Microwave Teknolojisi - RF ve Microwave PCB sinyal injeksi metodu

Yüksek Frekans Enerji ve RF/Microwave PCB'yi koksiyal bir bağlantıdan basılı devre tahtasına (PCB) aktarma süreci sık sık sinyal injeksiyon olarak adlandırılır ve özellikleri tanımlamak zordur. Enerji aktarımın etkileşimliliği devre yapısına bağlı olarak değişir. PCB materyali, kalınlığı ve çalışma frekans menzili gibi faktörler, bağlantı tasarımı ve devre materyaliyle etkileşimi etkileyebilir. Performans farklı sinyal injeksiyon ayarlarını ve RF ve mikrodalgılık sinyal injeksiyon metodlarının bazı optimizasyon davalarını anlamak ile geliştirilebilir.

Etkileşimli sinyal injeksiyonu elde etmek tasarım ile ilgili, ve genellikle, geniş banda optimizasyonu kısa banda optimizasyondan daha zordur. Genelde, yüksek frekans injeksiyonu frekans arttığı sürece daha zorlaştırır ve devre materyalinin kalıntısı arttığı ve devre yapısının karmaşıklığı arttığı sürece daha problematik olabilir.

Sinyal injeksiyon tasarımı ve optimizasyon

Koksiyal kablinden ve mikrostrip PCB'ye bağlantıcıdan sinyal injeksiyonu 1. Şekil olarak gösterilir. Koksiyal kablolar ve bağlantılar üzerinden elektromagnetik (EM) alan dağıtımı cilindrikdir. Bir PCB içindeki EM alan dağıtımı planar veya düzgüncüdür. Bir ortamdan diğerine, alan dağıtımı yeni çevreye uyum sağlamak için değiştirir ve anomalilere sebep oldu. Değişiklik ortam türüne bağlı. Örneğin, sinyal injeksiyonu koksiyal kablolardan ve bağlantılardan mikrostrup, toprak koplanar dalga rehberine (GCP) veya stripte çevirmektedir. Koksiyal kablo bağlantısı türü de önemli bir rol oynuyor.

Şekil 1. Koksiyal kablo ve bağlantıcıdan mikrostrip ile sinyal injeksiyonu

Optimizasyon birkaç değişkeni içeriyor. Koksiyal kablo/bağlantı içindeki EM alanı dağıtımı anlamak faydalı, fakat yeryüzü dönüşü de propagasyon ortamının bir parçası olarak kabul edilmeli. Genelde bir propagasyon ortasından diğerine düzgün bir impedans geçişini elde etmek faydalı. İmpadans sonuçlarında kapasitet ve etkileyici reaksiyonu anlamak devre performansını anlamamıza izin verir. Eğer 3D (3D) EM simülasyonu gerçekleştirilirse, şu anda yoğunluk dağıtımı izleyebilir. Ayrıca radyasyon kaybıyla ilgili pratik koşulları hesaplamak istiyor.

Sinyal yayıcı bağlantısı ve PCB arasındaki toprak döngüsü roblemez görünebilir, bağlantıdan PCB'ye kadar bağlantı döngüsü çok sürekli, ama her zaman bu durum değil. Genelde bağlantıcının metali ve PCB arasında küçük yüzeysel direnişlik var. Ayrıca bu bölümlerde farklı parçaları ve metalleri birleştiren karıştırıcılar arasında elektrik hareketlerinde küçük farklılıklar var. Aşık RF ve mikro dalga frekanslarında, bu küçük farklılıklar genelde küçük bir etkisi vardır, ama daha yüksek frekanslarda performans üzerinde önemli bir etkisi olabilir. Geri akışın yolunun gerçek uzunluğu, bağlantılar ve PCB kombinasyonu ile ulaşabilecek transmitin kalitesini etkiler.

