SMA 튜너 무선 주파수 신호를 PCB로 전송하는 방법 및 영향 요인 분석

2021-08-24

Author：Belle

SMA 튜너를 PCB에 연결

고주파 에너지를 동축 커넥터에서 인쇄회로기판(PCB)으로 옮기는 과정을 흔히 신호 주입이라고 하는데 그 특성은 설명하기 어렵다.서로 다른 회로 구조로 인해 에너지 전달의 효율 변화가 매우 크다.PCB 재료 및 두께 및 작동 주파수 범위, 커넥터 설계 및 회로 재료와의 상호 작용 등은 성능에 영향을 미칩니다.서로 다른 신호 주입 설정에 대한 이해와 무선 주파수와 마이크로파 신호 주입 방법의 일부 최적화 사례에 대한 회고를 통해 성능을 향상시킬 수 있다.

효과적인 신호 주입을 실현하는 것은 설계와 관련이 있다.일반적으로 광대역 최적화는 좁은 대역보다 더 까다롭습니다.일반적으로 주파수가 증가함에 따라 고주파 주입은 더욱 어려워지고 회로 재료의 두께가 증가하고 회로 구조의 복잡성이 증가함에 따라 더 많은 문제를 가질 수 있다.

1: 신호 주입 설계 및 최적화

동축 케이블 및 커넥터에서 마이크로밴드 PCB로의 신호 주입은 그림 1과 같습니다.동축 케이블과 커넥터를 통한 전자기장 분포는 원통형이고 PCB의 전자기장 분포는 편평하거나 직사각형이다.한 전파 매체에서 다른 전파 매체에 이르기까지 장소의 분포는 새로운 환경에 적응하기 위해 변화하여 이상을 초래할 것이다.이러한 변화는 동축 케이블과 커넥터에서 마이크로밴드, 접지공면파도(GCPW) 또는 밴드선으로 신호 주입이 이루어지는지 여부와 같은 매체의 유형에 따라 달라집니다.동축 케이블 커넥터의 유형도 중요합니다.

그림 1.동축 케이블과 커넥터에서 마이크로밴드로의 신호 주입.

최적화에는 여러 변수가 포함됩니다.동축 케이블/커넥터 내의 EM 필드 분포를 이해하는 것은 유용하지만 접지 회로도 전파 매체의 일부로 간주되어야 합니다.일반적으로 하나의 전파 매체에서 다른 전파 매체로의 부드러운 임피던스 변환을 실현하는 것이 도움이 된다.임피던스가 연속되지 않는 곳의 임피던스와 임피던스를 이해하면 회로 동작을 이해할 수 있습니다.3차원(3D) EM 시뮬레이션을 수행할 수 있는 경우 전류 밀도 분포를 관찰할 수 있습니다.또한 방사능 손실과 관련된 실제 상황도 고려하는 것이 좋다.

SMA 튜너 연결

신호 송신기 커넥터와 PCB 사이의 접지 회로가 문제가 아닌 것 같고 커넥터에서 PCB까지의 접지 루프가 매우 연속적이지만 항상 그렇지는 않습니다.커넥터의 금속과 PCB 사이에는 일반적으로 표면 저항이 작습니다.용접 작업장에서 서로 다른 부품과 이들 부품을 연결하는 금속의 전도성도 작은 차이가 있다.낮은 무선 주파수와 마이크로파 주파수에서는 이러한 작은 차이의 영향은 일반적으로 작지만 높은 주파수에서는 성능에 큰 영향을 미칩니다.접지 회로의 실제 길이는 주어진 커넥터와 PCB 조합이 도달할 수 있는 전송 품질에 영향을 줄 수 있습니다.

