Tecnologia RF - Principio e applicazione del circuito di rf

Che cosa è il circuito stampato RF? I PCB RF sono circuiti stampati dedicati ai circuiti a radiofrequenza (RF). I PCB RF sono solitamente composti da substrati isolati, strati conduttivi, pad, vias, ecc. I requisiti di progettazione e produzione sono diversi da quelli dei PCB ordinari. I suoi requisiti di progettazione e produzione sono diversi da quelli dei PCB ordinari e devono tenere conto delle proprietà speciali dei segnali RF.

La radiofrequenza è indicata come RF, la radiofrequenza è la scheda corrente di radiofrequenza, è un genere di abbreviazione dell'onda elettromagnetica a corrente alternata ad alta frequenza. La corrente alternata che cambia meno di 1000 volte al secondo è chiamata corrente a bassa frequenza, e che più di 1000 volte è chiamata corrente ad alta frequenza, e la radiofrequenza è una corrente ad alta frequenza.

Circuito RF si riferisce al circuito che elabora la lunghezza d'onda elettromagnetica del segnale nello stesso ordine di grandezza della dimensione del circuito o del dispositivo. In questo momento, a causa della relazione tra la dimensione del dispositivo e la dimensione del cavo, il circuito deve essere trattato dalla teoria dei parametri distribuiti. Questo tipo di circuito può essere considerato come circuito RF e non c'è requisito rigoroso sulla sua frequenza. Ad esempio, la linea di trasmissione AC a lunga distanza (50 o 60 Hz) a volte deve essere trattata dalla teoria RF.

Principio e sviluppo del circuito di rf

Il campo di applicazione più importante del circuito RF è la comunicazione wireless. La figura A è il diagramma a blocchi di un tipico sistema di comunicazione wireless. Quanto segue prende questo sistema come esempio per analizzare il ruolo del circuito RF nell'intero sistema di comunicazione wireless.

Figura A: diagramma a blocchi del sistema RF tipico

Questo è un modello di sistema del ricetrasmettitore di comunicazione wireless, che include il circuito del trasmettitore, il circuito del ricevitore e l'antenna di comunicazione. Questo ricetrasmettitore può essere utilizzato nella comunicazione personale e nella rete locale wireless. In questo sistema, la parte di elaborazione digitale è principalmente per elaborare il segnale digitale, compreso il campionamento, la compressione, la codifica, ecc., e poi attraverso il convertitore A / D in forma analogica in unità di circuito del segnale analogico.

Il circuito del segnale analogico è diviso in due parti: la parte trasmittente e la parte ricevente.

La funzione principale della parte trasmittente è: l'uscita del segnale analogico a bassa frequenza dalla conversione D-A e il vettore ad alta frequenza fornito dall'oscillatore locale sono convertiti in segnali di modulazione a radiofrequenza attraverso il mixer e i segnali di radiofrequenza sono irradiati nello spazio attraverso l'antenna. La funzione principale della parte ricevente è: il segnale di radiazione spaziale è accoppiato al circuito ricevente attraverso l'antenna, il segnale debole ricevuto è amplificato dall'amplificatore a basso rumore e il segnale di oscillazione locale è convertito in basso nel segnale contenente la componente del segnale IF attraverso il mixer. La funzione del filtro è quella di filtrare il segnale utile se, quindi inserire il convertitore A / D per convertirlo in segnale digitale e quindi inserire la parte di elaborazione digitale per l'elaborazione.

Successivamente, la composizione e le caratteristiche di un circuito RF generale saranno discusse per l'amplificatore a basso rumore (LNA) nel diagramma a blocchi della figura a.

La figura B mostra il diagramma del circuito rf di questo amplificatore, prendendo come esempio tga4506-sm della società TriQuint. Si noti che il segnale in ingresso è in ingresso al modulo dell'amplificatore attraverso una rete di filtri adattata. In generale, la struttura comune dell'emettitore del transistor è utilizzata nel modulo dell'amplificatore e la sua impedenza di ingresso deve corrispondere all'impedenza di uscita del filtro di fronte all'amplificatore a basso rumore, in modo da garantire la migliore potenza di trasmissione e il coefficiente di riflessione minimo. Questa corrispondenza è necessaria per la progettazione del circuito RF. Inoltre, l'impedenza di uscita del LNA deve corrispondere all'impedenza di ingresso del mixer sul retro, che può garantire che il segnale di uscita dell'amplificatore possa essere inserito nel mixer completamente e senza riflessione. Queste reti corrispondenti sono composte da linee microstrip e talvolta dispositivi passivi indipendenti. Tuttavia, le loro caratteristiche elettriche alle alte frequenze sono molto diverse da quelle alle basse frequenze. Si può anche vedere dalla figura che la linea microstrip è in realtà una striscia rivestita di rame con una certa lunghezza e larghezza e la linea microstrip è collegata con resistenza dello strato, condensatore e induttanza.

