一种射频电路板及射频电路板的制作方法与流程

1.本发明涉及无线通信射频模组技术领域，尤其涉及一种射频电路板及射频电路板的制作方法。


背景技术：

2.随着物联网的发展，对物联网设备中较为关键的网络通信性能与可靠性要求越来越高。物联网设备中，产品的无线性能主要依赖于硬件射频模组的性能，因此，保证模组射频性能显得尤为重要。
3.但目前，射频模组受限于印刷电路板制作工艺和回流焊等因素，射频模组的射频输出端口存在阻抗突变问题。
4.现有技术中，在射频模组输出端口增加匹配电路，以解决射频模组输出端口的阻抗突变问题，但该匹配电路还需要在天线扣子与ipex座子连接处做适配，会导致射频模组的射频信号的输出端口的链路不匹配，以及会增加射频模组的调试周期。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种射频电路板、电子设备及射频电路板的制作方法，用于在解决射频模组输出端口的阻抗失配问题时，减少射频模组的调试周期。
6.第一方面，本发明提供一种射频电路板，该射频电路板包括射频芯片、第一传输结构、射频模组、第二传输结构以及电路板本体。
7.射频芯片设置于射频模组的第一区域，且通过第一传输结构与射频模组电连接，第一传输结构用于将射频芯片发送的射频信号传输至射频模组，且第一传输结构的特性阻抗满足目标阻抗范围。
8.射频模组设置于电路板本体的第二区域，且通过第二传输结构与电路板本体电连接，第二传输结构用于将射频信号传输至电路板本体，且第二传输结构的特性阻抗满足目标阻抗范围。
9.与现有技术相比，本发明提供的射频电路板中，射频芯片通过第一传输结构将射频信号传输至射频模组，射频模组通过第二传输结构将接收到的射频信号传输至电路板本体。且第一传输结构的特性阻抗以及第二传输结构的特性阻抗均满足目标阻抗范围，基于此，能够避免射频模组输出端口的阻抗失配问题，进而避免由于射频模组输出端口的阻抗失配问题所导致的射频信号在传输中的能量损耗，以满足射频信号的最大能量传输。基于此，本发明提供的射频电路板通过设置第一传输结构以及第二传输结构的特性阻抗，而无需额外在电路板本体预留匹配电路，就可以实现在射频信号传输的同时，避免射频模组输出端口的阻抗失配，因此可以减少射频模组在研发期的调试周期，同时由于减少了电器元件的设置，降低了硬件成本。由此可见，本发明实施例提供的射频电路板能够在解决射频模组输出端口的阻抗失配问题时，减少射频模组的调试周期以及硬件成本。
10.第二方面，本发明还提供一种电子设备，包括上述第一方面提供的射频电路板。
11.与现有技术相比，本发明提供的电子设备的有益效果与上述第一方面技术方案所述射频电路板的有益效果相同，此处不做赘述。
12.第三方面，本发明还提供一种射频电路板的制作方法，应用于上述第一方面提供的射频电路板中。该制作方法包括：将射频芯片设置于射频模组的第一区域，且射频芯片通过第一传输结构与射频模组电连接。第一传输结构用于将射频芯片发送的射频信号传输至射频模组，第一传输结构的特性阻抗满足目标阻抗范围。
13.将射频模组设置于电路板本体的第二区域，且射频模组通过第二传输结构与电路板本体电连接。第二传输结构用于将射频信号传输至电路板本体，第二传输结构的特性阻抗满足目标阻抗范围。
14.与现有技术相比，本发明提供的射频电路板的制作方法的有益效果与上述第一方面技术方案所述射频电路板的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为现有技术中2.4gwifi射频模组示意图；图2为本发明实施例中提供的射频模组结构示意图；图3为本发明实施例中提供的电路板本体结构示意图；图4为射频模组的剖面示意图；图5为平行双导线的分布参数等效电路图；图6为邮票孔的结构示意图。
16.附图标记：7
‑
2.4g wifi射频模组，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
71
‑
7的射频信号输出端口，1
‑
射频芯片，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
射频模组，3
‑
