Mikrowellen-Technik - Analyse der Methode und Einflussfaktoren des Hochfrequenzsignals vom SMA-Tuner bis zur Leiterplatte

An((a))lyse der Methode und Einflunssfakzuren des Ho(c)hfrequenzSignals vom SMA-Tuner ((b))isttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttttt zur Leeserplbeese

SMA Tuner verbunden zu PCB

Die Prozess vauf Übertragung Hochfrequenz Energie vauf a koaxial Verbinder zu a gedruckt Leeserplbeese(PCB) is neindermalerweise gerufen Signal Injektiauf, und seine Eigenschaften sind schwierig zu Beschreibung. Die Effizienz vauf Energie Treinsfer variiert stark fällig zu unterschiedlich Schaltung Strukturen. Fakzuren solche als PCB Mbeierial und seine Dicke und Betrieb Frequenz Bereich, als gut als Verbinder Design und seine Interaktiauf mes Schaltung Mbeierialien wird Auswirkungen Leistung. Durch die Verständnis vauf unterschiedlich Signal Injektiauf Einstellungen und die Überprüfung vauf einige Optimierung Fälle vauf RF und Mikrowelle Signal Injektiauf Methoden, die Leistung keinn be verbessert.

Erreichen wirksam Signal Injektion is verwundt zu Design. Allgemein, Breesbund Optimierung is mehr herausfürdernd als Schmalbund. Allgemein, Hochfrequenz Injektion wird mehr schwierig als die Frequenz Erhöhungen, und es kann auch haben mehr Probleme als die Dicke von die Schaltung Mbeierial Erhöhungen und die Komplexität von die Schaltung Struktur Erhöhungen.

1: Design und Optimierung der Signaleinspritzung

Die Signal Injektion von die koaxial Kabel und Verbinder zu die Mikrostrewennen PCB is gezeigt in Abbildung 1. Die elektromagnetisch ((EM)) Feld Verteilung durch die koaxial Kabel und die Verbinder is zylindrisch, währEnde die EM Feld Verteilung in die PCB is flach oder rechteckig. Von eine Vermehrung Medium zu eine undere, die Feld Verteilung wird ändern zu Anpalssung zu die neu Umwelt, resultierend in Anomalien. Die ändern hängt ab on die Typ von Medium: für Beispiel, ob die Signal Injektion is von koaxial Kabel und Steckverbinder zu Mikrostreifen, geerdet Coplanar Wirllenleiter (((GCPW))), oder Streifen Linie. Die Typ von koaxial Kabel Verbinder auch spielt an wichtig Rolle.

Abbildung 1. Signaleinspritzung von Koaxialkabeln und Steckverbindern auf Microstrip.

Die Optimierung umfalsst mehrere Variablen. Es ist nützlich, die EM-Feldverteilung innenhalb des Koaxialkabels/Steckverbinders zu verstehen, aber die Malsseschleife muss auch als Teil des AusbreitungsMediums betrachtet werden. Es ist in der Regel hilfreich, einen reibungslosen Impedanzübergang von einem AusbreitungsMedium zum underen zu realisieren. Das Verständnis der kapazitiven Reaktanz und der induktiven Reaktanz bei Impedanzkontinuitäten ermöglicht es uns, das Schaltungsverhalten zu verstehen. Wenn eine dreidimensionale ((3D)) EM-Simulbeiion durchgeführt werden kann, kann die Stromdichteverteilung beobachtet werden. Darüber hinaus ist es am am bestenen, die tbeisächliche Situation im Zusammenhang mit dem Strahlungsverlust zu berücksichtigen.

SMA Tuner Anschluss

Although die Boden Schleife zwischen die Signal Sender Verbinder und die PCB kann nicht scheinen zu be a Problem, und die Boden Schleife von die conneczur zu die PCB is sehr kontinuierlich, it is nicht immer die Fall. Dodert is normalerweise a klein Oberfläche Widerstund zwischen die Metall von die conneczur und die PCB. Dort is auch a klein Unterschied in die elektrisch Leitfähigkeit von die Löten Shop dass verbindet die unterschiedlich Teils und die Metall von diese Teile. Bei niedrig RF und Mikrowelle Frequenzen, die Auswirkungen von diese klein Unterschiede is normalerweise klein, aber at höher Frequenzen, die Auswirkungen on Leistung is zull. Die tatsächliche Länge von die Boden zurück Pfad wird Auswirkungen die Übertragung Qualität dass kann be erreicht mit a gegeben conneczur und PCB Kombination.

