СВЧ технология - радиочастотная и микроволновая инжекция сигналов PCB

The process of transferring высокочастотная энергия и радиочастотная / микроволновая PCBfrom a coaxial connector to a printed circuit board (PCB) is often referred to as signal injection, его характеристики трудно описать. The efficiency of energy transfer varies greatly depending on the circuit structure. PCB материалы, толщина и диапазон рабочих частот, конструкция разъема и его взаимодействие с материалами цепи, возможность влиять на свойства. производительность может быть повышена за счет понимания различных параметров подачи сигналов и обзора некоторых случаев оптимизации радиочастота и микроволны метод имплантации сигналов.

Осуществление эффективной инжекции сигнала связано с проектированием, Вообще говоря, broadоркестр optimization is more challenging than narrowband optimization. Вообще говоря, высокая частота injection becomes more difficult as the frequency increases and may become more problematic as the thickness of the circuit material increases and the complexity of the circuit structure increases.

проектирование и оптимизация внедрения сигналов

Как показано на рисунке 1, сигналы, поступающие из коаксиальных кабелей и соединителей в микрополосу PCB. электромагнитное поле, распределенное по коаксиальным кабелям и разъемам, является цилиндрическим, а магнитное поле в PCB - плоским или прямоугольным. распределение магнитного поля меняется от одной среды к другой, чтобы адаптироваться к новой среде, что приводит к аномалиям. изменение зависит от типа диска; например, вводом сигналов является переход от коаксиальных кабелей и соединителей к микрополосам, поверхностным плоскостным волноводу или полосам. важную роль играют также типы коаксиальных кабельных соединений.

Рисунок 1. инжекция сигналов от коаксиальных кабелей и соединителей к микрополосе

оптимизация включает несколько переменных. понимание распределения электромагнитного поля в коаксиальном кабеле/соединение очень полезно, Но наземная цепь также должна рассматриваться как часть среды распространения. преобразование сглаживания импедансов из одного распространителя в другой обычно помогает. понимание емкости и индуктивного сопротивления при разрыве импеданса позволяет нам понять свойства схемы. If a 3D (3D) EM simulation can be performed, можно наблюдать распределение плотности тока. Кроме того, it is desirable to take into account the practical conditions relating to radiation losses.

А заземляющий контур между связью передатчика и PCB кажется не проблематичным, контур заземления от соединителя к PCB очень непрерывный, but this is not always the case. соединение между металлом и PCB обычно имеет небольшое поверхностное сопротивление. There are also small differences in electrical conductivity between the welders that connect different parts and the metals in those parts. низкийрадиочастота и микроволны frequencies, эти незначительные различия обычно оказывают незначительное воздействие, Но частота выше, Они могут существенно повлиять на результаты работы. The actual length of the backflow path affects the quality of transmission that can be achieved иметь a given combination of connectors and PCBs.

Как показано на диаграмме 2А, the ground loop back to the connector housing may be too long for thick microstrip transmission lines as electromagnetic energy is transferred from the connector pins to the signal lead of the microstrip PCB. использование материал PCB with high frequencydielectric constants can exacerbate the problem by increasing the electrical length of the ground loop. расширение пути может вызвать проблемы, связанные с частотой, resulting in local phase velocity and capacitance differences. Все они связаны с сопротивлением зоны и оказывают на него влияние., resulting in return loss differences. идеальный, the length of the ground loop should be minimized so that there is no impedance anomaly in the signal injection area. Следует отметить, что место соединения соединения, показанное на диаграмме 2а, существует только на дне цепи, Это худшая ситуация.. Many RF connectors have ground pins on the same layer as the signal. В таком случае, the PCB will also be designed with a grounding pad there.

На рисунке 2в показана схема инжекции заземленного сопутствующего волновода на микрополосный сигнал. основной элемент цепи здесь - микрополоска, но зона инжекции сигнала - поверхностный плоскостной волновод (ГСП). сопутствующая эмиссионная полоса полезна, поскольку она сводит к минимуму контуры заземления и обладает другими полезными свойствами. расстояние между Заземляющими штырями оказывает значительное влияние на производительность, если соединение используется вместе с заземленными штырями по обе стороны линии сигнала. Исследования показывают, что расстояние влияет на Частотную реакцию.

Диаграмма 2. Thick microstrip transmission line circuit and longer ground return path to connector (a)

схема инжекции заземленного сопутствующего волновода на микрополосный сигнал (b)

в эксперименте с микрополосой на основе ковариантного волновода толщиной 10 мм RO4350B слоистая плита, coplanar waveguide ports with different ground spacing but otherwise similar connectors were used (see Figure 3). заземление стыка а а примерно 0.030, заземление стыка B 0.064 ". In both cases, передатчик на одной цепи.

