СВЧ технология - Принципы и применение радиочастотных плат

Что такое радиочастотная плата? Радиочастотная печатная плата - это печатная плата, предназначенная для радиочастотных (RF) схем. РЧ - ПХБ обычно состоит из изоляционной подложки, проводящего слоя, сварного диска, сквозного отверстия и т.д. Требования к проектированию и производству отличаются от обычных ПХД. Его конструкция и производственные требования отличаются от обычных PCB и требуют учета особых характеристик сигнала RF.

Радиочастотная сокращенная RF, радиочастота - это радиочастотная электрическая панель, которая является аббревиатурой высокочастотных электромагнитных волн переменного тока. Переменный ток, изменяющийся менее 1000 раз в секунду, называется низкочастотным током, более 1000 раз - высокочастотным током, и радиочастота - это высокочастотный ток.

Схема RF - это схема, которая обрабатывает электромагнитную длину волны сигнала на том же уровне, что и схема или устройство. На этом этапе из - за зависимости между размером устройства и размером провода схема должна обрабатываться теорией распределенных параметров. Эту схему можно рассматривать как радиочастотную схему, к частоте которой нет строгих требований. Например, линии передачи переменного тока (50 или 60 Гц), передаваемые на большие расстояния, иногда требуют радиочастотной теории.

Принцип и развитие радиочастотных плат

Наиболее важной областью применения радиочастотных схем является беспроводная связь. Рисунок А представляет собой блок - схему типичной системы беспроводной связи. Ниже приводится пример этой системы для анализа роли радиочастотных схем во всей системе беспроводной связи.

Рисунок A: Блок - схема типичной радиочастотной системы

Это системная модель приемопередатчика беспроводной связи, которая включает в себя цепь передатчика, цепь приемника и антенну связи. Этот приемопередатчик может использоваться как для личной связи, так и для беспроводных локальных сетей, где компоненты цифровой обработки в основном обрабатывают цифровые сигналы, включая отбор проб, сжатие, кодирование и т.д., а затем преобразуют аналоговую форму в аналоговую ячейку сигнальной схемы с помощью преобразователя A / D.

Схема аналогового сигнала состоит из двух частей: передающей и приемной.

Основными функциями передающей части являются: низкочастотный аналоговый сигнал с переходом D - A и высокочастотная несущая, обеспечиваемая локальным генератором, преобразуются в радиочастотные модулированные сигналы через смеситель, а радиочастотные сигналы излучаются в пространство через антенну. Основная функция приемной части заключается в том, что сигнал космического излучения соединяется с приемной схемой через антенну, полученный слабый сигнал усиливается малошумным усилителем, а вибрационный сигнал преобразуется в сигнал, содержащий компонент сигнала средней частоты, через смеситель. Функция фильтра состоит в том, чтобы отфильтровать полезные сигналы if, затем ввести преобразователь A / D, чтобы преобразовать их в цифровые сигналы, а затем войти в раздел цифровой обработки для обработки.

Затем состав и характеристики универсальных RF - схем для малошумных усилителей (LNA) будут рассмотрены в блок - схеме на рисунке a.

На рисунке B показана схема радиочастотной платы усилителя, например, Tga4506 SM компании TriQuint. Обратите внимание, что входной сигнал вводится в модуль усилителя через соответствующую сеть фильтров. Как правило, модуль усилителя использует общую эмиссионную структуру транзистора, входное сопротивление которого должно соответствовать выходному сопротивлению фильтра перед усилителем с низким уровнем шума, чтобы обеспечить оптимальную мощность передачи и минимальный коэффициент отражения. Такое соответствие необходимо для проектирования RF - схем. Кроме того, выходное сопротивление LNA должно соответствовать входному сопротивлению заднего смесителя, чтобы гарантировать, что выходной сигнал усилителя может быть введен в смеситель полностью без отражения. Эти сети соответствия состоят из микроволновых линий и иногда отдельных пассивных устройств. Однако их электрические характеристики на высоких частотах сильно отличаются от электрических характеристик на низких частотах. На рисунке также видно, что микрополосная линия на самом деле представляет собой медную полосу с определенной длиной и шириной, которая соединяется с пластинчатыми резисторами, конденсаторами и индуктивными соединениями.

Изображение B tga4506 sm PCB

В теории электроники, когда ток течет через проводник, вокруг него образуется магнитное поле; Когда переменный ток проходит через проводник, вокруг него образуется переменное электромагнитное поле, называемое электромагнитными волнами.

Когда частота электромагнитных волн ниже 100 кГц, электромагнитные волны поглощаются поверхностью и не могут образовывать эффективную передачу. Однако, когда частота электромагнитных волн выше 100 кГц, электромагнитные волны могут распространяться по воздуху и отражаться ионосферой на внешней границе атмосферы, создавая возможности для передачи на большие расстояния. Мы называем высокочастотные электромагнитные волны с возможностью передачи на большие расстояния радиочастотами. ВЧ - схемы в основном состоят из пассивных элементов, активных элементов и пассивных сетей. Частотные характеристики элементов, используемых в высокочастотных схемах, отличаются от характеристик элементов в низкочастотных схемах. Пассивные линейные элементы в высокочастотных схемах - это в основном сопротивление (емкость), емкость (емкость) и индуктивность (емкость).