第一传输结构，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31
‑
第一微带结构，32
‑
第二微带结构，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
33
‑
输出结构，34
‑
第一信号传输线，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
341
‑
第一部分，342
‑
第二部分，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
343
‑
第三部分，351
‑
信号传输层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
352
‑
绝缘层，353
‑
信号回流层，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
第二传输结构，5
‑
电路板本体，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
61
‑
第一区域，62
‑
第二区域。
17.具体实施方式
18.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以
理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
19.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
20.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
21.随着物联网的发展，物联网应用正在积极改造工业生产和消费者的世界。从零售行业到医疗保健行业业，从金融行业到物流行业，智能技术已经遍及数个行业和消费者领域。因此，物联网应用技术对较为关键的网络通信性能与可靠性要求也越来越高。
22.目前，在短距离类通信技术（例如：wifi、bt、zigbee等）的应用方面，在实际的终端产品中，物联网设备的无线性能主要依赖于硬件射频模组的性能，因此，对射频模组的性能要求也越来越高。
23.如下图1所示，这是一款2.4g wifi射频模组7，射频芯片的射频信号传输时，在输出端经过特性阻抗为50ω的传输线传输至射频模组的输出引脚。
24.射频模组在实际应用过程中，当需要贴片至主板焊盘上时，受限于印刷电路板（printed circuit boards，缩写为pcb）的制作工艺和回流焊等因素，在2.4g wifi射频模组7的射频信号输出端口71（gsg）存在阻抗突变的问题。其中，gsg结构为地线
‑
信号线
‑
地线结构。
25.现有技术中，是在射频模组的输出端口增加匹配电路，以解决射频模组输出端口的阻抗突变问题。但该匹配电路还需要在天线扣子与ipex座子连接处做适配，会导致射频模组的射频信号的输出端口的链路不匹配。如若增加一级匹配电路以适配天线扣子与ipex座子连接处，又会增加射频模组的调试周期。
26.针对上述传统方案存在的不足，本发明公开一种射频电路板、电子设备及射频电路板的制作方法，用于在解决射频模组输出端口的阻抗失配问题时，减少射频模组的调试周期。
27.第一方面，本发明提供一种射频电路板，该射频电路板包括射频芯片1、第一传输结构3、射频模组2、第二传输结构4以及电路板本体5。
28.如图2与图3所示，射频芯片1设置于射频模组2的第一区域61，且通过第一传输结构3与射频模组2电连接，第一传输结构3用于将射频芯片1发送的射频信号传输至射频模组2，且第一传输结构3的特性阻抗满足目标阻抗范围。
29.射频模组2设置于电路板本体5的第二区域62，且通过第二传输结构4与电路板本体5电连接，第二传输结构4用于将射频信号传输至电路板本体5，且第二传输结构4的特性
阻抗满足目标阻抗范围。
