СВЧ технология - Анализ способа и факторов влияния радиочастотного сигнала от SMA-тюнера на печатную плату

анализ методов и влияния выходного радиочастотного сигналапечатная плата

регулятор SMA подключен PCB

The process of transferring high-frequency energy from a coaxial сцепление to a printed плата цепи(PCB) is usually called signal injection, его характеристики трудно описать. The efficiency of energy transfer varies greatly due to different circuit structures. включать в число факторовпечатная плата material and its thickness and operating frequency range, и дизайн разъема и его взаимодействие с материалами цепи будут влиять на производительность. Through the understanding of different signal injection settings and the review of some optimization cases of RF and microwave signal injection methods, качество можно улучшить.

Achieving effective signal injection is related to design. В общем, wideband optimization is more challenging than narrowband. В общем, high-frequency injection becomes more difficult as the frequency increases, по мере увеличения толщины материала цепи и усложнения конструкции схемы могут возникнуть дополнительные проблемы.

1: инжекционное проектирование и оптимизация сигнала

The signal injection from the coaxial cable and connector to the microstripпечатная плата Как показано на диаграмме 1. The electromagnetic (EM) field distribution through the coaxial cable and the connector is cylindrical, А электромагнитное поле распределенопечатная плата плоский или прямоугольный. From one propagation medium to another, распределение на местах изменится, чтобы приспособиться к новым условиям, resulting in anomalies. изменение зависит от типа диска: например, инжекция сигнала от коаксиального кабеля и соединителя к микрополосе, grounded coplanar waveguide (GCPW), или ленточная линия. The type of coaxial cable connector also plays an important role.

Рисунок 1. инжекция сигналов из коаксиальных кабелей и соединителей в микрополосу.

оптимизация включает несколько переменных. It is useful to understand the EM field distribution within the coaxial cable/connector, but the ground loop must also be considered as part of the propagation medium. преобразование сглаживания импедансов из одного распространителя в другой обычно помогает. Understanding the capacitive reactance and inductive reactance at impedance discontinuities allows us to understand circuit behavior. If three-dimensional (3D) EM simulation can be performed, the current density distribution can be observed. Кроме того, it is best to take into account the actual situation related to radiation loss.

SMA tuner connection

Although the ground loop between the signal transmitter connector and the PCB может не проблема, and the ground loop from the connector to theпечатная плата беспрерывно, it is not always the case. между соединением металл и соединитель обычно имеет небольшое поверхностное сопротивлениепечатная плата. There is also a small difference in the electrical conductivity of the soldering shop that connects the different parts and the metal of these parts. ниже низких радиочастот и микроволн, the impact of these small differences is usually small, Но частота выше, the impact on performance is great. фактическая длина заземленного контура повлияет на качество передачи, которое может быть достигнуто с помощью указанных соединений и соединителейпечатная плата combination.

Как показано на диаграмме 2a, when electromagnetic energy is transferred from the connector pins to the signal wires of the microstripпечатная плата, для более толстых линий передачи на микрополосе контур заземления в корпусе обратной связи может быть слишком длинным. The use of PCB материал с высокой диэлектрической проницаемостью увеличивает электродлину контура заземления, thereby exacerbating the problem. расширение пути приведет к проблемам, связанным с частотой, which in turn will produce local phase velocity and capacitance differences. и то, и другое связаны с сопротивлением зоны конверсии и оказывают на нее влияние, resulting in a difference in return loss. идеальный, the length of the ground loop should be minimized so that there is no impedance anomaly in the signal injection area. обратите внимание, что место соединения соединения, показанное на рисунке 2а, находится только на дне цепи, and this is the worst case. заземляющий зажим и сигнал многих радиочастотных соединений расположены на одном и том же слое. In this case, заземляющий прокладка также спроектирована на землепечатная плата.

Figure 2b shows a grounded coplanar waveguide to microstrip signal injection circuit. здесь, the main body of the circuit is a microstrip, but the signal injection area is a grounded coplanar waveguide (GCPW). The coplanar emission microstrip is useful because it minimizes ground loops and also has other useful characteristics. соединитель с заземленным штырем по обе стороны линии сигнала, the ground pin spacing has a significant impact on performance. доказано, что это расстояние повлияет на частотный отклик.

Figure 2. Thick microstrip transmission line circuit and long ground return path to the connector (a) signal injection circuit from grounded coplanar waveguide to microstrip (b).

при испытании с использованием плоскостного волновода на микрополосу толщиной 10 мм на основе Rogers слоистая плита RO4350B, a connector with a coplanar waveguide with different ground spacing but similar other parts was used (see Диаграмма 3). заземляющий интервал соединения A около 0.030', заземляющий интервал в.064'. В обоих случаях, the connector transmits to the same circuit.

Figure 3. Test the coplanar waveguide to microstrip circuit using coaxial сцепление with similar ports with different ground intervals.