그림 2a와 같이 전자기가 커넥터 핀에서 마이크로밴드 PCB의 신호선으로 이동할 때 두꺼운 마이크로밴드 전송선의 경우 커넥터 케이스로 돌아가는 접지 회로가 너무 길 수 있습니다.개전 상수가 높은 PCB 소재를 사용하면 접지 회로의 전기 길이가 증가하여 문제가 심화됩니다.경로의 확장은 주파수와 관련된 문제를 초래하게 되는데 이는 거꾸로 국부적인 위상속도와 용량차를 산생하게 된다.둘 다 변환 영역의 임피던스와 관련이 있으며 그에 영향을 미쳐 반향 손실의 차이를 초래합니다.이상적인 상황에서 접지 회로의 길이는 최소화해야 신호 주입 구역에 임피던스 이상이 존재하지 않도록 해야 한다.그림 2a에서 볼 수 있는 커넥터의 접점은 회로의 하단에만 존재하는 최악의 경우입니다.많은 RF 커넥터는 신호와 동일한 레이어에 접지 핀을 가지고 있습니다.이 경우 접지 용접판도 PCB에 설계된다.

그림 2b는 접지 공면이 마이크로밴드 신호 주입 회로로 전도되는 것을 보여준다.여기서 회로의 본체는 마이크로밴드이지만 신호 주입 영역은 접지공면파도 (GCPW) 이다.접지 회로를 최소화하고 다른 유용한 특성을 가지고 있기 때문에 공면 발사 마이크로밴드는 유용합니다.신호선 양쪽에 접지 핀이 있는 커넥터를 사용하면 접지 핀 간격이 성능에 큰 영향을 미칩니다.이 거리는 주파수 응답에 영향을 줍니다.

그림 2:두꺼운 마이크로밴드 전송선 회로와 커넥터로의 긴 접지 귀환 경로 (a) 접지 공면에서 마이크로밴드로의 신호 주입 회로 (b).

실험에서 Rogers–10mil 두께의 RO4350B 레이어 압판을 기반으로 한 공면이 마이크로밴드 마이크로밴드로 전도될 때 서로 다른 접지 간격을 가지지만 다른 부품이 비슷한 공면파도의 커넥터를 사용했다 (그림 3 참조).커넥터 A의 접지 간격은 약 0.030', 커넥터 B의 접지 간격은 0.064'입니다. 이 두 경우 커넥터는 동일한 회로로 전송됩니다.

그림 3.서로 다른 접지 간격을 가진 유사한 포트의 동축 커넥터를 사용하여 미대역 회로로 공통 웨이브를 테스트합니다.

X축은 각 파티션당 5GHz의 주파수를 나타냅니다.마이크로웨이브의 주파수가 낮을 때(<5=ghz) 성능은 비슷하지만, 주파수가 15=★ughz=보다 높을 때는 접지 간격이 큰 회로의 성능이 더 떨어진다.커넥터는 2="" 모델의 핀 지름이 약간 다르지만 커넥터의 핀 지름이 b="" 더 크고 더 두꺼운 PCB="" >

간단하고 효과적인 신호 주입 최적화 방법은 신호 전송 영역의 임피던스 미스매치를 최소화하는 것이다.임피던스 곡선의 증가는 기본적으로 전기 감각의 증가에 기인하며, 임피던스 곡선의 감소는 커패시터의 증가에 기인한다.그림 2a에 표시된 두꺼운 마이크로밴드 전송선 (PCB 재료의 개전 상수가 비교적 낮다고 가정하면 약 3.6) 의 경우 도선이 커넥터의 내부 도체보다 훨씬 넓다.회로 컨덕터와 연결 컨덕터의 크기 차이가 매우 크기 때문에 변환 중에 강한 커패시터 돌연변이가 발생할 수 있습니다.일반적으로 커패시터 돌연변이는 차츰차츰 가늘어지는 회로 컨덕터를 통해 동축 커넥터에 연결된 핀의 위치에서 형성되는 크기 간격을 줄여 줍니다.PCB 컨덕터를 줄이면 전기 감각이 증가하거나 커패시터가 감소하여 임피던스 곡선의 커패시터 돌연변이를 상쇄합니다.

서로 다른 주파수에 대한 영향을 고려해야 한다.긴 그라데이션은 낮은 주파수에 더 민감합니다.예를 들어, 반향 손실이 저주파에서 매우 나쁘고 커패시터 임피던스 피크가 동시에 존재한다면 더 긴 그라데이션을 사용하는 것이 더 적합합니다.반면 짧은 그라데이션은 고주파에 큰 영향을 미친다.

