無線周波数回路基板とは?無線周波数プリント基板は、無線周波数(RF)回路専用のプリント基板である。RF PCBは通常、絶縁基板、導電層、パッド、スルーホールなどから構成される。設計と製造の要件は通常のPCBとは異なります。その設計と製造の要求は通常のPCBとは異なり、RF信号の特殊な特性を考慮する必要がある。
無線周波数はRFと略称され、無線周波数は無線周波数電流板であり、高周波交流電磁波の略である。1秒間に1000回未満変化する交流は低周波電流、1000回以上の交流は高周波電流と呼ばれ、無線周波はこのような高周波電流である。
RF回路とは、信号の電磁波長を回路や装置と同じ大きさの数段で処理する回路を指す。この場合、デバイスサイズとワイヤサイズとの関係で、回路は分布パラメータ理論で処理する必要がある。この回路は無線周波数回路と見なすことができ、その周波数に厳しい要求はない。例えば、長距離伝送の交流伝送路(50または60 Hz)は、無線周波数理論で処理する必要がある場合がある。
無線周波数回路基板の原理と発展
無線周波数回路の最も重要な応用分野は無線通信である。【図A】典型的な無線通信システムのブロック図である。次に、このシステムを例に、無線通信システム全体における無線周波数回路の役割を分析する。
図A:典型的な無線周波数システムブロック図
これは、送信機回路、受信機回路、および通信アンテナを含む無線通信トランシーバのシステムモデルである。トランシーバは個人通信や無線ローカルエリアネットワークに使用できます。このシステムでは、デジタル処理部は主にサンプリング、圧縮、符号化などのデジタル信号を処理し、A/D変換器を介してアナログ形式をアナログ信号回路ユニットに変換します。
アナログ信号回路は、送信部と受信部の2つの部分に分かれている。
送信部の主な機能は、D−A変換出力の低周波アナログ信号と局部発振器が提供する高周波搬送波をミキサを介して無線周波数変調信号にアップコンバートし、無線周波信号をアンテナを介して空間に放射することである。受信部の主な機能は、空間放射信号がアンテナを介して受信回路に結合され、受信された弱信号が低雑音増幅器で増幅され、ローカル信号がミキサを介して中間周波信号成分を含む信号にダウンコンバートされることである。フィルタの機能は、有用なif信号をフィルタリングし、A/D変換器に入力してデジタル信号に変換し、デジタル処理部に処理することです。
次に、図aのブロック図において、低雑音増幅器(LNA)の汎用RF回路の構成と特性について説明する。
図Bは、TriQuint社のtga 4506 smを例にした増幅器の無線周波数回路基板図を示している。入力信号は整合したフィルタネットワークを介して増幅器モジュールに入力されることに注意してください。通常、増幅器モジュールはトランジスタのコモンエミッタ構造を採用しており、その入力インピーダンスは低ノイズ増幅器前のフィルタの出力インピーダンスと整合して、最適な送信電力と最小の反射係数を確保しなければなりません。この整合はRF回路設計に必要である。さらに、LNAの出力インピーダンスは、増幅器の出力信号がミキサに完全に反射せずに入力できるようにするために、バックエンドミキサの入力インピーダンスと一致しなければならない。これらの整合ネットワークは、マイクロストリップワイヤと、時には独立した受動デバイスから構成されている。しかし、それらの高周波での電気特性は低周波での電気特性とは大きく異なる。図からも分かるように、マイクロストリップ線は実際には一定の長さと幅を持つ銅被覆帯であり、マイクロストリップ線はシート抵抗器、コンデンサ、インダクタンスに接続されている。
図B tga 4506 sm PCBレイアウト
エレクトロニクス理論では、電流が導体を流れると、導体の周囲に磁場が形成される、交流が導体を通過すると、導体の周囲に交流電磁場が形成され、電磁波と呼ばれる。
電磁波の周波数が100 kHz未満の場合、電磁波は表面に吸収され、有効な伝送を形成することができない。しかし、電磁波の周波数が100 kHzより高い場合、電磁波は空気中を伝播し、大気外縁の電離層を介して反射し、長距離伝送能力を形成することができる。長距離伝送能力を有する高周波電磁波を無線周波数と呼ぶ。高周波回路は主に受動素子、能動素子、受動ネットワークから構成される。高周波回路に用いられる素子の周波数特性は、低周波回路における素子とは異なる。高周波回路における受動線形素子は、主に抵抗(容量)、容量(容量)及びインダクタンス(容量)である。
