Technique RF - Principes et applications du circuit imprimé RF

Qu'est - ce qu'un circuit imprimé RF? Une carte de circuit imprimé radiofréquence est une carte de circuit imprimé dédiée aux circuits radiofréquences (RF). Les PCB RF sont généralement constitués d'un substrat isolant, d'une couche conductrice, de Plots, de Vias, etc. Les exigences de conception et de fabrication sont différentes de celles des PCB ordinaires. Ses exigences de conception et de fabrication sont différentes de celles des PCB ordinaires et nécessitent la prise en compte des caractéristiques particulières du Signal RF.

RF est l'abréviation de RF, RF est la plaque de courant RF, c'est l'abréviation d'une onde électromagnétique alternative à haute fréquence. Un courant alternatif qui varie moins de 1000 fois par seconde est appelé courant basse fréquence et plus de 1000 fois est appelé courant haute fréquence, alors qu'une radiofréquence est un courant haute fréquence comme celui - ci.

Un circuit RF est un circuit qui traite les longueurs d'onde électromagnétiques d'un signal du même ordre de grandeur que les dimensions d'un circuit ou d'un dispositif. À ce stade, le circuit doit être traité avec la théorie des paramètres de distribution en raison de la relation entre la taille du dispositif et la taille du fil. Un tel circuit peut être considéré comme un circuit radiofréquence, sans exigence stricte quant à sa fréquence. Par example, une ligne de transmission alternative (50 ou 60 Hz) émettant sur de longues distances doit parfois être traitée par la théorie des radiofréquences.

Principe et développement des cartes RF

Le domaine d'application le plus important des circuits RF est celui des communications sans fil. La figure A est un schéma bloc d'un système de communication sans fil typique. Le rôle du circuit radiofréquence dans l'ensemble du système de communication sans fil est analysé ci - après en prenant l'exemple de ce système.

Figure A: schéma bloc d'un système RF typique

Il s ` agit d ` un modèle de système d ` émetteur - récepteur de communication sans fil qui comprend un circuit émetteur, un circuit récepteur et une antenne de communication. Cet émetteur - récepteur peut être utilisé aussi bien pour les communications personnelles que pour les réseaux locaux sans fil. Dans ce système, la partie traitement numérique consiste principalement à traiter le signal numérique, y compris l'échantillonnage, la compression, le codage, etc., puis à convertir la forme analogique en une unité de circuit de signal analogique au moyen d'un convertisseur A / n.

Le circuit de signal analogique est divisé en deux parties: une partie émission et une partie réception.

Les fonctions principales de la partie émission sont les suivantes: le signal analogique basse fréquence issu de la conversion D - A et la porteuse haute fréquence fournie par l'oscillateur local sont transformés en un signal modulé radiofréquence par l'intermédiaire d'un mélangeur, le signal radiofréquence étant rayonné dans l'espace par l'intermédiaire d'une antenne. Les fonctions principales de la partie réception sont les suivantes: le signal de rayonnement spatial est couplé au circuit de réception par l'intermédiaire d'une antenne, le signal faible reçu est amplifié par un amplificateur à faible bruit et le signal de vibration locale est transformé en un signal contenant les composantes du signal à fréquence intermédiaire par l'intermédiaire d'un mélangeur. La fonction du filtre est de filtrer le signal si utile, puis d'entrer dans le convertisseur A / N pour le convertir en un signal numérique, puis d'entrer dans la Section de traitement numérique pour le traitement.

La composition et les caractéristiques du circuit RF universel de l'amplificateur à faible bruit (LNA) seront ensuite discutées dans le schéma bloc de la figure A.