Şekil 2A'de gösterilen gibi, konektör evine geri dönüştüğü yeryüzü mikrostrup yayınlama hatlarının kalın mikrostrup yayınlaması için çok uzun olabilir, çünkü elektromagnet enerjisi konektör pinlerinden mikrostrup PCB'nin sinyal ilçesine aktarılır. Yüksek frekans dielektrik konstantleri ile PCB materyallerini kullanarak, yeryüzünün elektrik uzunluğunu artırarak sorunun yükselmesini engelleyebilir. Yol uzantısı frekans bağlı sorunlarına sebep olabilir, yerel faz hızlığı ve kapasitet farklılıklarına sebep olabilir. İkisi de değiştirme bölgesindeki impedans ile bağlantılı ve onu etkileyecek ve geri dönüş kaybının farklılıklarına sebep olacak. Görünüşe göre, yeryüzünün uzunluğu küçük olmalı, bu yüzden sinyal injeksiyon alanında impedans anomalisi yoktur. Şekil 2A'de gösterilen bağlantının yeryüzü sadece devreğin altında bulunduğunu unutmayın ve bu en kötü durum. Çoğu RF bağlantıları sinyal ile aynı katta toprak pinleri var. Bu durumda, PCB de orada bir yerleştirme kulübesi ile tasarlanılacak.

Görüntü 2B, mikrostrip sinyal injeksiyon devreyi için toprak koplanar dalga rehberini gösteriyor. Burada devreğin ana vücudu mikrostrip, ama sinyal injeksiyon bölgesi toplanar dalga rehberindir (GCP). Koplanar emisyon mikrostripleri faydalı çünkü toprak döngülerini küçültürler ve diğer faydalı özellikleri vardır. Eğer sinyal liderinin her iki tarafında toprak pipinlerle birlikte kullanılırsa, toprak boşluğu performans üzerinde önemli etkisi var. Uzak frekans cevabını etkilediğini gösterildi.

2. Şekil. Kalın mikrostrip iletişim çizgi devre ve daha uzun yere bağlantıya dönüş yolu (a)

Toprak koplanar dalga rehberini mikrostrip sinyal injeksi devrelerine (b)

Rogers 10mIL kalın RO4350B laminatlarına dayanan bir mikrostrup dalga rehberini kullanan deneylerde, koplanar dalga rehberinin portları farklı yeryüzünde uzaklıklı ama diğer şekilde benzer bağlantılar kullanıldı (görüntü 3). A bağlantısının yaklaşık 0,030'i temel alanı var ve B bağlantısının 0,064'i temel alanı vardır." İki durumda bağlantısı aynı devrede yayılır.

3. Şekil. Koplanar dalga rehberini mikrostrip devrelerini, koksiyal bağlantıları kullanarak farklı yerleştirme araçlarıyla benzer limanlarla kullanarak mikrostrip devrelerini teste eder.

X eksi, sıralara 5 GHz frekans. Daha düşük mikrodalga frekansları (< 5 GHz), devreğin performansı aynıdır, fakat 15 GHz'den yüksek frekanslarda devreğin performansı büyük bir yerleştirme aralığı düşürüyor. İki modellerin pin diametri biraz farklı olmasına rağmen bağlantılar benziyor. B bağlantısı daha büyük bir pin diametri ve daha kalın PCB materyalleri için tasarlanmış. Bu da performans farklılıklarına yol açabilir.

Sinyal injeksiyonu iyileştirmek için basit ve etkili bir yöntem sinyal gönderme bölgesindeki imfaz uygulamasını azaltmak. İmpadans eğri basitçe induktans arttığı ve kapasitenin arttığı yüzünden düşer. Şekil 2A'de gösterilen kalın mikrostrip yayınlama satırı için (PCB materyalinin düşük dielektrik konstantünü tahmin ederek, yaklaşık 3.6) yönetici, bağlantının iç yöneticisinden daha genişliyor. Devre lideri ve bağlantı lideri arasındaki büyük boyutlu fark yüzünden geçiş sırasında güçlü bir mutasyon var. Kapacitiv mutasyonlar genellikle devre yöntemini kaydedip boyutlu boşluğunu ve koksil bağlantı pinleri arasındaki boşluğunu azaltmak için düşürülebilir. PCB liderini sıkıştırmak duygusallığını arttırır (ya da kapasiteyi azaltır, bu yüzden impedance eğrilerindeki kapasitetli mutasyonları kısıtlıyor.