電子技術の分野では、RF pcbの特性は通常の低周波回路基板とは異なる。主な原因は高周波条件下の回路の特性が低周波条件下の特性と異なるため、無線周波回路の理論を利用して無線周波回路の動作原理を理解する必要がある。高周波では、浮遊容量と浮遊インダクタンスは回路に大きな影響を与える。ハイブリッドインダクタンスは、導体接続およびアセンブリ自体の内部自己インダクタンスに存在する。回路導体間及びモジュールとグランドとの間には浮遊容量が存在する。低周波回路では、これらの分散パラメータが回路の性能に与える影響は小さい。周波数が増加するにつれて、分散パラメータの影響はますます深刻になってきた。初期のVHF周波数帯テレビ受信機では、追加のキャパシタを追加する必要がなくなるほど、浮遊キャパシタの影響は大きかった。
また、無線周波数回路には表皮効果が存在する。直流電気とは異なり、直流条件下では導体全体に電流が流れ、高周波では導体表面に電流が流れる。その結果、高周波交流抵抗は直流抵抗よりも大きい。
高周波回路基板の別の問題は、電磁放射の影響である。周波数が増加するにつれて、波長が回路サイズ12に相当すると、回路は放射器になる。このとき、回路間、回路と外部環境との間に様々な結合効果が現れ、多くの干渉問題を引き起こす。これらの問題は低周波数では重要ではないことが多い。
通信技術の発展に伴い、通信装置の周波数はますます増加している。無線周波数(RF)及びマイクロ波(MW)回路は通信システムに広く応用されている。高周波回路の設計は業界で特に注目されてきた。新型半導体装置は高速デジタルシステムと高周波アナログシステムを拡張している。マイクロ波無線周波数識別システム(RFID)の搬送周波数は915 MHzと2450 MHzであり、全地球測位システム(GPS)の搬送周波数は1227.60 mhzと1575.42 MHzである。個人通信システムにおける無線周波数回路は1.9 GHzで動作し、より小型の個人通信端末に集積することができる、C周波数帯衛星放送通信システムの通信リンクは、4 GHzアップリンクと6 GHzダウンリンク通信リンクを含む。通常、これらの回路の動作周波数は1 GHz以上であり、通信技術の発展に伴い、この傾向は続くだろう。しかし、特別な装置や装置だけでなく、直流や低周波回路では使用されていない理論的知識や実践的経験も必要です。
RF PCB回路基板の役割:
1.信号伝導:
無線周波数回路では、信号は通常、数百キロヘルツから数十ギガヘルツ以上の周波数帯域まで高周波範囲を有する。RF PCBボードは、これらの高周波信号のための安定した伝送路を確立する。それは信号が各種電子部品の中で高効率、低損失の伝送を実現することを保証することができて、効果的に信号減衰と歪みを減らすことができます。例えば、無線通信システムでは、RF PCBは、アンテナによって捕捉された微弱なRF信号をRF増幅器、フィルタ、および他のコンポーネントに送信して後続の処理を行い、その後処理された信号を次のレベルの回路に送信して、信号を受信および送信する機能を実現する責任を負う。
2.インピーダンス適応:
無線周波数回路では、インピーダンス適応が重要な地位を占めている。様々な電子部品と回路モジュールが異なる入出力インピーダンス値を持つことを考慮して、最大の電力伝送を実現し、信号反射を最大限に低減するためには、RF PCB回路基板設計の助けを得てインピーダンス適応を実現しなければならない。RF PCB回路基板は、幅、厚さ、ピッチなどの線路の寸法パラメータを調整し、マイクロストリップ線、カプラなどの特殊なインピーダンス適応素子を使用することにより、異なるインピーダンス間の適応を実現することができる。例えば、RF電力増幅器の出力ポートでは、出力インピーダンスは、電力伝送効率を高めるためにアンテナの入力インピーダンスに適応する必要がある。
3.電磁保護:
無線周波数信号は周波数が高いため、外部電磁干渉を受けやすい。RF PCB回路基板は、シールド、接地設計などのポリシーを使用することにより、外部電磁干渉がRF回路に与える悪影響を弱めることができる。遮蔽層は有効な遮断作用を果たし、外部電磁放射を隔離し、無線周波数信号の漏洩を回避し、それによって無線周波数回路の耐干渉性能を高めることができる。また、高品質の接地設計は、無線周波回路の接地電位ノイズを低減し、信号品質を向上させるのに役立つ。
4.回路集積:
RF PCBは、RF回路の小型化と集積化を実現するために、単一のプレート上に複数のRF電子部品を集積することができる。合理的なレイアウトと設計により、無線周波増幅器を実現した。フィルター。ミキサー。発振器とその他のコンポーネントはRF PCB回路基板に集積され、回路のサイズと重量を減少させ、システムの信頼性と安定性を高めた。例えば、スマートフォンや他のモバイルデバイスでは、RF PCB回路基板は複数のRFモジュールを統合して無線通信を実現する。Bluetooth、GPSなどの機能。