La figure B montre le schéma de la carte RF de cet amplificateur, en prenant comme example le tga4506 SM de la société triquint. On notera que le signal d'entrée est introduit dans le module amplificateur par l'intermédiaire d'un réseau de filtrage adapté; en général, le module amplificateur adopte une structure de co - émetteur de transistors dont l'impédance d'entrée doit être adaptée à l'impédance de sortie du filtre devant l'amplificateur à faible bruit pour assurer une puissance de Transmission optimale et un coefficient de réflexion minimal. Cette adaptation est nécessaire pour la conception du circuit RF. De plus, l'impédance de sortie du LNA doit être adaptée à l'impédance d'entrée du mélangeur arrière pour que le signal de sortie de l'amplificateur puisse entrer dans le mélangeur sans réflexion. Ces réseaux d'adaptation sont constitués de lignes microruban et de dispositifs passifs parfois indépendants. Cependant, leurs caractéristiques électriques aux hautes fréquences sont très différentes de celles des basses fréquences. On voit également sur la figure qu'une ligne microruban est en fait une bande recouverte de cuivre d'une certaine longueur et d'une certaine largeur, la ligne microruban étant reliée à une résistance en forme de lame, à un condensateur et à une inductance.

Figure B tga4506 SM mise en page PCB

Dans la théorie de l'électronique, un champ magnétique se forme autour d'un conducteur lorsqu'un courant électrique le traverse; Lorsqu'un courant alternatif traverse un conducteur, un champ électromagnétique alternatif, appelé onde électromagnétique, se forme autour du conducteur.

Lorsque la fréquence des ondes électromagnétiques est inférieure à 100 kHz, elles sont absorbées par la surface et ne peuvent former de transmission efficace. Cependant, lorsque la fréquence des ondes électromagnétiques est supérieure à 100 kHz, elles peuvent se propager dans l'air et se refléter à travers l'ionosphère à la périphérie extérieure de l'atmosphère, formant une capacité de transmission à distance croissante. Nous appelons les ondes électromagnétiques à haute fréquence avec la capacité de transmission à longue distance RF. Les circuits haute fréquence sont principalement constitués d'éléments passifs, d'éléments actifs et de réseaux passifs. Les caractéristiques fréquentielles des éléments utilisés dans les circuits haute fréquence sont différentes de celles des éléments utilisés dans les circuits basse fréquence. Les éléments linéaires passifs dans les circuits haute fréquence sont principalement une résistance (capacité), une capacité (capacité) et une inductance (capacité).

Dans le domaine de la technologie électronique, RF PCB a des caractéristiques différentes des cartes de circuit basse fréquence ordinaires. La raison principale est que les caractéristiques du circuit dans les conditions de haute fréquence sont différentes de celles dans les conditions de basse fréquence, nous devons donc utiliser la théorie des circuits RF pour comprendre le fonctionnement des circuits RF. Aux hautes fréquences, la capacité parasite et l'inductance parasite ont une grande influence sur le circuit. Les inductances parasites existent dans les connexions de conducteurs et dans la Self - inductance interne du composant lui - même. Il existe des capacités parasites entre les conducteurs du circuit et entre les composants et la masse. Dans un circuit basse fréquence, ces paramètres parasites ont peu d'impact sur les performances du circuit. À mesure que la fréquence augmente, l'influence des paramètres parasites devient de plus en plus grave. Dans les premiers récepteurs de télévision en bande VHF, l'effet de la capacité parasite était si important qu'il n'était plus nécessaire d'ajouter des condensateurs supplémentaires.

De plus, il existe un effet de chimiotaxie dans le circuit radiofréquence. Contrairement au courant continu, le courant circule à travers tout le conducteur dans des conditions de courant continu et à travers la surface du conducteur à des fréquences élevées. Il en résulte que la résistance AC haute fréquence est supérieure à la résistance DC.

Un autre problème avec les cartes à haute fréquence est l'effet du rayonnement électromagnétique. Au fur et à mesure que la fréquence augmente, le circuit devient un radiateur lorsque la longueur d'onde est comparable à la taille du circuit 12. A ce moment, divers effets de couplage apparaissent entre les circuits, entre les circuits et l'environnement extérieur, ce qui entraîne de nombreux problèmes d'interférence. Ces problèmes sont souvent sans importance à basse fréquence.

