Mikrowellen-Technik - Passive Intermodulation der Hochfrequenz-Leiterplattenschaltung

Hochfrequenz-Leiterplatte circuit design engineersalso attach great importance to the parameter of intermodulation distortion (IMD). In passive circuits (such as antennas, cables and connectors), Intermodulationsverzerrungen werden ebenfalls auftreten, das ist, passive intermodulation (PIM). Ganz einfach, PIM verursacht Interferenzen, und die Erzeugung von PIM wird durch die Nichtlinearität in der passiven Schaltung verursacht. Normalerweise besteht das übertragene Signal aus der Grundwelle und ihren harmonischen Komponenten. Wenn zwei oder mehr benachbarte Signale gleichzeitig übertragen werden, Die Nichtlinearität in der Schaltung bewirkt, dass verschiedene Signaloberwellen gemischt werden und zusätzliche Fehlsignale erzeugen. Diese falschen Signale können den Empfang der vom Empfänger benötigten Signale blockieren oder stören.

Unerwünschte PIM-Produkte können durch mehrere Faktoren verursacht werden, einschließlich der Amplitude und Frequenz mehrerer übertragener Signale, der Struktur der Schaltungsübertragungsleitung und der Stromdichte und des Leistungsniveaus in der Anwendung. Wenn mehrere Signale vorhanden sind, werden sie meist durch ihre Grundfrequenzen f1 und f2 beschrieben. Die Frequenz ihres PIM-Signals wird durch die verschiedenen Oberschwingungen des Grundfrequenzsignals erzeugt.

Es kann deutlich gesehen werden, dass die Frequenz des Empfangskanals sehr nah an der Frequenz des Sendekanals liegt, und es ist sehr wahrscheinlich, dass sie von hohen PIM-Produkten beeinflusst wird. Die Amplitude des von PIM erzeugten Signals hängt weitgehend vom Leistungspegel des Originalsignals ab. Gleichzeitig ist zu beachten, dass dieses Beispiel nur zwei Signale und ihre zweite und dritte Oberschwingung zeigt; Wenn es mehr fundamentale Signale und höhere Signalamplituden gibt, sind mehr Oberschwingungen in den Mischprozess involviert, wodurch PIM-Produkte komplexer werden.

Die Auswirkungen von Metallen auf PIM

Die Herstellung von PIM wird in der Regel auf die Qualität von Metall-Metall-Kontakten in drahtlosen Basisstationen und anderen Kommunikationssystemen (wie Koaxial Connector Interfaces) zurückgeführt. Im System, wie die Sendesteckverbinderschnittstelle und andere Teile, aufgrund des schlechten Kontakts der Schaltungsschnittstelle oder der Metall-Metall-Inkonsistenz, die durch Schmutz oder Oxidation auf der Metalloberfläche und andere Formen der Verschmutzung verursacht wird, was zu Nichtlinearität führt. Wenn diese schlecht kontaktierten oder kontaminierten Metall-Metall-Oberflächen mit Spannungen aufgebracht werden und hohe Stromdichten haben, wird ihre Nichtlinearität PIM-Produkte in der Schaltung produzieren.

Umfangreiche Untersuchungen zu Schaltungsmaterialien haben gezeigt, dass PIM eher durch die Schaltung, Baugruppe oder Systemkonstruktion verursacht wird, als durch die Eigenschaften des Schaltungsmaterials selbst, wie dielektrische Konstante und dielektrischer Verlust. Dennoch kann die Wahl eines geeigneten Schaltungsmaterials dazu beitragen, den PIM-Pegel niedrig zu halten, und der Schlüssel zur Reduzierung von PIM ist die Metalloberfläche im Design. Eine Leiterplatte mit einer glatten Kupferfolienoberfläche mit einer Kupfer-dielektrischen Schnittstelle weist einen geringeren PIM auf als eine Leiterplatte mit einer rauen Kupferfolienoberfläche. Aufgrund dieser Materialcharakteristik können Designer, die eine Leiterplattenantenne (PCB) mit niedrigem PIM suchen, ein Schaltungslaminat mit minimaler Kupferoberflächenrauhigkeit an der Kupfer-dielektrischen Substratsoberfläche wählen.

