基片集成同轴线及其在高速互连中的应用

摘要

信息化社会要求通信技术向高速、宽带、大容量的方向发展。为了适应这些要求，高速互连传输线的研究也就越来越受到关注。随着低频段微波频谱资源的日趋拥挤，现代通信系统正在朝着高频微波频段尤其是毫米波频段发展。在这些频段上对传输线的要求是色散低、损耗小、易于集成和加工方便。在这种背景下，微带线作为最常用的平面传输线的缺点就逐渐暴露出来。基片集成同轴线(Substrate Integrated Coaxial Line，SICL)技术是一种将传统意义上的同轴线平面化的技术。SICL与传统同轴线一样是一种屏蔽的、非色散的TEM导波结构。它表现出与传统同轴线相同的特性，即带宽宽、损耗小、Q值高、尺寸小，所以非常适合高速宽带互连应用。
　　本文首先分析了传统同轴线以及SICL的基本工作原理，接着在三维电磁仿真软件HFSS中设计、仿真、优化了微带-SICL的转接器，并通过实验验证其性能。在此基础上设计了简单的直通型SICL传输线，通过仿真和实验测试获得了优异的性能：1)在1GHz-15GHz频带内，单个SICL-微带转接器的实际插入损耗小于0.5dB。2)通过观察眼图，直通型SICL传输线可以正常传输3.35Gbit/s的高速数字信号。
　　然后，根据SICL传输线在实际应用中可能遇到的两种不连续性结构：拐弯和宽度跳变，设计、仿真、优化了多种SICL传输线。通过比较性能，给出最优化的方案，并进行了实验验证。根据实验验证结果：1)在同样尺寸的拐弯型SICL传输线中，圆弧拐弯比其他类型的拐弯插入损耗小0.2 dB，为最好的SICL内导体拐弯方案。2)在直通型SICL传输线中加入宽度跳变，跳变处两侧不同宽度的SICL特征阻抗相同。经过优化宽度跳变处的结构，这样的SICL传输线与未改变宽度的SICL传输线性能差异很小。3)当宽度跳变位置正好在SICL传输线拐弯处时，插入损耗较未改变宽度的SICL传输线高0.178dB左右，性能恶化较为严重。结合2)中结论，在应用SICL传输线时，宽度跳变的位置尽量放在直通的区间，不要放在拐弯处。
　　最后对两根平行的共侧壁SICL传输线之间的耦合进行了仿真设计和实验测试，结果表明SICL传输线具有优异的屏蔽性能，两根传输线之间几乎没有耦合，从而作为互连线时具有良好的抗交扰性能。