Figure 3. Test coplanar waveguide to microstrip circuits using coaxial connectors with similar ports with different grounding intervals

The X-axis is the frequency, ггц на ячейку. At low microwave frequencies (< 5 GHz), Свойства схемы одинаковы, but at frequencies higher than 15 GHz, Свойства схемы с большим заземлением ухудшаются. The connectors are similar, Хотя диаметр чека этих двух типов несколько различается, соединение б диаметр иглы большой, предназначено для более толстых кабелей материал PCB. Это также приводит к различиям в производительности.

один из простых и эффективных способов оптимизации вводов сигналов - это минимизация импедансов в области передачи сигналов. кривая сопротивлений в основном повышается из - за увеличения индуктивности, а емкость падает из - за увеличения. для высокосортных линий передачи микрополос, показанных на рис. 2А (если предположить, что диэлектрическая проницаемость материала PCB является низкой и составляет около 3,6), проводники имеют более широкий охват, чем внутренние проводники разъема. из - за больших различий в размерах между выводом цепи и выводом разъема в процессе перехода происходит резкое изменение емкости. изменение емкости, как правило, уменьшается путем отвода тонких цепей, что снижает габаритный зазор между ними и выводом коаксиального соединителя. сужение линии отвода PCB повысит чувствительность (или уменьшит емкость, нейтрализуя колебания емкости в кривой сопротивлений).

необходимо учитывать последствия для различных частот. Более продолжительные градиенты более чувствительны к низкой частоте. например, если потеря эхо при низкой частоте невысока, и при наличии пиков ёмкостного импеданса, то, возможно, целесообразно использовать более длинную градиентную линию. напротив, более короткие градиенты оказывают более сильное влияние на высокие частоты.

антикопланарная структура, capacitance increases when adjacent ground surfaces approach. В общем, the sensitivity of the signal injection region is adjusted in the corresponding frequency band by adjusting the spacing between the gradient signal line and the adjacent ground. В некоторых случаях, the adjacent grounding pads of the coplanar waveguide are wider along one section of the gradient line to regulate the lower frequency band. потом, the spacing Narrows at the wider part of the gradient line, а более узкая часть длины не длинная, не влияет высокая частота band. In general, сужение градиента проволоки усилило ощущение. длина градиента влияет на Частотную реакцию. емкость может изменяться путём изменения смежного заземления в плоскостном волноводе. расстояние между паяльными тарелками изменяет Частотную чувствительность, which plays a major role in the change of capacitive.

The instance

Диаграмма 4 provides a simple example. рисунок 4а представляет собой тонкую полосную линию передачи с длинным и узким градиентом. градиентная линия 0.018" (0.46 mm) wide and 0.110" (2.794 mm) long at the edge of the plate, and finally becomes a 50 ω line width of 0.064" (1.626 mm) wide. In Figures 4b and 4c, уменьшение длины линии. сварное без сварки на месте, Поэтому в каждом случае используется один и тот же внутренний проводник. The microstrip transmission line is 2" (50.8mm) long and machined in a 30mil (0.76mm) thick RO4350B? The dielectric constant of microwave circuit laminates is 3.66. In Figure 4A, the blue curve represents the insertion loss (S21), Большое колебание. напротив, S21 in Figure 4c has the least amount of fluctuation. эти кривые указывают на то, что градиент меньше, вести себя лучше.

Figure 4. Performance of three microstrip circuits with different gradient lines; Original design with narrow gradient (a), reduced gradient length (b), and further reduced gradient length (c)

Возможно, наиболее показательная кривая на рис. 4 показывает сопротивление кабеля, соединителя и цепи (зеленая кривая). на рис. 4а большая положительная волна указывает на сцепление с коаксиальным кабелем на порт 1, а другая пиковая волна на кривой - на соединитель на другом конце цепи. за счет укорочения градиента колебания кривой сопротивлений уменьшаются. Улучшение согласования импедансов вызвано расширением и сужением линии среднего градиента в зоне инжекции сигнала. более широкий уклон снижает сексуальность.

Мы можем узнать больше о размерах схемы в зоне инжекции из дизайна отличного сигнала, Он также использует одну доску и ту же толщину. плоский волновод с микрополосной схемой, опыт использования рисунка 4, давать лучшие результаты. Наиболее заметным улучшением является устранение пика индукции в кривой сопротивлений, это, в сущности, отчасти вызвано пик индуктивности и долиной ёмкостей. Using the correct gradient line is to minimize the sensitivity peak while using the injection zone coplanar grounding pad coupling to increase sensitivity. диаграмма интерполяции потерь. сглаживание в графике. 4C and the return loss curve are also improved. На рисунке 4 показаны примеры использования материал PCB with высокочастотная энергия и радиочастотная / микроволновая PCB dielectric constants or different thicknesses, микрополосная схема для использования различных типов соединений.