线减少了25mW,近一倍。

而第一导体层1和第二导体层3为铍铜的标准微带线的漏热为0.7mW,第一导体层1和第二导体层3为铍铜的上述传输线结构0.4mW,相比于以铍铜为导体的标准微带减少了0.3mW,近一倍。通过上述结果可知,本申请提供的传输线结构具有极大地减少低温漏热的作用,尤其当第一导体层1和第二导体层3材料为铍铜时,可使该传输线的低漏热性能更好。

实施例2

该传输线结构为带状线结构,也就是说,该传输线结构包括两个第二导体层3,一个第二导体层3设于介质层2的顶部,另一个第二导体层3设于介质层2的底部,第一导体层1设于介质层2内;介质层2为液晶聚合物材料,厚度为0.2mm;凹陷结构4为边长2.6mm的正方形凹槽组成的周期型结构,该正方形凹槽位于投影区域5的外侧,且投影区域5为第一导体层1竖直投影于该第二导体层3的区域;正方形凹槽沿第一导体层1为对称轴排列;位于第一导体层1同一侧的相邻正方形凹槽的间距为0.6mm,两列正方形凹槽之间的间距为0.5mm;

其中,传输性能的带宽为12GHz;漏热性能的温度变化为4.2K-40K,第一导体层1的长度为100mm,标准带状线的传输线的长度为100mm。

在一种可选地实施方式中,第一导体层1和第二导体层3的材料为铜,厚度为18μm;如图7所示,图7为本申请第三种可选地实施方式中标准带状线在12GHz带宽内的传输特性示意图;从图7可以看出,当带宽为10GHz时,标准带状线的传输损耗约为2.0dB,如图8所示,图8为本申请第三种可选地实施方式中传输线结构在12GHz带宽内的传输特性示意图;从图8可以看出,当带宽为10GHz时,该传输线结构的传输损耗约为2.0dB,可看出,在带宽为10GHZ时,本申请提供的传输线结构与标准带状线传输线的损耗一样,凹陷结构4对传输性能的影响不大。

在另一种可选地实施方式中,第一导体层1和第二导体层3的材料为铍铜,厚度为18μm;如图9所示,图9为本申请第四种可选地实施方式中标准带状线在12GHz带宽内的传输特性示意图;从图9可以看出,当带宽为10GHz时,标准带状线的传输损耗约为3.5dB,如图10所示,图10为本申请第四种可选地实施方式中传输线结构在12GHz带宽内的传输特性示意图;从图10可以看出,当带宽为10GHz时,本申请第四种可选地实施方式中传输线结构的传输损耗约为3.5dB,可看出,在带宽为10GHZ时,本申请提供的传输线结构与标准微带线传输线的损耗一样,凹陷结构4对传输性能的影响不大。

同时对上述四种传输线进行漏热实验,其结果为,第一导体层1和第二导体层3的材料为铜的标准带状线的漏热为90mW,第一导体层1和第二导体层3的材料为铜的上述传输线结构的漏热为46mW,其相比于以铜为导体的标准带状线减少了44mW,近一倍。

第一导体层1和第二导体层3的材料为铍铜的标准带状线的漏热为1.2mW,第一导体层1和第二导体层3的材料为铍铜的上述传输线结构的漏热为0.7mW,其相比于以铍铜为导体的标准带状线减少了0.5mW,近一倍。

通过上述结果分析可知,本申请提供的传输线结构具有降低低温漏热的效果,尤其当第一导体层1和第二导体层3材料为铍铜时,可使该传输线的低漏热性能更好。

综上所述,本申请提供一种传输线结构,传输线类型可以是微带线类结构,也可以是带状线类结构,介质选用极低温度下可用的聚四氟乙烯、聚酰亚胺和液晶聚合物材料,第一导体层1和第二导体层3选择铜、铍铜或者不锈钢等合金,第二导体层3上成型有凹陷结构4,该凹陷结构4会带入谐振,但通过优化设计该凹陷结构的尺寸,可以使其谐振频带远离所使用的频率范围,而且该具有该凹陷结构4对该传输线结构的传输性能影响不大的前提下,能极大地降低漏热。

以上所述仅为本申请可选实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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