Als gezeigt in Abbildung 2a, wenn elektromagnetisch Energie is übertragen von die Verbinder Stifte zu die Signal Drähte von die Mikrostreifen PCB, die Boden Schleife zurück zu die Verbinder GehäVerwendung kann be zuo lang für a dick Mikrostreifen Übertragung Linie. Die Verwendung von PCB Materialien mit a höher dielektrisch konstant wird Zunahme die elektrisch Länge von die Boden Schleife, dierevon Verschlimmerung die Problem. Die Erweiterung von die Pfad wird Ursache frequenzabhängig Probleme, die in Drehen wird produzieren lokal Phate Geschwindigkeit und Kapazität Unterschiede. Beide sind verwundt zu die Impedanz in die Transformation Fläche und wird Auswirkungen it, resultierend in a Unterschied in zurück Verlust. Idealerweise, die Länge von die Boden Schleife sollte be minimiert so dass diere is no Impedanz Anomalie in die Signal Injektion Fläche. Bitte Anmerkung dass die Bodening Punkt von die Verbinder gezeigt in Abbildung 2a nur existiert at die unten von die Schaltung, und dies is die schlimmste Fall. Viele RF Steckverbinder haben Boden Stifte on die gleiche Ebene as die Signal. In dies Fall, die Boden Pad is auch Designed on die PCB.

Abbildung 2b zeigt einen geerdeten koplansindn Wellenleiter zum Mikrostreifen-Signaleinspritzkreis. Hier ist der Hauptkörpro der Schaltung ein Mikrostreifen, aber der Signaleinspritzbereich ist ein geerdeter koplansindr Wellenleiter (GCPW). Der koplansind Emissionsmikrostrip ist nützlich, da er Erdschleifen minimiert und auch undere nützliche Eigenschaften aufweist. Wenn Sie einen Stecker mit Massepunkten auf beiden Seiten des Signalkabels verwenden, hat der Massepunkteabstund einen erheblichen Einfluss auf die Leistung. Es wurde gezeigt, dass dieser Abstund den Frequenzgang beeinflusst.

Abbildung 2. Dick Mikrostreifen Übertragung Linie Schaltung und lang Boden zurück Pfad zu die Verbinder (a) Signal Injektion Schaltung von geerdet Coplanar Wellenleiter zu Mikrostreifen (b).

Wann experimentieren mit a Coplanar Wellenleiter zu Mikrostreifen Mikrostreifen basiert on Rogers 10mildick RO4350B Laminat, a Verbinder mit a Coplanar Wellenleiter mit unterschiedlich Boden Abstund aber ähnlich odier Teile war verwendet (see Abbildung 3). Die Erdung Intervall von Verbinder A is über 0.030', und die Bodening Intervall von Verbinder B is 0.064'. In beide Fälle, die Verbinder sendet zu die gleiche Schaltung.

Abbildung 3. Prüfung die Coplanar Wellenleiter zu Mikrostreifen Schaltung Verwendung koaxial Steckverbinder mit ähnlich Ports mit unterschiedlich Boden Intervalle.

Die x-Achse repräsentiert Frequenz, 5 GHz pro Division. Wenn die Mikrowellenfrequenz niedriger ist (< 5=â€'â€'ghz), ist die Leistung äquivalent, aber wenn die Frequenz höher als 15=â€'â€'ghz=â€'s ist, wird die Leistung der Schaltung mit einem größeren ErdungsIntervalll schlechter sein. Der Stecker ist ähnlich, obwohl die Stiftdurchmesser dieser 2="" Modelle etwas unterschiedlich sind, ist der Stiftdurchmesser des Steckers b=" größer und ist für dickere Leiterplatten ausgelegt="">

A einfach und wirksam Signal Injektion Optimierung Methode is zu minimieren die Impedanz Fehlübereinstimmung in die Signal Übertragung Fläche. Die Zunahme in die Impedanz Kurve is im Grunde genommen fällig zu die Zunahme in Induktivität, während die Abnahme in die Impedanz Kurve is fällig zu die Zunahme in Kapazität. Für die dick Mikrostreifen Übertragung Linie gezeigt in Abbildung 2a (assuming dass die dielektrisch konstant von die PCB Material is niedrig, über 3.6), die Draht is breiter-viel breiter als die innen conduczur von die Verbinder. Fälligkeit zu die groß Unterschied in die Größe von die Schaltung Draht und die Verbinder Draht, a strong kapazitiv Mutation tritt auf während die Übergang. Allgemein, die kapazitiv Mutation kann be reduziert von schrittweise Verjüngung die Schaltung Draht zu Reduzieren die Größe Lücke gebildet von die Ort wo it is verbunden zu die Stift von die koaxial Verbinder. Verengung die PCB Draht wird Zunahme seine Induktivität (or Abnahme seine Kapazität, so as zu vonfset die kapazitiv Mutation in die Impedanz Kurve.

Die Auswirkungen auf unterschiedliche Frequenzen müssen berücksichtigt werden. Längere Abstufungslinien werden empfindlicher auf niedrige Frequenzen reagieren. Wenn beispielsweise die Rücklaufdämpfung bei niedrigen Frequenzen schlecht ist und gleichzeitig eine kapazitive Impedanzspitze auftritt, ist es zweckmäßiger, eine längere Gradientenleitung zu verwenden. Umgekehrt wirkt sich eine kürzere Gradientenlinie stärker auf hohe Frequenzen aus.

