傳輸線結構的製作方法

2023-05-17 18:30:56

本發明涉及一種傳輸線結構，特別是涉及一種用於傳輸無線電(wireless radio)信號的傳輸線結構。

背景技術：

在進行電路布局時，為了達到較佳的面積利用率，需要交叉穿越各種無線電的信號線。舉例而言，上述信號線可用來傳輸射頻、中頻、直流等各種無線電信號。為了避免交叉穿越各種信號線時可能導致短路的問題，通常使用鎊線或是背板線路來進行信號線的交叉穿越。然而，如果使用鎊線會導致成本的增加，並且會造成寄生、耦合等高頻效應而影響電路的效能。此外，使用背板線路雖然不會增加成本，但是背板線路仍然會造成高頻效應而導致電路特性的惡化。舉例而言，當挖槽配置信號線時，此挖槽將破壞接地層的連續性。此外，不同信號線之間的走線也會造成無線電信號的幹擾問題。因此，需要一種傳輸線結構能夠在不增加成本的情況下，降低高頻效應而不影響電路的效能。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提出一種用於傳輸無線電信號的傳輸線結構，能夠降低高頻效應並且避免電路特性的惡化。本發明所提出的傳輸線結構是結合單線架構與共面波導的多線架構。上述傳輸線結構能夠將傳輸線本身的上下方向的電場導引成左右方向的電場，而降低與其他傳輸線之間的幹擾。此外，通過調整傳輸線的線寬以及間距，能夠增進阻抗匹配以及降低輻射效應，並且避免電路特性的惡化。

本發明的一實施例提供了一種用於傳輸無線電信號的傳輸線結構，包括一第一傳輸線、一第一接地區以及一第二傳輸線。第一傳輸線配置於一電路板的一第一層。第一傳輸線包括一第一信號線以及一第二信號線。第一信號線的第一端連接於第二信號線的第一端，第一信號線的相對於第一端的第二 端連接於第二信號線的相對於第一端的第二端。第一接地區配置於第一信號線與第二信號線之間，並且第一信號線與第二信號線並未接觸第一接地區。第二傳輸線配置於電路板的一第二層，其中第二層不同於第一層。第二傳輸線並未接觸第一傳輸線，並且第二傳輸線交錯於第一信號線、第二信號線以及第一接地區。。

在一個實施例中，第一信號線與第一接地區間隔一第一間距，第二信號線與第一接地區間隔第一間距，並且第一傳輸線的阻抗值關聯於第一間距以及第一信號線與第二信號線的線寬。此外，傳輸線結構還包括配置於第一層的一第二接地區以及一第三接地區。第一信號線配置於第一接地區與第二接地區之間，第二信號線配置於第一接地區與第三接地區之間，第一信號線與第二接地區間隔一第二間距，第二信號線與第三接地區間隔一第三間距。此外，第一間距相等於第二間距以及第三間距，並且第一傳輸線的阻抗值關聯於第一間距、第二間距、第三間距以及第一信號線與第二信號線的線寬。

在另一個實施例中，第一接地區的寬度大於或等於第一信號線以及第二信號線的線寬的三倍，第二接地區與第一信號線相鄰的區域的寬度大於或等於第一信號線的線寬的三倍，第三接地區與第二信號線相鄰的區域的寬度大於或等於第二信號線的線寬的三倍。舉例而言，第一傳輸線為一共面波導(Coplanar Waveguide)。此外，第一傳輸線垂直於第二傳輸線，並且第一信號線、第二信號線以及第一接地區的長度大於或等於第二傳輸線的寬度。

在另一實施例中，第一傳輸線還包括一第一單線區以及一第二單線區，其中第一單線區連接於第一信號線與第二信號線的第一端，第二單線區連接於第一信號線與第二信號線的相對於第一端的一第二端，並且第二傳輸線並未交錯於第一單線區以及第二單線區。此外，第一單線區的阻抗值相等於第一信號線與第二信號線的一等效阻抗值，第一信號線與第二信號線的等效阻抗值相等於第二單線區的阻抗值。

