Tecnología de microondas - Principios y aplicaciones de las placas de circuito de radiofrecuencia

¿¿ qué es una placa de circuito de radiofrecuencia? La placa de circuito impreso de radiofrecuencia es una placa de circuito impreso dedicada a circuitos de radiofrecuencia (radiofrecuencia). Los PCB de radiofrecuencia suelen estar compuestos por sustratos aislantes, capas conductoras, almohadillas, agujeros, etc. Los requisitos de diseño y fabricación son diferentes de los de los PCB ordinarios. Sus requisitos de diseño y fabricación son diferentes de los de los PCB ordinarios, y es necesario considerar las características especiales de la señal rf.

La radiofrecuencia se llama radiofrecuencia, y la radiofrecuencia es una placa de corriente de radiofrecuencia, que es una abreviatura de ondas electromagnéticas de ca de alta frecuencia. La corriente alterna que cambia menos de 1000 veces por segundo se llama corriente de baja frecuencia, y la corriente de alta frecuencia que cambia más de 1000 veces se llama corriente de alta frecuencia, y la radiofrecuencia es esta corriente de alta frecuencia.

Los circuitos RF se refieren a los circuitos que procesan la longitud de onda electromagnética de la señal en el mismo orden de magnitud que el tamaño del circuito o equipo. En este momento, debido a la relación entre el tamaño del dispositivo y el tamaño del cable, el circuito debe ser tratado con la teoría de parámetros de distribución. Este circuito puede considerarse un circuito de radiofrecuencia y no tiene requisitos estrictos para su frecuencia. Por ejemplo, las líneas de transmisión de CA (50 o 60 hz) transmitidas a larga distancia a veces deben tratarse con la teoría de la radiofrecuencia.

Principios y desarrollo de placas de circuito de radiofrecuencia

El campo de aplicación más importante de los circuitos de radiofrecuencia es la comunicación inalámbrica. La figura a es un diagrama de bloques de un sistema de comunicación inalámbrica típico. A continuación, tomemos este sistema como ejemplo para analizar el papel de los circuitos de radiofrecuencia en todo el sistema de comunicación inalámbrica.

Figura a: diagrama de bloques de un sistema típico de radiofrecuencia

Se trata de un modelo de sistema de un transceptor de comunicación inalámbrica, que incluye un circuito transmisor, un circuito receptor y una antena de comunicación. El transceptor está disponible para comunicaciones personales y redes inalámbricas. en este sistema, la parte de procesamiento digital consiste principalmente en procesar señales digitales, incluyendo muestreo, compresión, codificación, etc., y luego convertir el formato analógico en una unidad de circuito de señales analógicas a través de un convertidor A / D.

El circuito de señal analógica se divide en dos partes: la parte de transmisión y la parte de recepción.

Las principales funciones de la parte emisora son: la señal analógica de baja frecuencia emitida por la conversión D - A y el portador de alta frecuencia proporcionado por el Oscilador local se convierten en señal de modulación de radiofrecuencia a través de la conversión de frecuencia ascendente del mezclador, y la señal de radiofrecuencia se irradia al espacio a través de la antena. La función principal de la parte receptora es que la señal de radiación espacial se acopla al circuito receptor a través de una antena, la señal débil recibida se amplifica por un amplificador de bajo ruido, y la señal local se convierte en una señal que contiene componentes de señal de frecuencia intermedia a través de un mezclador. La función del filtro es filtrar la señal if útil, luego introducir el convertidor A / D para convertirla en señal digital, y luego entrar en la Sección de procesamiento digital para procesarla.

A continuación, la composición y las características del Circuito de radiofrecuencia universal del amplificador de bajo ruido (lna) se discutirán en el diagrama de bloques de la figura A.