Wählen Sie RO4534™ Leiterplatte von Rogers Leiterplattenband einige PIM-Experimente durchzuführen. Ro4350B ist ein Low-PIM, Antennenebene, Hochfrequenzschaltungslaminat, mit einem niedrigen Verlustfaktor von 0.0027 bei 10GHz, und ein Dk-Wert von 3.4±0.08. Um die Rolle von Schaltungsmaterialien in der Hochfrequenz-PIM-Leistung zu erforschen, Drei verschiedene Arten von Mikrostreifenschaltungen wurden auf demselben RO4534™ Schaltungslaminat entworfen, um zu vergleichen, wie sich der Unterschied in der Schaltungsstruktur auf demselben Material auf die PIM-Leistung auswirkt.

Diese drei Arten von Schaltungen sind Mikrostreifen-Übertragungsleitungen, Edge-Coupled Band-Pass-Filter (BPF) und Stufenimpedanz-Tiefpass-Filter (LPF). Die Stromdichte der drei Schaltkreise ist unterschiedlich, und die PIM-Leistung ist auch unterschiedlich. Die Microstrip-Übertragungsleitung mit einer minimalen Stromdichte von 4,5 A/m hat den niedrigsten PIM von -157 dBc. BPF hat eine hohe Stromdichte von 23 A/m in seinem Kantenkupplungsteil, und die PIM-Leistung der drei Schaltungen ist die schlechteste bei -128 dBc. Zwischen den beiden liegt die PIM-Leistung des LPF (12 A/m), dessen Stromdichte zwischen der Mikrostreifen-Übertragungsleitung und dem BPF fällt, ebenfalls zwischen den beiden anderen Schaltungen, bei -143 dBc.

Ein solcher großer Unterschied in der PIM-Leistung von Schaltungen, die aus dem gleichen Satz von Leiterplattenmaterialien hergestellt werden, zeigt, dass die Schaltung die Ursache für den Unterschied in PIM ist, nicht das Material. Die Differenz in der Schaltungsstruktur hat die Differenz in der Stromdichte und den Einfluss auf die Linearität der Schaltung verursacht, was zu der Differenz in der PIM-Leistung führt. Beispielsweise hat die einfachste Schaltung – eine Microstrip-Übertragungsleitung – die niedrigste Stromdichte und die beste PIM-Leistung. Grundsätzlich hat eine Schaltung, die lineare Eigenschaften erreichen kann, eine ausgezeichnete PIM-Leistung, genauso wie eine Schaltungsstruktur mit geringerer Linearität schlechtere PIM-Leistung hat, selbst wenn dasselbe Schaltungsmaterial verwendet wird.

Obwohl PIM kein grundlegendes Attribut von Schaltungsmaterialien ist, erforscht und analysiert Rogers Corp. seit geraumer Zeit (17 Jahre) die PIM-Leistung von Schaltungsmaterialien auf Antennenebene. Während dieses Zeitraums kann eine große Anzahl von Testergebnisdatenbanken uns helfen, die auf diesen Materialien hergestellten Schaltungen und die Materialien selbst tief zu verstehen, und uns helfen, die Auswirkungen dieser Materialien und die Signalleistung und Stromdichte auf die Leistung von PCB-PIMs besser zu verstehen, wodurch unsere Kunden niedrige PIM-PCB-Antennen und andere passive Schaltungsdesigns entwickeln können. wie Filter. Daher können Rogersâ€$antennentaugliche Materialien, wie RO4534™ Laminate, konsistente und vorhersehbare PIM-Leistung in einem Breitbandfrequenzbereich bieten, was das Design einer Vielzahl von Schaltungsstrukturen mit höchster Linearität ermöglicht.

Haben Sie Fragen zu Hochfrequenz-Leiterplatte Schaltungsdesign oder -verarbeitung? Die Experten von ipcb company helfen Ihnen gerne weiter.