Tecnologia RF - Interodulazione passiva del circuito PCB ad alta frequenza

I motori di progettazione di circuiti PCB ad alta frequenza attribuiscono inoltre grande importanza al parametro di distorsione di intermodulazione (IMD). Nei circuiti passivi (come antenne, cavi e connettori), esisterà anche una distorsione di intermodulazione, cioè l'intermodulazione passiva (PIM). Molto semplicemente, PIM causerà interferenze e la generazione di PIM è causata dalla non linearità nel circuito passivo. Solitamente il segnale trasmesso è composto dall'onda fondamentale e dalle sue componenti armoniche. Quando due o più segnali adiacenti vengono trasmessi contemporaneamente, la non linearità nel circuito causerà la mescolanza di armoniche di segnale diverse e genererà ulteriori segnali falsi. Questi segnali falsi possono bloccare o interferire con la ricezione dei segnali richiesti dal ricevitore.

I prodotti indesiderati PIM possono essere causati da diversi fattori, tra cui l'ampiezza e la frequenza dei segnali multipli trasmessi, la struttura della linea di trasmissione del circuito e la densità di corrente e il livello di potenza nell'applicazione. Quando ci sono segnali multipli, di solito sono descritti dalle loro frequenze fondamentali f1 e f2. La frequenza del loro segnale PIM è generata dalle diverse armoniche del segnale di frequenza fondamentale.

Si può chiaramente vedere che la frequenza del canale di ricezione è molto vicina alla frequenza del canale di trasmissione ed è molto probabile che sia influenzata da prodotti PIM elevati. L'ampiezza del segnale prodotto dal PIM dipende in gran parte dal livello di potenza del segnale originale. Allo stesso tempo, va notato che questo esempio mostra solo due segnali e la loro seconda e terza armonica; Se ci sono più segnali fondamentali e maggiori ampiezze del segnale, più armoniche sono coinvolte nel processo di miscelazione, con conseguente che i prodotti PIM diventeranno più complessi.

L'impatto dei metalli sul PIM

La produzione di PIM è solitamente attribuita alla qualità dei contatti metallo-metallo nelle stazioni base wireless e in altri sistemi di comunicazione (come le interfacce dei connettori coassiali). Nel sistema, come l'interfaccia del connettore del trasmettitore e altre parti, a causa dello scarso contatto dell'interfaccia del circuito, o l'incoerenza metallo-metallo causata da sporcizia o ossidazione sulla superficie del metallo e altre forme di inquinamento, con conseguente non linearità. Quando queste superfici metallo-metallo scarsamente contattate o contaminate vengono applicate con tensioni e hanno alte densità di corrente, la loro non linearità produrrà prodotti PIM nel circuito.

Un'ampia ricerca sui materiali del circuito ha dimostrato che il PIM è causato più dal circuito, dall'assemblaggio o dalla progettazione del sistema, piuttosto che dalle proprietà del materiale del circuito stesso, come la costante dielettrica e la perdita dielettrica. Tuttavia, la scelta di un materiale di circuito appropriato può aiutare a mantenere il livello PIM basso e la chiave per ridurre PIM è la superficie metallica nel design. Un circuito stampato con una superficie liscia del foglio di rame con un'interfaccia rame-dielettrica mostrerà PIM inferiore a un circuito stampato con una superficie ruvida del foglio di rame. A causa di questa caratteristica del materiale, i progettisti che cercano un'antenna a circuito stampato (PCB) con basso PIM possono scegliere un laminato di circuito con rugosità superficiale minima in rame all'interfaccia del substrato rame-dielettrico.

Selezionare il circuito RO4534™ da Rogers PCB baord per condurre alcuni esperimenti PIM. Ro4350B è un laminato a basso PIM, livello di antenna, circuito ad alta frequenza, con un basso fattore di perdita di 0.0027 a 10GHz e un valore Dk di 3.4±0.08. Al fine di esplorare il ruolo dei materiali del circuito nelle prestazioni PIM ad alta frequenza, tre diversi tipi di circuiti microstrip sono stati progettati sullo stesso circuito laminato RO4534™ per confrontare come la differenza nella struttura del circuito sullo stesso materiale influisce sulle prestazioni PIM.

Questi tre tipi di circuiti sono linee di trasmissione microtrip, filtri passa banda accoppiati (BPF) e filtri passa-bassa impedenza (LPF). La densità di corrente dei tre circuiti è diversa e anche le prestazioni PIM sono diverse. La linea di trasmissione microtrip con una densità di corrente minima di 4,5 A/m ha il PIM più basso di -157 dBc. BPF ha un'alta densità di corrente di 23 A/m nella sua parte di accoppiamento bordo, e le prestazioni PIM dei tre circuiti sono le peggiori a -128 dBc. Tra i due, la prestazione PIM dell'LPF (12 A/m) la cui densità di corrente cade tra la linea di trasmissione microtrip e il BPF è anche tra gli altri due circuiti, a -143 dBc.

Una tale differenza enorme nelle prestazioni PIM dei circuiti realizzati con lo stesso set di materiali del circuito mostra che il circuito è la causa della differenza in PIM, non il materiale. La differenza nella struttura del circuito ha causato la differenza nella densità di corrente e l'influenza sulla linearità del circuito, con conseguente differenza nelle prestazioni PIM. Ad esempio, il circuito più semplice, una linea di trasmissione microtrip, ha la densità di corrente più bassa e le migliori prestazioni PIM. Essenzialmente, un circuito che può raggiungere caratteristiche lineari ha eccellenti prestazioni PIM, così come una struttura del circuito con linearità inferiore avrà prestazioni PIM peggiori, anche se viene utilizzato lo stesso materiale del circuito.

Anche se il PIM non è un attributo di base dei materiali del circuito, Rogers Corp. ha studiato e analizzato le prestazioni PIM dei materiali del circuito a livello di antenna per parecchio tempo (17 anni). Durante questo periodo, un gran numero di database dei risultati dei test può aiutarci a comprendere profondamente i circuiti fabbricati su questi materiali e i materiali stessi e aiutarci a comprendere meglio gli effetti di questi materiali e la potenza del segnale e la densità di corrente sulle prestazioni dei PIM PCB, aiutando così i nostri clienti a sviluppare antenne PCB a basso PIM e altri progetti di circuiti passivi, come filtri. Pertanto, i materiali Rogers €€™, come i laminati RO4534™ possono fornire prestazioni PIM coerenti e prevedibili in una gamma di frequenze a banda larga, consentendo la progettazione di una varietà di strutture di circuito con la massima linearità.

Hai domande sulla progettazione o l'elaborazione di circuiti PCB ad alta frequenza? Gli esperti della società ipcb possono fornire un aiuto pertinente.