La figura B muestra el diagrama de la placa de circuito de radiofrecuencia del amplificador, tomando como ejemplo el tga4506 SM de triquint. Tenga en cuenta que la señal de entrada se introduce en el módulo amplificador a través de una red de filtros emparejada. en general, el módulo amplificador adopta una estructura de emisor común de un transistor y su resistencia de entrada debe coincidir con la resistencia de salida del filtro frente al amplificador de bajo ruido para garantizar una potencia de transmisión óptima y Un coeficiente de reflexión mínimo. Esta coincidencia es necesaria para el diseño de circuitos de radiofrecuencia. Además, la resistencia de salida del LNA debe coincidir con la resistencia de entrada del mezclador trasero para garantizar que la señal de salida del amplificador pueda ingresar al mezclador completamente sin reflexión. Estas redes de emparejamiento están compuestas por líneas de MICROSTRIP y dispositivos pasivos a veces independientes. Sin embargo, sus características eléctricas en alta frecuencia son muy diferentes de las de baja frecuencia. También se puede ver en la imagen que la línea de MICROSTRIP es en realidad una banda cubierta de cobre con cierta longitud y anchura, y la línea de MICROSTRIP está conectada a resistencias de chip, condensadores e inductores.

Figura B diseño de PCB SM tga4506

En la teoría electrónica, cuando la corriente fluye a través del conductor, se forma un campo magnético alrededor del conductor; Cuando la corriente alterna pasa por el conductor, se forma un campo electromagnético alternativo alrededor del conductor, conocido como ondas electromagnéticas.

Cuando la frecuencia de las ondas electromagnéticas es inferior a 100 khz, las ondas electromagnéticas se absorberán por la superficie y no pueden formar una transmisión efectiva. Sin embargo, cuando la frecuencia de las ondas electromagnéticas es superior a 100 khz, las ondas electromagnéticas pueden propagarse en el aire y reflejarse a través de la ionosfera en el borde exterior de la atmósfera, formando una capacidad de transmisión a distancia. Llamamos a las ondas electromagnéticas de alta frecuencia con capacidad de transmisión de larga distancia radiofrecuencia. El circuito de alta frecuencia se compone principalmente de componentes pasivos, componentes activos y redes pasivas. Las características de frecuencia de los componentes utilizados en los circuitos de alta frecuencia son diferentes de las de los circuitos de baja frecuencia. Los componentes lineales pasivos en circuitos de alta frecuencia son principalmente resistencias (condensadores), condensadores (condensadores) e inductores (condensadores).

En el campo de la tecnología electrónica, las características de los PCB de radiofrecuencia son diferentes de las de las placas de circuito de baja frecuencia ordinarias. La razón principal es que las características del Circuito en condiciones de alta frecuencia son diferentes de las características en condiciones de baja frecuencia, por lo que necesitamos utilizar la teoría del Circuito de radiofrecuencia para entender el principio de funcionamiento del Circuito de radiofrecuencia. A alta frecuencia, los condensadores dispersos y los inductores dispersos tienen un gran impacto en el circuito. La inducción dispersa está presente en la conexión del conductor y la autoinducción interna del propio componente. Hay condensadores dispersos entre los conductores del circuito y entre los componentes y el suelo. En los circuitos de baja frecuencia, estos parámetros dispersos tienen poco impacto en el rendimiento del circuito. Con el aumento de la frecuencia, la influencia de los parámetros dispersos es cada vez más grave. En los primeros receptores de televisión de banda vhf, el efecto de los condensadores misceláneos era tan grande que ya no era necesario agregar condensadores adicionales.

Además, hay un efecto cutáneo en el circuito de radiofrecuencia. A diferencia de la corriente continua, la corriente fluye a través de todo el conductor en condiciones de corriente continua y a través de la superficie del conductor en alta frecuencia. Como resultado, la resistencia de ca de alta frecuencia es mayor que la resistencia de DC.

Otro problema de las placas de circuito de alta frecuencia es el efecto de la radiación electromagnética. Con el aumento de la frecuencia, cuando la longitud de onda es comparable al tamaño del circuito 12, el circuito se convierte en un emisor. En este momento, habrá varios efectos de acoplamiento entre circuitos y entre circuitos y entornos externos, lo que dará lugar a muchos problemas de interferencia. Estos problemas tienden a ser irrelevantes a baja frecuencia.