本發明的另一實施例提供了一種用於傳輸無線電信號的傳輸線結構，包括一第一傳輸線以及一第二傳輸線。第一傳輸線配置於一電路板的一第一層。第一傳輸線包括至少三條信號線，傳輸線結構包括至少兩個接地區，並且至少兩個接地區的每一接地區配置於至少三條信號線的每兩條相鄰的信號線之間。第二傳輸線配置於電路板的一第二層，並且第二層不同於第一層。第二傳輸線並未接觸第一傳輸線，並且第二傳輸線交錯於至少三條信號線以 及至少兩個接地區。

附圖說明

圖1A為本發明一實施例所述的傳輸線結構的俯視圖；

圖1B為本發明一實施例所述的傳輸線結構的仰視圖；

圖2為本發明另一實施例所述的傳輸線結構的俯視圖。

符號說明

10～傳輸線結構；

100A～第一層；

100B～第二層；

120～第一傳輸線；

122、123、124～信號線；

126、128～單線區；

130、131、132、134、136～接地區；

130V、131V、132V、134V～介層孔；

160～槽孔；

162～第二傳輸線；

L130～長度；

W122、W123、W124～線寬；

W130、W132、W134、W160～寬度；

X1、X2、X3、X4、X5、X6～間距；

具體實施方式

為讓本發明的目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明的具體實施例，並配合所附的附圖，作詳細說明如下。目的在於說明本發明的精神而非用以限定本發明的保護範圍，應理解下列實施例可經由軟體、硬體、固體、或上述任意組合來實現。

圖1A顯示根據本發明一實施例所述的傳輸線結構10的俯視圖，而圖1B顯示根據本發明一實施例所述的傳輸線結構10的仰視圖。傳輸線結構10用以傳送至少一無線電信號，例如射頻(RF)信號、中頻(IF)信號、以及直流信號等。在一實施例中，傳輸線結構10包括第一傳輸線120、接地區130(第 一接地區)以及第二傳輸線162。第一傳輸線120與第二傳輸線162分別傳輸不同的無線電信號。舉例而言，第一傳輸線120傳輸射頻信號，第二傳輸線162傳輸直流信號。如圖1A所示，第一傳輸線120與接地區130配置於一電路板的第一層100A；如圖1B所示，第二傳輸線162配置於電路板的第二層100B。詳細而言，電路板的第二層100B具有槽孔160以及接地區136，而第二傳輸線162配置於槽孔160之中。上述第二層100B不同於第一層100A，並且第一傳輸線120不會接觸第二傳輸線162以避免發生短路。舉例而言，上述電路板為一印刷電路板(PCB)，其中第一層100A與第二層100B分別位於電路板的正板與背板。在另一實施例中，第一層100A與第二層100B都位於電路板的正板或是背板，但是由不同的製作工藝條件或步驟所製作而成，本發明並不加以限定。

在圖1A所示的實施例中，第一傳輸線120包括一信號線122(第一信號線)以及信號線124(第二信號線)。接地區130(第一接地區)配置於該信號線122與124之間，並且信號線122與124並未接觸接地區130以避免短路。接地區130可具有至少一個介層孔130V，以電連接至第二層100B的接地區。此外，第二傳輸線162交錯於信號線122、信號線124以及接地區130。舉例而言，信號線122、信號線124以及接地區130垂直於第二傳輸線162，使得電路板上的配線較有效率，提高電路板的面積使用率。值得注意的是，信號線122與接地區130之間間隔一間距X1，信號線124與接地區130之間間隔一間距X2。舉例而言，間距X1相等於間距X2(亦即第一間距)。此外，信號線122與124分別具有線寬W122與W124。第一傳輸線120的阻抗值關聯於第一間距以及信號線122與124的線寬W122與W124。舉例而言，當線寬W122與W124的數值為固定時，第一間距越大則第一傳輸線120的阻抗值越大。當第一間距的數值為固定時，線寬W122與W124的數值越大則第一傳輸線120的阻抗值越小。

詳細而言，包括信號線122、信號線124以及接地區130的第一傳輸線120為一共面波導(Coplanar Waveguide)，能夠將第一傳輸線120本身的上下方向的電場導引且轉變為左右方向的平面電場。相較於現有技術所使用的一般傳輸線，此共面波導的第一傳輸線120產生比較少的上下方向的電場，因而能夠降低其他傳輸線(例如第二傳輸線162)的挖槽與走線效應所造成的幹擾。此時當無線電信號的電場穿過其他傳輸線的挖槽或走線時，可大幅降低 其電場不連續的影響。