частота представителей оси x, 5 GHz per division. When the microwave frequency is lower (< 5= ghz), the performance is equivalent, Но если частота выше 15, Чем больше заземляется интервал, тем хуже характеристики цепи. The connector is similar, Несмотря на то, что эти два = "" модель имеет несколько иной диаметр штифта, the pin diameter of the connector b="" is larger and is designed for thicker pcb="">

A simple and effective signal injection optimization method is to minimize the impedance mismatch in the signal transmitting area. увеличение кривых сопротивлений в основном обусловлено увеличением индуктивности, while the decrease in the impedance curve is due to the increase in capacitance. For the thick microstrip transmission line shown in Figure 2a (assuming that the dielectric constant of the PCB material is low, около трёх.6), провод гораздо шире внутреннего проводника соединителя. Due to the large difference in the size of the circuit wire and the connector wire, в процессе трансформации происходит сильная емкостная мутация. Generally, емкостная мутация может быть уменьшена за счет уменьшения габаритного зазора, образуемого при соединении с выводом коаксиального соединителя, путем постепенного изменения проводов тонкой цепи.. сузить диапазонпечатная плата wire will increase its inductance (or decrease its capacitance, изменение емкости в кривой сопротивления.

The impact on different frequencies must be considered. более длинная асимптотическая линия будет более чувствительной к низкой частоте. например, if the return loss is poor at low frequencies and there is a capacitive impedance spike at the same time, использовать более длинную асимптотическую линию. Conversely, более короткие градиентные линии оказывают большое влияние на высокие частоты.

For coplanar structures, емкость увеличивается при приближении соседних пластов. Usually, индуктивная емкость зоны инжекции путем регулирования интервала между линией асимптотического сигнала и прилегающей породой. In some cases, прилегающая прокладка в плоскостном волноводе шире на участке градиента для регулирования нижних частот. потом, the pitch becomes narrower in the wider part of the gradation line, и длину более узкой части меньше, не влияет на более высокую частоту. Generally speaking, сужение градиента провода повысит чувствительность. The length of the gradient line affects the frequency response. смежная заземляющая прокладка с переходом на копланарный волновод может изменить емкость. The pad spacing can change the frequency response, играть главную роль в изменении емкости.

2 examples

Figure 4 provides a simple example. рисунок 4а представляет собой тонкую полосную линию передачи с конической линией малого удлинения. градиентная линия 0.018™ (0.46 mm) wide and 0.110™ (2.794 mm) long at the edge of the board, and finally becomes a line width of 50 Ω with a width of 0.064™ (1.626 mm). На диаграммах 4b и 4c, уменьшение длины линии. Выберите зажим, который можно прижать на месте и который не сварен, so the same inner conductor is used in each case. The microstrip transmission line is 2™ (50.8 mm) long and is processed on a 30mil (0.76 mm) thick RO4350B? слоистая пластина СВЧ с диэлектрической проницаемостью 3.66. In Figure 4a, the blue curve represents the insertion loss (S21), Большое колебание. In contrast, наименьшее число колебаний S21 в диаграмме 4c. These curves show that the shorter the gradient line, Чем выше качество.

Figure 4. The performance of three microstrip circuits with different gradation lines; the original design with a long and narrow gradation line (a), the length of the gradation line is reduced (b), and the length of the gradation line is further reduced (c).

Возможно, наиболее показательная кривая на рис. 4 показывает сопротивление кабеля, connectors, and circuits (green curve). на рис. 4а большой передний гребень волны, указывающий на соединение с коаксиальным кабелем порт соединителя 1, and the other peak on the curve represents the connector at the other end of the circuit. уменьшение колебания на кривой сопротивлений. Улучшение согласования импедансов вызвано тем, что асимптотическая линия зоны инжекции сигнала становится все более шириной и узкой; Более широкая асимптотическая линия снижает индуктивность.

Мы можем узнать больше о размерах схемы в зоне инжекции из отличного проектирования подачи сигналов. схема также использует ту же панель и ту же толщину. используя опыт, накопленный на рис. 4, сопоставлять волновод с микросхемой на микрополосе дает лучшие результаты, чем рис. 4. Наиболее заметным улучшением является устранение пика индукции в кривой сопротивлений. На самом деле, это было вызвано некоторыми пиками индуктивности и долиной емкости. используйте правильные градиентные линии для сведения к минимуму пиков индуктивности, а в зоне инжекции - для увеличения индуктивности - для соединения на плоскостной подушке. На диаграмме 5 приведенная кривая потерь более плавна, чем на рисунке 4с, и улучшена кривая потери эхо - сигнала.

для микросхем PCB materials with higher dielectric constants or different thicknesses or microstrip circuits using different types of connectors, примеры, показанные на рис..

Примечание: инжекция сигналов - очень сложный вопрос, на который влияет множество различных факторов.