Bei koplansindn Strukturen erhöht sich die Kapazität, wenn benachbarte Bodenebenen nahe sind. Normalerweise wird die induktive Kapazität des Signaleinspritzbereichs im entsprechenden FrequenzBund durch Einstellen des Intervalls zwischen der schrittweisen Signalleitung und der angrenzenden Masseebene eingestellt. In einigen Fällen sind die benachbarten MassePads des koplanaren Wellenleiters breiter auf einem Abschnitt der Gradientenlinie, um das untere FrequenzBund anzupassen. Dann wird die Tonhöhe im breiteren Teil der Abstufungslinie schmaler, und die Länge des schmaleren Teils ist nicht lang, um das höhere FrequenzBund zu beeinflussen. Im Allgemeinen erhöht die Verengung des Gradienten des Drahtes die Empfindlichkeit. Die Länge der Gradientenlinie beeinflusst den Frequenzgang. Das Ändern der benachbarten MassePads des koplanaren Wellenleiters kann die Kapazität ändern. Der Padabstund kann den Frequenzgang ändern, der eine wichtige Rolle bei der Änderung der Kapazität spielt.

2 Beispiele

Abbildung 4 bietet a einfach Beispiel. Abbildung 4a is a dick Mikrostreifen Übertragung Linie mit lang und schmal konisch Linien. Die Gradient Linie is 0.018’ (0.46 mm) breit und 0.110’ (2.794 mm) lang at die Kante von die Brett, und endlich wird a Linie Breite von 50 Ω mit a Breite von 0.064’ (1.626 mm). In Abbildungs 4b und 4c, die Länge von die Abstufung Linie wird kürzer. Die Terminal Verbinder dass kann be gekräVerwendunglt on site is ausgewählt und is nicht gelötet, so die gleiche inner Leiter is Verwendungd in jede Fall. Die Mikrostreifen Übertragung Linie is 2’ (50.8 mm) lang und is verarbeitet on a 30mil (0.76 mm) dick RO4350B? Mikrowelle Schaltung Laminat mit a dielektrisch konstant von 3.66. In Abbildung 4a, die blau Kurve repräsentiert die Einfügen Verlust ((S21)), die schwankt a Los. In Kontrast, S21 in Abbildung 4c hat die am wenigsten Zahl von Schwankungen. Diese Kurven anzeigen dass die kürzer die Gradient Linie, die höher die Leistung.

Abbildung 4. Die Leistung von drei Mikrostreifen Schaltungs mit unterschiedlich Abstufung Linies; die original Design mit a lang und schmal Abstufung Linie (a), die Länge von die Abstufung Linie is reduziert (b), und die Länge von die Abstufung Linie is furdier reduziert (c).

Die vielleicht anschaulichste Kurve in Abbildung 4 zeigt die Impedanz von Kabeln, Steckern und Schaltungen (grüne Kurve). Der große Vorwärtswellenspitze in Abbildung 4a stellt den Stecker-Port 1 dar, der mit dem Koaxialkabel verbunden ist, und der andere Peak auf der Kurve stellt den Stecker am anderen Ende der Schaltung dar. Die Fluktuation der Impedanzkurve wird durch die Verkürzung der allmählichen Veränderungslinie reduziert. Die Verbesserung der Impedanzanpassung liegt daran, dass die allmähliche Veränderungslinie des Signalinjektionsbereichs breiter und schmaler wird; Die breitere allmähliche Veränderungslinie verringert die Induktivität.

Wir können mehr über die Schaltungsgröße des Einspritzbereichs von einem ausgezeichneten Signal Injection Design 2 erfahren. Dieser Schaltkreis verwendet auch die gleiche Platine und die gleiche Dicke. Ein koplanarer Wellenleiter zur Mikrostreifenschaltung erzeugte durch die Nutzung der Erfahrung von Abbildung 4 einen besseren Effekt als Abbildung 4. Die vonfensichtlichste Verbesserung besteht darin, die induktiven Spitzen in der Impedanzkurve zu beseitigen. Tatsächlich wird dies durch induktive Spitzen und kapazitive Täler verursacht. Verwenden Sie die richtige Steigungslinie, um die induktive Spitze zu minimieren, und verwenden Sie die koplanare Erdungspolsterkupplung im Einspritzbereich, um die Induktivität zu erhöhen. Die Einfügungsverlustkurve von Abb. 5 ist glatter als Abb. 4c, und die Rücklaufverlustkurve wird auch verbessert.

Für Mikrostreifen Schaltungs Verwendung PCB Materialien mit hocher dielektrisch Konstanten or unterschiedlich Dickees or Mikrostreifen Schaltungs Verwendung unterschiedlich Typen von Verbinders, die Ergebnisse von die Beispiel gezeigt in Abbildung 4 are unterschiedlich.

Bemerkungen: Die Signalinjektion ist ein sehr komplexes Problem, das von vielen verschiedenen Fakzuren beeinflusst wird.