Figura B Struttura PCB tga4506-sm

Nella teoria dell'elettronica, quando la corrente scorre attraverso il conduttore, il campo magnetico sarà formato intorno al conduttore; Quando la corrente alternata passa attraverso il conduttore, il campo elettromagnetico alternato sarà formato intorno al conduttore, che è chiamato onda elettromagnetica.

Quando la frequenza dell'onda elettromagnetica è inferiore a 100kHz, l'onda elettromagnetica sarà assorbita dalla superficie e non può formare una trasmissione efficace. Tuttavia, quando la frequenza dell'onda elettromagnetica è superiore a 100kHz, l'onda elettromagnetica può diffondersi nell'aria e riflettere attraverso la ionosfera al bordo esterno dell'atmosfera per formare una capacità di trasmissione a lunga distanza. Chiamiamo l'onda elettromagnetica ad alta frequenza con capacità di trasmissione a lunga distanza come radiofrequenza. Il circuito ad alta frequenza è fondamentalmente composto da componenti passivi, componenti attivi e reti passive. Le caratteristiche di frequenza dei componenti utilizzati nel circuito ad alta frequenza sono diverse da quelle nel circuito a bassa frequenza. I componenti lineari passivi nel circuito ad alta frequenza sono principalmente resistore (condensatore), condensatore (condensatore) e induttore (condensatore).

Nel campo della tecnologia elettronica, le caratteristiche del pcb RF sono diverse dal circuito stampato ordinario a bassa frequenza. La ragione principale è che le caratteristiche del circuito in condizioni di alta frequenza sono diverse da quelle in condizioni di bassa frequenza, quindi dobbiamo utilizzare la teoria del circuito di radiofrequenza per comprendere il principio di funzionamento del circuito di radiofrequenza. Ad alta frequenza, capacità randagi e induttanza randagi hanno grande influenza sul circuito. L'induttanza vaga esiste nella connessione del conduttore e nell'induttanza interna del componente stesso. La capacità residua esiste tra i conduttori del circuito e tra i componenti e la terra. Nel circuito a bassa frequenza, questi parametri randagi hanno poco effetto sulle prestazioni del circuito. Con l'aumento della frequenza, l'influenza dei parametri randagi è sempre più grave. Nei primi ricevitori VHF Band TV,l'influenza della capacità vagante è così grande che non è più necessario aggiungere condensatori aggiuntivi.

Inoltre, c'è effetto della pelle nel circuito RF. A differenza della corrente continua, la corrente scorre attraverso l'intero conduttore in condizioni di CC, mentre scorre sulla superficie del conduttore ad alta frequenza. Di conseguenza, la resistenza AC ad alta frequenza è maggiore della resistenza DC.

Un altro problema nel circuito stampato ad alta frequenza è l'effetto della radiazione elettromagnetica. Man mano che la frequenza aumenta, il circuito diventa un radiatore quando la lunghezza d'onda è paragonabile alla dimensione del circuito 12. In questo momento, ci saranno vari effetti di accoppiamento tra circuiti, tra circuiti e ambiente esterno, che porta a molti problemi di interferenza. Questi problemi sono spesso irrilevanti alle basse frequenze.