30.与现有技术相比，本发明实施例提供的射频电路板中，射频芯片1通过第一传输结构3将射频信号传输至射频模组2，射频模组2通过第二传输结构4将接收到的射频信号传输至电路板本体5。第一传输结构3的特性阻抗以及第二传输结构4的特性阻抗均满足目标阻抗范围，基于此，能够避免射频模组2输出端口的阻抗失配问题，进而避免由于射频模组2输出端口的阻抗失配问题所导致的射频信号在传输中的能量损耗，以满足射频信号的最大能量传输。基于此，本发明实施例提供的射频电路板通过设置第一传输结构3以及第二传输结构4的特性阻抗，而无需额外在电路板本体5预留匹配电路，就可以实现在射频信号传输的同时，避免射频模组2输出端口的阻抗失配，因此可以减少射频模组2在研发期的调试周期，同时由于减少了电器元件的设置，降低了硬件成本。由此可见，本发明实施例提供的射频电路板能够在解决射频模组2输出端口的阻抗失配问题时，减少射频模组2的调试周期以及硬件成本。
31.应注意，特性阻抗是由线路本身特性决定的，与线宽、铜厚以及绝缘层厚度有关。因此，可以通过对线宽、铜厚以及介电层厚度的设计，使得第一传输结构3以及第二传输结构4满足目标阻抗范围。不同的基材有不同的介电常数。因此，作为基材，绝缘层选取的材料直接决定了相对介电常数的数值。在实际应用中，一般选取fr
‑
4等级的材料作为射频模组2以及射频电路板的基材，相对介电常数是4.2。若对于射频模组2以及射频电路板有特殊需求，也可以根据实际情况选用其他等级的材料作为基材，对此，本发明实施例不作限定。
32.在实际应用中，在射频芯片1的输出端口会设置匹配电路，因此，经过射频芯片1的射频信号在经过匹配电路后传输至第一传输结构3的输出阻抗为经过匹配的目标阻抗范围，需要设计第一传输结构3，使其满足目标阻抗范围，继而避免在射频信号传输过程中的功率损耗。
33.作为一种可能的实现方式，如图4所示，射频模组2至少包括自上而下层叠设置的信号传输层351、绝缘层352以及信号回流层353。第一传输结构3与信号传输层351电连接，信号传输层351通过所述第二传输结构4与信号回流层353电连接。绝缘层352的高度为h1，第一传输结构3的宽度为w1。h1与w1满足预设特性阻抗条件。
34.下面将详细解释预设特性阻抗条件的计算方式：图5示例出了平行双导线的分布参数等效电路图，请参阅图5，其中，dz是传输线的一个微分长度，r、c、g、l是传输线的一次参数，在一个微分长度中，电阻与电感在第一导线上依次串联连接，电容以及电导并联连接后的第一端与电感远离电阻的一端耦接，电容以及电导并联连接后的第二端与第二导线耦接，第一导线与第二导线平行分布，通过对等效电路的分析可得到电报方程如下：，其中，，将其代入电报方程可得：
，其中，ω是信号的角频率，在两侧同时积分，可以得到关于和的方程式：，其中，，γ为传输线的传输系数，将的方程式代入中，可计算得到：，由阻抗计算公式，即可推导出特性阻抗计算公式为：在本技术中，微带线的宽度为w，信号线与参考平面的间距为h，则可得特性阻抗：当w > h时，特性阻抗满足以下第一计算公式：其中，，；当w < h时，特性阻抗满足以下第二计算公式：其中，，。
35.上述计算公式中为真空磁导率，真空介电常数，为相对介电常数。
36.以第一传输结构3为例，为了使第一传输结构3的特性阻抗满足目标阻抗范围，需要分别设计第一传输结构3的宽度w1以及第一传输结构3所在的信号传输层351与信号回流层353之间距离，即绝缘层352的高度h1。
37.可以理解的是，在实际设计中，需要根据不同的需求对w1以及h1进行设计。因此，当w 1
> h1时，需要代入第一计算公式对特性阻抗进行计算，当w 1
＜h1时，需要代入第二计算公式对特性阻抗进行计算。如果计算结果并不能满足目标阻抗范围，则需要重新设计更合
理的w1和h1，使得第一传输结构3的特性阻抗能满足目标范围。
38.在设计第一传输结构3的特性阻抗满足目标阻抗范围后，射频信号在经过第一传输结构3的传输后，输出阻抗仍满足目标阻抗范围。
39.在一些实施例中，第一传输结构3包括依次电连接且位于信号传输层351上的第一微带结构31、第二微带结构32以及输出结构33。第一微带结构31还与射频芯片1电连接，输出结构33还与射频模组2电连接。第一微带结构31、第二微带结构32以及输出结构33的特性阻抗均满足目标阻抗范围。