Avec le développement des technologies de communication, la fréquence des appareils de communication augmente de plus en plus. Les circuits de radiofréquence (RF) et de micro - ondes (MW) sont largement utilisés dans les systèmes de communication. La conception des circuits haute fréquence a toujours fait l'objet d'une attention particulière de la part de l'industrie. Les nouveaux dispositifs semi - conducteurs permettent une expansion continue des systèmes numériques à haute vitesse et des systèmes analogiques à haute fréquence. Les fréquences porteuses du système d'identification par radiofréquence (RFID) à micro - ondes sont de 915 MHz et 2450 MHz; Les fréquences porteuses du système de positionnement global (GPS) sont 1227,60 MHz et 1575,42 MHz; Le circuit radiofréquence dans le système de communication personnelle fonctionne à 1,9 GHz et peut être intégré dans un terminal de communication personnelle de plus petite taille; La liaison de communication du système de radiocommunication par satellite en bande C comprend une liaison montante de 4 GHz et une liaison descendante de 6 GHz. En général, ces circuits fonctionnent à des fréquences supérieures à 1 GHz et cette tendance se poursuivra avec le développement des technologies de communication. Cependant, il nécessite non seulement des équipements et des dispositifs spéciaux, mais également des connaissances théoriques et une expérience pratique qui ne sont pas utilisées dans les circuits à courant continu et à basse fréquence.

Rôle de RF PCB lineboard:

1. Conduction de signal:

Dans les circuits radiofréquences, les signaux ont généralement une gamme de hautes fréquences qui s'étend de plusieurs centaines de kilohertz à des dizaines de gigahertz, voire plus. La carte PCB RF établit un canal de transmission stable pour ces signaux haute fréquence. Il peut garantir une transmission efficace et à faible perte du signal dans divers composants électroniques, réduisant efficacement l'atténuation et la distorsion du signal. Par example, dans un système de communication sans fil, un PCB RF est chargé de transmettre le signal RF faible capté par l'antenne à des amplificateurs RF, des filtres et d'autres composants pour un traitement ultérieur, puis de transmettre le signal traité au circuit de l'étage suivant, remplissant ainsi les fonctions de réception et d'émission du signal.

2. Adaptation d'impédance:

Dans les circuits radiofréquences, l'adaptation d'impédance occupe une place importante. Étant donné que les différents composants électroniques et modules de circuit ont des valeurs d'impédance d'entrée et de sortie différentes, afin d'obtenir une transmission de puissance maximale et de minimiser la réflexion du signal, l'adaptation d'impédance doit être réalisée à l'aide de la conception de la carte PCB RF. RF PCB board peut permettre l'adaptation entre différentes impédances en ajustant les paramètres dimensionnels de la ligne tels que la largeur, l'épaisseur, l'espacement, etc. et en utilisant des éléments d'adaptation d'impédance spéciaux tels que des lignes microruban, des coupleurs, etc. Par example, sur le port de sortie d'un amplificateur de puissance RF, l'impédance de sortie doit être adaptée à l'impédance d'entrée de l'antenne pour améliorer l'efficacité de la transmission de puissance.

3. Protection électromagnétique:

En raison de la fréquence élevée des signaux RF, il est facile de subir des interférences électromagnétiques externes. RF PCB board peut affaiblir les effets néfastes des interférences électromagnétiques externes sur les circuits RF en utilisant des stratégies telles que le blindage, la conception de la terre, etc. La couche de blindage peut jouer un rôle de barrière efficace, isoler le rayonnement électromagnétique externe et éviter les fuites de signaux RF, améliorant ainsi les performances anti - interférence du circuit RF. En outre, une conception de masse de haute qualité contribue à réduire le bruit de potentiel de masse des circuits RF, ce qui améliore la qualité du signal.

4. Intégration de circuit:

RF PCB peut intégrer plusieurs composants électroniques RF sur une seule carte pour miniaturiser et intégrer les circuits RF. Avec une disposition et une conception raisonnables, un amplificateur RF est réalisé. Le filtre. Le blender. L'oscillateur et d'autres composants sont intégrés à la carte RF PCB, ce qui réduit la taille et le poids du circuit et améliore la fiabilité et la stabilité du système. Par exemple, dans les smartphones et autres appareils mobiles, les cartes PCB RF intègrent plusieurs modules RF ensemble pour permettre la communication sans fil. Bluetooth, GPS, etc.