在一實施例中，第一傳輸線120還包括單線區126(第一單線區)以及單線區128(第二單線區)，其中單線區126連接於信號線122與124的第一端，單線區128連接於信號線122與124的相對於第一端的一第二端，並且第二傳輸線162並未交錯於單線區126與128。值得注意的是，信號線122與124、以及接地區130的長度L130大於或等於槽孔160的寬度W160。由此可知，第一傳輸線120包括單線區126與128、以及由信號線122、124所構成的雙線區。第二傳輸線162交叉穿越信號線122、124與接地區130所構成的雙線區以降低信號輻射效應，並且此雙線區的長度L130大於或等於槽孔160的寬度W160。在另一實施例中，雙線區的長度L130也可定義為接地區130的兩個介層孔130V之間的距離，本發明並不限定於此。

由於第一傳輸線120包括單線區126與128、以及由信號線122、124與接地區130所構成的雙線區，為了達成阻抗匹配以降低信號傳輸的損耗，可搭配調整間距X1與X2以及線寬W122與W124以得到理想的信號線122與124的阻抗值。在一實施例中，單線區126的阻抗值相等於該信號線122與124的等效阻抗值，並且信號線122與124的等效阻抗值相等於單線區128的阻抗值。舉例而言，單線區126與128的阻抗值都為50歐姆，而信號線122與124的阻抗值都為100歐姆。並聯兩條信號線122與124所得到的等效阻抗值也為50歐姆，相等於單線區126與128的阻抗值。因此，在第一傳輸線126傳輸無線電信號的過程中，因為阻抗匹配的緣故，能夠降低無線電信號傳輸的損耗。舉例而言，在20.6GHz的射頻頻帶使用本發明所提供的傳輸線結構10時，信號的插入損耗(insertion loss)約為-0.6dB，而使用傳統背板走線的信號的插入損耗約為-1.9dB。由此可知，由於第一傳輸線126阻抗匹配的緣故，因而能提供較小的插入損耗，提升信號傳輸的準確度和可靠度。

在圖1A所示的實施例中，傳輸線結構10還包括配置於第一層100A的接地區132(第二接地區)以及接地區134(第三接地區)。接地區132與134分別具有至少一個介層孔132V與134V以電連接第二層100B的接地區136。信號線122配置於兩個接地區130與132之間，信號線124配置於兩個接地區130與134之間。信號線122與接地區132之間間隔一間距X3(第二間距)，信號線124與接地區134之間間隔一間距X4(第三間距)。舉例而言，間距X1、X2、X3與X4的數值是相同的，亦即第一間距相等於第二間距以及第 三間距。在另一實施例中，間距X3與X4的數值是不同的，亦即第二間距不等於第三間距。此外，第一傳輸線120的阻抗值關聯於間距X1、X2、X3與X4、以及信號線122與124的線寬W122與W124。舉例而言，當線寬W122與W124的數值為固定時，X1、X2、X3與X4等間距越大則信號線122與124的阻抗值越大。當X1、X2、X3與X4等間距的數值為固定時，線寬W122與W124的數值越大則信號線122與124的阻抗值越小。使用者可搭配調整X1、X2、X3與X4等間距、以及線寬W122與W124，以得到理想的信號線122與124的阻抗值。