40.第一微带结构31可以为第一微带线、第二微带结构32可以为第二微带线、输出结构33可以为射频模组2的输出引脚。基于此，可以分别对第一微带线、第二微带线以及射频模组2的输出引脚分别设计，使得第一微带线的宽度和与回流信号层353的距离、第二微带线的宽度和与回流信号层353的距离以及射频模组2的输出引脚的宽度和与回流信号层353的距离分别满足目标阻抗范围。
41.示例性的，第一传输结构3包括第一信号传输线34。第一信号传输线34包括位于第一微带结构31中的第一部分341，位于第二微带结构32中的第二部分342，位于输出结构33中的第三部分343。第一部分341的宽度为w1，第一部分341与信号回流层353的距离为h1。第二部分342的宽度为w2，第二部分342与信号回流层353的距离为h2。第三部分343的宽度为w3，第三部分343与信号回流层353的距离为h3。w1与h1、w2与h2以及w3与h3均满足预设特性阻抗条件。
42.可以理解的是，第一部分341为位于第一微带结构31中的第一信号线，第二部分342为位于第二微带结构32中的第二信号线，第三部分343为位于输出引脚中的第三信号线。第一信号线、第二信号线以及第三信号线组成第一信号传输线34，用于将射频芯片1发射的射频信号传输至射频模组2。
43.为了第一信号传输线34在传输信号的过程中能够最大程度地满足射频信号的最大能量传输，需要分别对w1与h1、w2与h2以及w3与h3进行设计。在实际应用中，可以设计相等的w1、w2以及w3，或者不相等的w1、w2以及w3，第一信号传输线34可以是宽度均匀的，也可以是宽度不均匀的。同理，可以设计相等的h1、h2以及h3，或者不相等的h1、h2以及h3。
44.示例性的，如图6所示，当输出结构33为邮票孔时，邮票孔的直径为d，d=w3。邮票孔与信号回流层353的水平距离为l，l=h3。
45.当射频模组2的输出引脚为邮票孔时，射频信号在经过输出引脚时，邮票孔的连接处也存在阻抗突变，通过改变该引脚的直径d、铜厚以及邮票孔与信号汇流层的水平距离l，可以达到阻抗匹配的目的。使其满足目标阻抗范围，继而避免在射频信号传输过程中的功率损耗。
46.作为一种可能的实现方式，第二传输结构4包括多个焊盘，每个焊盘均设置于射频模组2的一侧，且与电路板本体5靠近射频模组2的一侧电连接。每个焊盘的宽度为w2，焊盘与信号回流层353的水平距离为h2。h2与w2满足预设特性阻抗条件。
47.基于此，在将射频模组2设置在电路板本体5上时，射频模组2的输出引脚与焊盘电连接。但为了满足射频模组2的表面贴装技术（surface mount technology，缩写为smt）的工艺要求，一般情况下需要增大焊盘尺寸，因此射频模组2的输出引脚与增大后的焊盘处存在阻抗突变问题，在焊盘尺寸确定的情况下，需要改变焊盘与信号回流层343的水平距离
h2，使其满足预设特性阻抗条件，从而使射频模组2的输出引脚与增大后的焊盘的连接处的特性阻抗满足目标阻抗范围，最大程度地实现射频信号的最大传输功率。与此同时，在合适的范围内，综合考虑成本等问题的情况下，如果改变焊盘的宽度w2更方便快捷，也可以通过改变焊盘的宽度w2，使其满足预设特性阻抗条件，从而使射频模组2的输出引脚与增大后的焊盘的连接处的特性阻抗满足目标阻抗范围，最大程度地实现射频信号的最大传输功率。
48.在一些实施例中，第二传输结构4包括第二信号传输线。第二信号传输线位于焊盘中，且与电路板本体5靠近射频模组2的一侧电连接。第二信号传输线的宽度为w4，第二信号传输线与信号回流层353的水平距离为h4。w4与h4满足预设特性阻抗条件。
49.可以理解的是，第二信号传输线用于将射频信号从射频模组2传输至电路板本体5，继而由电路板本体5经过ant模块发出。通过对第二信号传输线h4与w4的设计，使其满足预设特性抗条件，从而使第二信号传输线的特性阻抗满足目标范围，最大程度地实现射频信号的最大传输功率。
50.最终，通过射频电路板上设置的ant模块，将射频信号传输至外部目标终端。ant模块上预留的匹配电路可以只针对天线扣子与ipex座子的连接处做适配，因此，能够保证天线扣子与ipex座子的连接处链路匹配，实现最大能量的射频信号传输。
