Mikrowellen-Technik - Prinzip und Anwendung der HF-Leiterplatte

Was ist HF-Leiterplatte? HF-Leiterplatten sind Leiterplatten für Hochfrequenzschaltungen (HF). HF-Leiterplatten bestehen normalerweise aus isolierten Substraten, leitfähigen Schichten, Pads, Durchkontaktierungen usw. Die Design- und Fertigungsanforderungen unterscheiden sich von denen gewöhnlicher Leiterplatten. Seine Design- und Fertigungsanforderungen unterscheiden sich von denen gewöhnlicher Leiterplatten und müssen die besonderen Eigenschaften von HF-Signalen berücksichtigen.

Hochfrequenz wird als HF bezeichnet, Hochfrequenz ist die Hochfrequenz Stromplatte, es ist eine Art Hochfrequenz Wechselstrom elektromagnetische Wellenabkürzung. Wechselstrom, der sich weniger als 1000-mal pro Sekunde ändert, wird Niederfrequenzstrom genannt, und dieser größer als 1000-mal wird Hochfrequenzstrom genannt, und Hochfrequenz ist ein solcher Hochfrequenzstrom.

HF-Schaltung bezieht sich auf die Schaltung, die die elektromagnetische Wellenlänge des Signals in der gleichen Größenordnung wie die Größe der Schaltung oder des Geräts verarbeitet. Zu diesem Zeitpunkt muss die Schaltung aufgrund der Beziehung zwischen der Größe des Geräts und der Größe des Drahtes durch die Theorie der verteilten Parameter behandelt werden. Diese Art von Schaltung kann als HF-Schaltung angesehen werden, und es gibt keine strenge Anforderung an seine Frequenz. Zum Beispiel muss die Fernübertragungs-AC-Übertragungsleitung (50 oder 60 Hz) manchmal durch HF-Theorie behandelt werden.

Prinzip und Entwicklung der HF-Leiterplatte

Das wichtigste Anwendungsgebiet der HF-Schaltung ist die drahtlose Kommunikation. Abbildung A ist das Blockdiagramm eines typischen drahtlosen Kommunikationssystems. Im Folgenden wird dieses System als Beispiel genommen, um die Rolle der HF-Schaltung im gesamten drahtlosen Kommunikationssystem zu analysieren.

Abbildung A: Blockdiagramm des typischen HF-Systems

Dies ist ein Systemmodell des drahtlosen Kommunikationssenders, der Senderschaltung, Empfängerschaltung und Kommunikationsantenne umfasst. Dieser Transceiver kann in der persönlichen Kommunikation und im drahtlosen lokalen Netzwerk verwendet werden. In diesem System besteht der digitale Verarbeitungsteil hauptsächlich darin, das digitale Signal, einschließlich Abtastung, Kompression, Codierung usw., und dann durch den A-D-Konverter in analoge Form in analoge Signalschaltungseinheit zu verarbeiten.

Die analoge Signalschaltung ist in zwei Teile unterteilt: den Sendeteil und den Empfangsteil.

Die Hauptfunktion des Sendeteils ist: Der niederfrequente Analogsignalausgang von der D-A-Umwandlung und der Hochfrequenzträger, der vom lokalen Oszillator bereitgestellt wird, werden durch den Mischer in Hochfrequenzmodulationssignale umgewandelt, und die Hochfrequenzsignale werden durch die Antenne in den Raum ausgestrahlt. Die Hauptfunktion des Empfangsteils ist: das Raumstrahlungssignal wird durch die Antenne mit dem Empfangskreis gekoppelt, das empfangene schwache Signal wird durch den rauscharmen Verstärker verstärkt, und das lokale Schwingungssignal wird durch den Mischer in das Signal umgewandelt, das die IF-Signalkomponente enthält. Die Funktion des Filters besteht darin, das nützliche If-Signal herauszufiltern, dann den A-und D-Konverter einzugeben, um es in digitales Signal umzuwandeln, und dann das digitale Verarbeitungsteil zur Verarbeitung einzugeben.

Als nächstes werden die Zusammensetzung und Eigenschaften einer allgemeinen HF-Schaltung für den Low Noise Verstärker (LNA) im Blockdiagramm von Abbildung a diskutiert.