Con el desarrollo de la tecnología de la comunicación, la frecuencia de los equipos de comunicación está aumentando día a día. Los circuitos de radiofrecuencia (rf) y microondas (mw) son ampliamente utilizados en sistemas de comunicación. El diseño de circuitos de alta frecuencia siempre ha recibido una atención especial de la industria. Los nuevos dispositivos semiconductores permiten la expansión continua de sistemas digitales de alta velocidad y sistemas analógicos de alta frecuencia. Las frecuencias portadoras del sistema de identificación por radiofrecuencia de microondas (rfid) son de 915 MHz y 2450 mhz; Las frecuencias portadoras del sistema de posicionamiento global (gps) son de 1227,60 MHz y 1575,42 mhz; El circuito de radiofrecuencia en el sistema de comunicación personal funciona en 1,9 GHz y se puede integrar en terminales de comunicación personal más pequeñas; Los enlaces de comunicación del sistema de comunicación de radiodifusión por satélite de banda C incluyen enlaces ascendentes de 4 GHz y enlaces de comunicación de enlace descendente de 6 ghz. Por lo general, estos circuitos funcionan con una frecuencia superior a 1 GHz y esta tendencia continuará con el desarrollo de las tecnologías de comunicación. Sin embargo, no solo requiere equipos y dispositivos especiales, sino también conocimientos teóricos y experiencia práctica que no se utilizan en circuitos de corriente continua y baja frecuencia.

El papel de la placa de circuito de PCB de radiofrecuencia:

1. transmisión de señales:

En los circuitos de radiofrecuencia, las señales suelen tener un rango de alta frecuencia que se extiende desde cientos de gigahertz a bandas de decenas de gigahertz o incluso más. El tablero de PCB de radiofrecuencia establece un canal de transmisión estable para estas señales de alta frecuencia. Puede garantizar que la señal se transmita de manera eficiente y baja pérdida en varios componentes electrónicos, reduciendo efectivamente la atenuación y distorsión de la señal. En un sistema de comunicación inalámbrica, por ejemplo, el PCB de radiofrecuencia es responsable de transmitir la señal de radiofrecuencia débil capturada por la antena a un amplificador de radiofrecuencia, filtro y otros componentes para el procesamiento posterior, y luego enviar la señal procesada al circuito siguiente nivel, logrando así la función de recibir y enviar la señal.

2. adaptación de la resistencia:

En los circuitos de radiofrecuencia, la adaptación de resistencia ocupa una posición importante. Dado que varios componentes electrónicos y módulos de circuito tienen diferentes valores de resistencia de entrada y salida, para lograr la máxima transmisión de potencia y minimizar la reflexión de la señal, la adaptación de la resistencia debe realizarse con la ayuda del diseño de la placa de circuito impreso de radiofrecuencia. La placa de circuito PCB de radiofrecuencia puede lograr la adaptación entre diferentes impedancias ajustando los parámetros de tamaño de la línea (como ancho, espesor, distancia, etc.) y utilizando elementos adaptativos de Resistencia especiales, como líneas de microstrip, acopladores, etc. Por ejemplo, en el puerto de salida del amplificador de Potencia rf, la resistencia de salida debe adaptarse a la resistencia de entrada de la antena para mejorar la eficiencia de transmisión de potencia.

3. protección electromagnética:

Debido a la alta frecuencia de las señales de radiofrecuencia, son vulnerables a interferencias electromagnéticas externas. Las placas de circuito de PCB de radiofrecuencia pueden debilitar los efectos adversos de las interferencias electromagnéticas externas en los circuitos de radiofrecuencia mediante el uso de estrategias como el blindaje y el diseño de tierra. La capa de blindaje puede desempeñar un papel efectivo de bloqueo, aislar la radiación electromagnética externa y evitar fugas de señal de radiofrecuencia, mejorando así el rendimiento antiinterferencia del Circuito de radiofrecuencia. Además, un diseño de puesta a tierra de alta calidad ayuda a reducir el ruido del potencial de puesta a tierra de los circuitos de radiofrecuencia, mejorando así la calidad de la señal.

4. integración de circuitos:

Los PCB de radiofrecuencia pueden integrar múltiples componentes electrónicos de radiofrecuencia en una sola placa para lograr la miniaturización e integración de circuitos de radiofrecuencia. A través de un diseño y diseño razonables, se realiza el amplificador de radiofrecuencia. Filtros. Mezcladora. Los Osciladores y otros componentes están integrados en placas de circuito de PCB de radiofrecuencia, lo que reduce el tamaño y el peso del circuito y mejora la fiabilidad y estabilidad del sistema. Por ejemplo, en teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles, las placas de circuito de PCB de radiofrecuencia integran múltiples módulos de radiofrecuencia para lograr la comunicación inalámbrica. Bluetooth, GPS y otras funciones.