51.下面将结合图2至图4以及图6，举例说明本发明各处阻抗匹配的设计过程。
52.在图2中射频芯片1的输出端口处，第一信号传输线34中，第一部分341的宽度w1为11mils，第一部分341与信号回流层353的距离为h1为8.2mils，基材（fr
‑
4 ）的相对介电常数为4.2。由于w1＞h1，将w1以及h1的数值代入第一计算公式，可得出传输线特性阻抗为49.94ω，满足目标阻抗范围。
53.在图2中，第一信号传输线34中，第二部分342的宽度w2为27mils，第二部分342与信号回流层353的距离为h2为8.2mils，基材（fr
‑
4）的相对介电常数为4.2。由于w2＞h2，将w2以及h2的数值代入第一计算公式，可得出传输线特性阻抗为32.35ω，所以此处存在阻抗失配的问题。在此处将增大绝缘层352的厚度，即使得第二部分342与信号回流层353的距离为h2为35.5mils。由于w2＜h2，将w2以及h2的数值代入第二计算公式，则可得出传输线特性阻抗为50.19ω，满足目标阻抗范围。
54.结合图2以及图6所示，第一信号传输线34中，输出结构33为邮票孔此邮票孔的直径d为18.72mils，则第三部分343的宽度w3为18.72mils，此时，邮票孔与信号回流层353的水平距离l为4.5mils，则h3也为4.5mils，基材（fr
‑
4）的相对介电常数为4.2。由于w3＞h3，将w3以及h3的数值代入第一计算公式，可得出传输线特性阻抗为28.60ω，所以此处也存在阻抗失配的问题。在此处将增大邮票孔与信号回流层353的水平距离l，使得h3为11.0mils。由于w3＞h3，将w3以及h3的数值代入第一计算公式，可得出传输线特性阻抗50.05ω，满足目标阻抗范围。
55.如图3所示，在终端产品主板上射频模组2的焊盘一般偏大，焊盘的长为45mils，宽20mils，即焊盘的宽度为w2为20mils。此时，焊盘与信号回流层353的水平距离为h2为8.2mils，基材（fr
‑
4）的相对介电常数为4.2。由于w2＞h2，将w2以及h2的数值代入第一计算公式，可得出传输线特性阻抗为40.65ω，所以此处也存在阻抗失配的问题。在此处增大绝缘层352的厚度，即使得焊盘与信号回流层353的水平距离为h2为12mils，则可得出传输线阻抗为50.06ω，满足目标阻抗范围。
56.作为一种可能的实现方式，第一区域61的大小与射频芯片1的大小相匹配。第二区域62的大小与射频模组2的大小相匹配。
57.在实际应用中，为了最大程度的保证射频信号的最大传输功率，同时更合理的对射频模组2以及射频电路板进行排线布置，需要根据射频芯片1实际的大小对第一区域61进行设计。同理，需要根据射频模组2的实际大小对第二区域62进行设计。
58.第二方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括上述第一方面提供的射频电路板。
59.与现有技术相比，本发明实施例提供的电子设备的有益效果与上述第一方面技术方案所述射频电路板的有益效果相同，此处不做赘述。
60.第三方面，本发明实施例还提供一种射频电路板的制作方法，应用于上述第一方面提供的射频电路板中。该制作方法包括：将射频芯片1设置于射频模组2的第一区域61，且射频芯片1通过第一传输结构3与射频模组2电连接。第一传输结构3用于将射频芯片1发送的射频信号传输至射频模组2，第一传输结构3的特性阻抗满足目标阻抗范围。
61.将射频模组2设置于电路板本体5的第二区域62，且射频模组2通过第二传输结构4与电路板本体5电连接。第二传输结构4用于将射频信号传输至电路板本体5，第二传输结构4的特性阻抗满足目标阻抗范围。
62.与现有技术相比，本发明实施例提供的射频电路板的制作方法的有益效果与上述第一方面技术方案所述射频电路板的有益效果相同，此处不做赘述。
63.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
64.尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。