Abbildung B zeigt das rf-Leiterplattendiagramm dieses Verstärkers und nimmt tga4506-sm der Firma TriQuint als Beispiel. Beachten Sie, dass das Eingangssignal in das Verstärkermodul über ein abgestimmtes Filternetzwerk eingegeben wird.Im Allgemeinen wird die gemeinsame Emitterstruktur des Transistors im Verstärkermodul verwendet, und seine Eingangsimpedanz muss mit der Ausgangsimpedanz des Filters vor dem rauscharmen Verstärker übereinstimmen, um die beste Übertragungsleistung und den minimalen Reflexionskoeffizienten sicherzustellen. Diese Abstimmung ist für den Entwurf von HF-Schaltungen notwendig. Darüber hinaus muss die Ausgangsimpedanz des LNA mit der Eingangsimpedanz des Mischers am hinteren Ende übereinstimmen, was sicherstellen kann, dass das Ausgangssignal des Verstärkers vollständig und ohne Reflexion in den Mischer eingegeben werden kann. Diese übereinstimmenden Netzwerke bestehen aus Mikrostreifenleitungen und manchmal unabhängigen passiven Geräten. Ihre elektrischen Eigenschaften bei hohen Frequenzen unterscheiden sich jedoch deutlich von denen bei niedrigen Frequenzen. Es kann auch von der Abbildung gesehen werden, dass die Microstrip-Linie tatsächlich ein kupferplattierter Streifen mit einer bestimmten Länge und Breite ist, und die Microstrip-Linie ist mit Blattwiderstand, Kondensator und Induktivität verbunden.

Abbildung B tga4506-sm PCB Layout

In der Theorie der Elektronik,wenn der Strom durch den Leiter fließt, wird das Magnetfeld um den Leiter gebildet; Wenn der Wechselstrom durch den Leiter fließt, wird das elektromagnetische Wechselfeld um den Leiter gebildet, der elektromagnetische Welle genannt wird.

Wenn die Frequenz der elektromagnetischen Welle niedriger als 100kHz ist, wird die elektromagnetische Welle von der Oberfläche absorbiert und kann keine effektive Übertragung bilden. Wenn jedoch die Frequenz der elektromagnetischen Welle höher als 100kHz ist, kann sich die elektromagnetische Welle in der Luft ausbreiten und durch die Ionosphäre am äußeren Rand der Atmosphäre reflektieren, um eine Fernübertragungsfähigkeit zu bilden. Wir nennen die hochfrequente elektromagnetische Welle mit Fernübertragungsfähigkeit als Hochfrequenz. Hochfrequenzschaltung besteht im Wesentlichen aus passiven Komponenten, aktiven Komponenten und passiven Netzwerken. Die Frequenzeigenschaften von Komponenten, die in Hochfrequenzschaltung verwendet werden, unterscheiden sich von denen in Niederfrequenzschaltung. Passive lineare Komponenten in Hochfrequenzschaltung sind hauptsächlich Widerstand (Kondensator), Kondensator (Kondensator) und Induktor (Kondensator).

Im Bereich der elektronischen Technologie unterscheiden sich die Eigenschaften der HF-Leiterplatte von gewöhnlicher Niederfrequenz-Leiterplatte. Der Hauptgrund ist, dass sich die Eigenschaften der Schaltung unter Hochfrequenzbedingungen von denen unter Niederfrequenzbedingungen unterscheiden, so dass wir die Theorie der Hochfrequenzschaltung verwenden müssen, um das Arbeitsprinzip der Hochfrequenzschaltung zu verstehen. Bei hoher Frequenz haben Streumkapazität und Streuminduktivität großen Einfluss auf die Schaltung. Streudinduktivität liegt in der Leiterverbindung und der inneren Selbstinduktivität des Bauteils selbst vor. Zwischen Leitern der Schaltung und zwischen Komponenten und Masse besteht eine Streumkapazität. In der Niederfrequenzschaltung haben diese Streuparameter wenig Einfluss auf die Leistung der Schaltung. Mit der Zunahme der Frequenz wird der Einfluss von Streuparametern immer ernster. In den frühen VHF-Band-TV-Empfängern ist der Einfluss der Streumkapazität so groß, dass es nicht mehr notwendig ist, zusätzliche Kondensatoren hinzuzufügen.

Darüber hinaus gibt es Hauteffekt in HF-Schaltung. Im Gegensatz zu Gleichstrom fließt der Strom durch den gesamten Leiter unter Gleichstrom-Bedingung, während er auf der Leiteroberfläche mit hoher Frequenz fließt. Infolgedessen ist der hochfrequente Wechselstromwiderstand größer als der Gleichstromwiderstand.

Ein weiteres Problem in der Hochfrequenz-Leiterplatte ist die Wirkung elektromagnetischer Strahlung. Wenn die Frequenz zunimmt, wird die Schaltung zu einem Radiator, wenn die Wellenlänge mit der Schaltungsgröße 12 vergleichbar ist. Zu dieser Zeit wird es verschiedene Kopplungseffekte zwischen Schaltungen, zwischen Schaltungen und externer Umgebung geben, was zu vielen Interferenzproblemen führt. Diese Probleme sind bei niedrigen Frequenzen oft irrelevant.