공면 구조의 경우 인접 접지 평면이 가까워지면 커패시터가 증가합니다.일반적으로 그라데이션 신호선과 인접 접지 평면 사이의 간격을 조정하여 해당 주파수 대역에서 신호 주입 영역의 감지 용량을 조정합니다.일부 상황에서 공면파도의 린접접지용접판은 사다리꼴선의 일부분에서 비교적 넓어 비교적 낮은 주파수대역을 조절한다.그런 다음 그라데이션 선의 넓은 부분에서 간격이 좁아지고 좁은 부분의 길이가 길지 않아 높은 대역에 영향을 미칩니다.일반적으로 도선의 경도가 좁아지면 민감도가 증가한다.그라데이션 선의 길이는 주파수 응답에 영향을 줍니다.공면파도를 바꾸는 인접 접지 용접판은 용량을 바꿀 수 있다.용접판 간격은 주파수 응답을 변경할 수 있으며 주파수 응답은 용량의 변화에 중요한 역할을 합니다.

두 가지 예

그림 4는 간단한 예를 제공합니다.그림 4a는 가늘고 긴 원추형 선을 가진 두꺼운 마이크로밴드 전송선이다.판의 가장자리에서 그라데이션 선가중치는 0.018–(0.46mm), 길이는 0.110–(2.794mm)이며 결국 0.064–(1.626mm)의 50섬 선가중치로 바뀝니다.그림 4b와 4c에서는 그라데이션 선의 길이가 짧아집니다.용접이 아닌 필드 압착이 가능한 단자 커넥터를 선택하여 각 상황에서 동일한 내부 컨덕터를 사용합니다.마이크로밴드 전송선 길이 2–(50.8mm), 30mm(0.76mm) 두께의 RO4350B?개전 상수가 3.66인 마이크로파 회로층 압판.그림 4a에서 파란색 곡선은 삽입 손실 (S21) 을 나타내며 그 파동이 매우 크다.이에 비해 그림 4c의 S21은 파동 횟수가 가장 적다.이러한 커브는 그라데이션이 짧을수록 성능이 향상된다는 것을 나타냅니다.

그림 4.세 가지 서로 다른 그라데이션 선의 마이크로밴드 회로의 성능을 연구했습니다.가늘고 긴 세그먼트가 있는 원래 설계 (a), 세그먼트의 길이 (b), 세그먼트의 너비 (c).

아마도 그림 4에서 가장 잘 설명된 커브는 케이블, 커넥터 및 회로의 임피던스 (녹색 커브) 를 보여줍니다.그림 4a의 큰 전방향 웨이브는 동축 케이블에 연결된 커넥터 포트 1을 나타내고 커브의 다른 웨이브는 회로의 다른 쪽 끝에 있는 커넥터를 나타냅니다.그래디언트 선의 단축으로 인해 임피던스 커브의 파동이 감소합니다.임피던스 정합의 개선은 신호 주입 영역의 그라데이션 선이 점점 넓어지기 때문입니다.그래디언트 선이 넓을수록 전기 감각이 작아집니다.

우리는 뛰어난 신호 주입 설계 2에서 주입 영역의 회로 크기에 대해 더 많이 알 수 있습니다.회로도 동일한 보드와 두께를 사용합니다.공면은 마이크로밴드 회로로 전도되어 그림 4를 사용한 경험을 통해 그림 4보다 더 좋은 효과를 냈다.가장 눈에 띄는 개선은 임피던스 커브에서 최대 감전값을 제거하는 것입니다.사실, 이것은 일부 전기 감지 피크와 전기 용량 밸리에 의해 발생합니다.정확한 그라데이션 선을 사용하여 감전 피크를 최소화하고 주입 영역에서 공면 접지 패드 결합을 사용하여 감전을 증가시킵니다.그림 5의 삽입 손실 곡선은 그림 4c보다 더 매끄럽고 회파 손실 곡선도 개선되었다.

그림 4의 예는 유전체 상수가 높거나 두께가 다른 PCB 소재를 사용하는 마이크로밴드 회로 또는 다양한 유형의 커넥터를 사용하는 마이크로밴드 회로의 결과가 다릅니다.

비고: 신호 주입은 매우 복잡한 문제로 많은 다른 요소의 영향을 받는다.