В области электроники характеристики RF pcb отличаются от обычных низкочастотных плат. Основная причина заключается в том, что характеристики схемы в высокочастотных условиях отличаются от характеристик в низкочастотных условиях, поэтому нам нужно использовать теорию радиочастотных схем, чтобы понять принцип работы радиочастотных схем. При высоких частотах рассеянная емкость и индуктивность рассеяния оказывают большое влияние на цепь. Чувствительность рассеяния присутствует во внутренней самооценке соединений проводников и самих компонентов. Между проводниками схемы, а также между компонентами и землей существует емкость рассеяния. В низкочастотных схемах эти параметры рассеяния мало влияют на производительность схемы. По мере увеличения частоты влияние параметров рассеяния становится все более серьезным. В ранних VHF - диапазонных телевизионных приемниках эффект рассеянной емкости был настолько велик, что больше не нужно было добавлять дополнительные конденсаторы.

Кроме того, в радиочастотных схемах существует эффект скининга. В отличие от постоянного тока, ток течет по всему проводнику в условиях постоянного тока, а на высоких частотах - по поверхности проводника. В результате высокочастотное сопротивление переменного тока больше, чем сопротивление постоянного тока.

Другой проблемой высокочастотных плат является воздействие электромагнитного излучения. По мере увеличения частоты, когда длина волны соответствует размеру схемы 12, схема становится излучателем. На этом этапе между схемами, между схемами и внешней средой возникают различные эффекты связи, что приводит к множеству проблем с помехами. Эти проблемы часто не имеют значения при низких частотах.

С развитием коммуникационных технологий частота оборудования связи увеличивается. Радиочастотные (RF) и микроволновые (MW) схемы широко используются в системах связи. Конструкция высокочастотных схем всегда привлекала особое внимание промышленности. Новые полупроводниковые приборы постоянно расширяют высокоскоростные цифровые системы и высокочастотные аналоговые системы. Системы микроволновой радиочастотной идентификации (RFID) имеют несущую частоту 915 МГц и 2450 МГц; Глобальная система позиционирования (GPS) имеет несущую частоту 1227,60 МГц и 1575,42 МГц; Радиочастотные схемы в системах личной связи работают на 1,9 ГГц и могут быть интегрированы в более мелкие терминалы личной связи; Система спутникового вещания и связи в диапазоне С включает в себя линии связи на частоте 4 ГГц и линии связи на частоте 6 ГГц. Как правило, эти схемы работают на частотах выше 1 ГГц, и эта тенденция будет продолжаться по мере развития коммуникационных технологий. Однако он требует не только специального оборудования и устройств, но и теоретических знаний и практического опыта, которые не используются в схемах постоянного тока и низких частот.

Роль платы PCB RF:

1. Передача сигнала:

В радиочастотных схемах сигналы обычно имеют высокочастотный диапазон, который простирается от сотен кГц до десятков ГГц или даже выше. Плата PCB RF обеспечивает стабильный канал передачи этих высокочастотных сигналов. Это гарантирует высокоэффективную передачу сигнала с низкими потерями в различных электронных компонентах, эффективно уменьшая затухание и искажения сигнала. Например, в системах беспроводной связи RF PCB отвечает за передачу слабых RF - сигналов, захваченных антенной, в RF - усилители, фильтры и другие компоненты для последующей обработки, а затем отправляет обработанные сигналы в схемы следующего уровня для реализации функции приема и передачи сигналов.

2. Сопротивление адаптивно:

В радиочастотных схемах большое место занимает адаптивность сопротивления. Учитывая, что различные электронные компоненты и модули цепей имеют разные значения сопротивления ввода и выхода, для достижения максимальной передачи мощности и минимизации отражения сигнала требуется адаптация сопротивления с помощью конструкции платы RF PCB. Плата PCB RF может обеспечить адаптацию между различными сопротивлениями, регулируя параметры размера линии (например, ширину, толщину, расстояние и т. Д.) и используя специальные импедансные адаптивные элементы, такие как микрополосные линии, соединители и т. Д. Например, в выходном порту усилителя мощности RF выходное сопротивление должно быть адаптировано к входному сопротивлению антенны для повышения эффективности передачи мощности.

3. Электромагнитная защита:

Из - за высокой частоты радиочастотных сигналов они подвержены внешним электромагнитным помехам. Платы PCB RF могут ослабить негативное влияние внешних электромагнитных помех на схемы RF, используя такие стратегии, как экранирование и проектирование заземления. Защитный слой может играть эффективную блокирующую роль, изолируя внешнее электромагнитное излучение и избегая утечки радиочастотных сигналов, тем самым улучшая помехоустойчивость радиочастотных схем. Кроме того, высококачественная конструкция заземления помогает уменьшить шум потенциала заземления в радиочастотных схемах, тем самым улучшая качество сигнала.

4. Интеграция схем:

RF PCB может интегрировать несколько RF - электронных компонентов в одну пластину для миниатюризации и интеграции RF - схем. Благодаря разумной компоновке и конструкции был реализован радиочастотный усилитель. Фильтр. Смеситель. Генераторы и другие компоненты интегрируются в платы RF PCB, уменьшая размер и вес схемы и повышая надежность и стабильность системы. Например, в смартфонах и других мобильных устройствах плата RF PCB объединяет несколько модулей RF для беспроводной связи. Bluetooth, GPS и другие функции.