值得注意的是，在一實施例中，接地區310的寬度W310大於或等於信號線122與124的線寬W122與W124的三倍。接地區132與信號線122相鄰的區域的寬度W132大於或等於信號線122的線寬W122的三倍，接地區134與信號線124相鄰的區域的寬度W134大於或等於信號線124的線寬W124的三倍。換句話說，本發明並不限制接地區132未與信號線122相鄰的區域的寬度，也不限制接地區134未與信號線124相鄰的區域的寬度。上述接地區132與134未與信號線122與124相鄰的區域，可以依據電路設計的需要而配置為任意形狀或尺寸。要注意的是，對於信號線122或124而言，其左右相鄰兩側的兩個接地區的寬度都大於或等於其本身線寬的三倍。因此，當信號線122或124傳輸無線電信號時，左右兩側的三倍寬度以上的接地區能夠鎖住其左右方向的電場。如此一來，可進一步減少信號線122或124的上下方向的電場，而改善第一傳輸線120與第二傳輸線162之間因為挖槽或走線所造成的幹擾效應。舉例而言，在20.6GHz的射頻頻帶使用本發明所提供的傳輸線結構10時，信號的最小隔離度(isolation)約為-20.3dB，而使用傳統背板走線的信號的最小隔離度約為-10.2dB。由此可知，由於傳輸線結構10將電場轉變為水平方向的電場，因而能提供較佳的隔離度，有效隔絕配置於上下方向的其他傳輸線所造成的幹擾效應。

圖2顯示根據本發明另一實施例所述的傳輸線結構10的俯視圖。傳輸線結構10包括第一傳輸線120以及第二傳輸線162。第一傳輸線120配置於一電路板的第一層100A，而第二傳輸線162配置於電路板的第二層100B(未顯示)，因此第二傳輸線162並未接觸第一傳輸線120以避免短路。值得注意的是，第一傳輸線120為一共面波導。如圖2所示，第一傳輸線120包括至少三條信號線122、123與124、以及至少兩個接地區130與131，第二傳 輸線162交錯於至少三條信號線122、123與124以及至少兩個接地區130與131。在一實施例中，至少兩個接地區130與131的每一接地區配置於該至少三條信號線122、123與124的每兩條相鄰的信號線之間。舉例而言，接地區130位於信號線122與123之間，接地區131位於信號線123與124之間。此外，至少兩個接地區130與131的每一個接地區的寬度大於或等於至少三條信號線122、123與124的每一條信號線的線寬的三倍。換言之，接地區130與131的寬度W130與W131都大於或等於信號線122、123與124的線寬W122、W123與W124的三倍。

此外，如圖2所示，傳輸線結構10還包括配置於第一層100A的接地區132(第二接地區)以及接地區134(第三接地區)，其中接地區132與134分別配置於第一傳輸線120的左右兩側。接地區132、信號線122、接地區130、信號線123、接地區131、信號線124以及接地區134之間的間距分別為X5、X2、X1、X3、X4與X6。在一實施例中，接地區132與至少三條信號線122、123與124相鄰的區域的寬度W132大於或等於該至少三條信號線122、123與124的每一條信號線的線寬W122、W123與W124的三倍，接地區134與至少三條信號線122、123與124相鄰的區域的寬度W132大於或等於該至少三條信號線122、123與124的每一條信號線的線寬W122、W123與W124的三倍。在另一實施例中，第一傳輸線120垂直交錯於第二傳輸線162，並且至少三條信號線122、123與124的每一條信號線的長度L130大於或等於槽孔160的寬度W160，至少兩個接地區130與131的每一個接地區的長度L130大於或等於第二傳輸線的寬度W160。長度L130也可定義為接地區130的兩個介層孔130V之間的距離，但本發明並不限定於此。

在圖2所示的實施例中，由於第一傳輸線120為共面波導，並且其每一條信號線122、123或124的線寬W122、W123或W124大幅小於其左右兩側的接地區的寬度。因此，第一傳輸線120本身的上下方向的電場轉變為左右方向的電場。因為第一傳輸線120本身的上下方向的電場大幅減少，使得第一傳輸線120與第二傳輸線162之間的高頻耦合效應或幹擾效應等也大幅減少。上述信號線122、123或124以及接地區130、131、132與134的數量僅作為說明之用，而非用以限制本發明。此外，在不脫離本發明的範疇的情況下，使用者可依據電路設計的需要，調整上述信號線以及接地區的數量、間距以及線寬，以達成阻抗匹配並且降低信號傳輸的損耗，提升信號傳輸的 準確度和可靠度。

在本說明書以及權利要求中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字的不同元件。本發明說明書中「耦接」一詞泛指各種直接或間接的電連接方式。本發明雖以優選實施例揭露如上，然而其並非用以限定本發明的範圍，任何熟悉此項技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，可做些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應當以附上的權利要求所界定的為準。