Con lo sviluppo della tecnologia di comunicazione, la frequenza delle apparecchiature di comunicazione sta aumentando giorno dopo giorno. I circuiti di radiofrequenza (RF) e microonde (MW) sono ampiamente utilizzati nei sistemi di comunicazione. La progettazione di circuiti ad alta frequenza è stata prestata particolare attenzione dall'industria. I nuovi dispositivi a semiconduttore fanno sì che i sistemi digitali ad alta velocità e i sistemi analogici ad alta frequenza continuino ad espandersi. La frequenza portante del sistema di identificazione a radiofrequenza a microonde (RFID) è 915MHz e 2450MHz; la frequenza portante del sistema di posizionamento globale (GPS) è 1227.60mhz e 1575.42MHz; il circuito RF nel sistema di comunicazione personale funziona a 1.9GHz e può essere integrato nel terminale di comunicazione personale con dimensioni più piccole; 4GHz uplink è incluso nel sistema di comunicazione di trasmissione satellitare a banda C Link di comunicazione e 6GHz Link di comunicazione downlink. Di solito, la frequenza operativa di questi circuiti è superiore a 1GHz e con lo sviluppo della tecnologia di comunicazione, questa tendenza continuerà. Tuttavia, ha bisogno non solo di attrezzature e dispositivi speciali, ma anche di conoscenze teoriche e di esperienza pratica che non sono utilizzati nei circuiti DC e bassa frequenza.

Il ruolo della scheda di linea PCB RF:

1. Conduzione del segnale:

Nei circuiti a radiofrequenza, i segnali hanno spesso un'alta gamma di frequenze, da centinaia di kilohertz estesi a decine di gigahertz e bande di frequenza ancora più elevate. Scheda PCB RF per questi segnali ad alta frequenza per costruire un canale di trasmissione stabile. Può garantire che il segnale in tutti i tipi di componenti elettronici per raggiungere la trasmissione efficiente e a bassa perdita, riducendo efficacemente l'attenuazione e la distorsione del segnale. Ad esempio, nel sistema di comunicazione wireless, il PCB RF è responsabile dei segnali RF deboli catturati dall'antenna agli amplificatori RF, ai filtri e ad altri componenti per l'elaborazione successiva e quindi invia i segnali elaborati al livello successivo di circuiti, in modo da raggiungere la funzione di ricezione e trasmissione dei segnali.

2.Adattamento dell'impedenza:

Nei circuiti RF, l'adattamento dell'impedenza occupa una posizione importante. Dato che vari componenti elettronici e moduli di circuito hanno diversi valori di impedenza in ingresso e in uscita, al fine di ottenere il massimo trasferimento di potenza e ridurre al minimo la riflessione del segnale, l'adattamento dell'impedenza deve essere realizzato con l'aiuto della progettazione del circuito stampato RF. I circuiti stampati RF PCB possono essere regolati attraverso i parametri dimensionali della linea (come larghezza, spessore, spaziatura, ecc.) e l'uso di componenti speciali di adattamento dell'impedenza, quali linee microstrip, accoppiatori, ecc., per ottenere impedenze diverse tra l'adattamento. Ad esempio, alla porta di uscita di un amplificatore di potenza RF, l'impedenza di uscita deve essere adattata all'impedenza di ingresso dell'antenna per migliorare l'efficienza di trasmissione di potenza.

3.Protezione elettromagnetica:

Data l'alta frequenza dei segnali RF, è facile soffrire di interferenze elettromagnetiche esterne. I circuiti stampati RF PCB possono essere utilizzati attraverso l'uso di schermatura, progettazione di messa a terra e altre strategie per indebolire l'interferenza elettromagnetica esterna sugli effetti negativi dei circuiti RF. Lo strato di schermatura può svolgere un ruolo efficace della barriera, isolare la radiazione elettromagnetica esterna, per evitare perdite di segnale RF, migliorando così la prestazione anti-interferenza dei circuiti RF. Inoltre, la progettazione di messa a terra di alta qualità aiuta a ridurre il rumore potenziale di terra del circuito RF, che a sua volta migliora la qualità del segnale.

4.Integrazione del circuito:

RF PCB può integrare più componenti elettronici RF su una singola scheda per ottenere miniaturizzazione e integrazione dei circuiti RF. Attraverso un layout e una progettazione ragionevoli, l'amplificatore RF. Filtro. Mixer. Oscillatore e altri componenti integrati in un circuito stampato RF PCB, riducono le dimensioni e il peso del circuito, migliorano l'affidabilità e la stabilità del sistema. Ad esempio, negli smartphone e in altri dispositivi mobili, i circuiti stampati RF PCB integrano più moduli RF insieme per raggiungere la comunicazione wireless. Bluetooth, GPS e altre funzioni.