Mit der Entwicklung der Kommunikationstechnologie steigt die Häufigkeit der Kommunikationsgeräte von Tag zu Tag. Hochfrequenzschaltungen (RF) und Mikrowellen (MW) sind in Kommunikationssystemen weit verbreitet. Der Konstruktion von Hochfrequenzschaltungen wurde von der Industrie besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Neue Halbleiterbauelemente machen digitale Hochgeschwindigkeitssysteme und analoge Hochfrequenzsysteme weiter expandieren. Die Trägerfrequenz des Mikrowellen-Hochfrequenz-Identifikationssystems (RFID) ist 915MHz und 2450MHz; Die Trägerfrequenz des globalen Ortungssystems (GPS) ist 1227.60mhz und 1575.42MHz; Die HF-Schaltung im persönlichen Kommunikationssystem arbeitet bei 1.9GHz und kann in das persönliche Kommunikationsterminal mit kleinerer Größe integriert werden; 4GHz Uplink ist in C-Band Satellitenübertragungs-Kommunikationssystem Kommunikationslink und 6GHz Downlink Kommunikationslink enthalten. Normalerweise liegt die Betriebsfrequenz dieser Schaltungen über 1GHz, und mit der Entwicklung der Kommunikationstechnologie wird dieser Trend fortgesetzt. Es braucht jedoch nicht nur spezielle Geräte und Geräte, sondern auch theoretisches Wissen und praktische Erfahrung, die nicht in DC- und Niederfrequenzschaltungen eingesetzt werden.

Die Rolle der RF PCB Line Board:

1.Signalleitung:

In Hochfrequenzschaltungen haben Signale oft einen hohen Frequenzbereich, von Hunderten von Kilohertz ausgedehnt bis zu zehn Gigahertz und sogar ein höheres Frequenzband. HF-Leiterplatte für diese Hochfrequenzsignale zum Aufbau eines stabilen Übertragungskanals. Es kann sicherstellen, dass das Signal in allen Arten von elektronischen Komponenten eine effiziente und verlustarme Übertragung erreicht, die Signaldämpfung und Verzerrung effektiv reduziert. Zum Beispiel ist im drahtlosen Kommunikationssystem HF-Leiterplatte für die schwachen HF-Signale verantwortlich, die von der Antenne an HF-Verstärker, Filter und andere Komponenten für die nachfolgende Verarbeitung erfasst werden, und sendet dann die verarbeiteten Signale auf die nächste Ebene der Schaltung, um die Funktion des Empfangs und der Übertragung von Signalen zu erreichen.

2.Impedanzanpassung:

In HF-Schaltungen nimmt die Impedanzanpassung eine wichtige Position ein. Da verschiedene elektronische Komponenten und Schaltungsmodule unterschiedliche Eingangs- und Ausgangsimpedanzwerte haben, muss die Impedanzanpassung mit Hilfe des HF-Leiterplattendesigns durchgeführt werden, um eine maximale Leistungsübertragung zu erreichen und die Signalreflexion zu minimieren. HF-Leiterplatten können durch die Dimensionsparameter der Leitung (wie Breite, Dicke, Abstand, etc.) und die Verwendung von speziellen Impedanzanpassungskomponenten, wie Mikrostreifenleitungen, Kopplern usw., eingestellt werden, um verschiedene Impedanzen zwischen der Anpassung zu erreichen. Zum Beispiel muss am Ausgangsanschluss eines HF-Leistungsverstärkers die Ausgangsimpedanz an die Eingangsimpedanz der Antenne angepasst werden, um die Leistungsübertragungseffizienz zu verbessern.

3.Elektromagnetischer Schutz:

Angesichts der hohen Frequenz von HF-Signalen ist es leicht, unter externen elektromagnetischen Störungen zu leiden. HF-Leiterplatten können durch die Verwendung von Abschirmung, Erdungsdesign und anderen Strategien verwendet werden, um die externen elektromagnetischen Störungen auf die negativen Auswirkungen von HF-Schaltungen zu schwächen. Abschirmungsschicht kann eine effektive Barriererolle spielen, die externe elektromagnetische Strahlung isolieren, um HF-Signalleckage zu vermeiden und so die Störschutzleistung von HF-Schaltungen zu verbessern. Darüber hinaus hilft ein hochwertiges Erdungsdesign, das Erdungspotenzialrauschen der HF-Schaltung zu reduzieren, was wiederum die Qualität des Signals verbessert.

4.Circuit Integration:

HF-Leiterplatte kann mehrere HF-elektronische Komponenten auf einer einzigen Platine integrieren, um Miniaturisierung und Integration von HF-Schaltungen zu erreichen. Durch ein vernünftiges Layout und Design, der HF-Verstärker. Filtern. Mischer. Oszillator und andere Komponenten, die in eine HF-Leiterplatte integriert sind, reduzieren die Größe und das Gewicht der Schaltung, verbessern die Zuverlässigkeit und Stabilität des Systems. Zum Beispiel in Smartphones und anderen mobilen Geräten integrieren HF-Leiterplatten mehrere HF-Module zusammen, um drahtlose Kommunikation zu erreichen. Bluetooth, GPS und andere Funktionen.