Farklı frekansların etkisi düşünmeli. Uzun gradientler düşük frekanslara daha hassas verir. Örneğin, eğer dönüş kaybı düşük frekanslarda zavallı ve kapasitetli bir impedans parçası varsa, daha uzun bir farklı çizgi uygun olabilir. Daha kısa dereceçen yüksek frekanslar üzerinde daha büyük etkisi vardır.

Toprak yapıları için yakın yeryüzü yaklaşırken kapasitet arttırır. Genelde, sinyal injeksiyon bölgesinin hassasiyeti uyumlu frekans grubunda, farklı sinyal çizgisinin ve yakın yerlerin arasındaki uzayı ayarlamak üzere ayarlanır. Bazı durumlarda, koplanar dalga rehberinin yakınındaki yerleştirme kulüpleri düşük frekans grubunu düzenlemek için farklı çizginin bir bölümünde genişliyor. Sonra, farklı çizginin genişliğinde uzay Narrows ve daha kısa kısmı yüksek frekans grubuna etkilemek için uzun sürmez. Genelde, kablo hızmetinin azaltması duygularını arttırır. Sıradan çizginin uzunluğu frekans cevabını etkiler. Kapacitans, yakınındaki koplanar dalga rehberlerini değiştirerek değiştirilebilir. Paramlar arasındaki yer, frekans cevabını değiştirebilir. Bu, kapasitet değiştirmesinde önemli bir rol oynuyor.

Örnek

4. Şekil basit bir örnek verir. Şekil 4A, uzun ve kısa bir dereceyle kalın mikrostrup transmisi çizgidir. Sıradan çizgi 0,018 (0,46 mm) genişliği ve 0,110 (2,794 mm) uzunluğu tabağın kenarında, Ve sonunda 50 Ï 13x17; 0,064 (1,626 mm) genişliğinde bir satır genişliğinde oluyor. 4.b ve 4.c figürlerinde farklılık hatının uzunluğu daha kısa olur. Çiftli terminal bağlantıları kullanılır ve kaldırılmaz, yani her durumda aynı iç yönetici kullanılır. Mikrodalgılık devrelerinin dielektrik konstantı 3,66. 4.A Şekil'de mavi eğri, çok fazla değişiklik yapan yerleştirme kaybını temsil ediyor. Aynı şekilde, 4.c figürde S21'nin en az miktarı fluksiyonu var. Bu kurtlar, farklılığın kısa olduğunu gösteriyor, performansın daha iyi olduğunu gösteriyor.

4. Şekil. Üç mikrostrip devrelerinin farklı farklı farklı farklı farklı sınırları; İlk tasarım, kısa dereceçe (a), düşürülmüş dereceçe uzunluğu (b) ve daha da düşürülmüş dereceçe uzunluğu (c)

Belki de 4. Şekil'deki en gösterici kurve kablo, bağlantı ve devre (yeşil kurve) engelliğini gösterir. Şekil 4A'deki büyük ileri dalga, koksiyal kable bağlı bağlantı limanı gösteriyor. Ve eğirdeki diğer toprak devenin diğer ucundaki bağlantıyı temsil ediyor. İmpadans eğrilerindeki fluktuasyon, farklı çizginin kısayılmasından azaltılır. İmparans eşleşmesinin geliştirilmesi sinyal injeksiyon bölgesindeki farklı çizginin genişletilmesi ve azalması nedenidir. Daha geniş derecede duygusallığı azaltıyor.

İçeri alanının boyutunu 2. sinyal injeksiyon tasarımından daha fazla öğrenebiliriz. Bu da aynı plateyi ve aynı kalınlığını kullanır. 4. Şekil deneyimini kullanarak mikrostrup devre tahtasına bir koplanar dalga rehberliği 4. Şekil'den daha iyi sonuçlar üretir. En açık gelişme, impedans eğrilerindeki etkileyici toprakların yok edilmesidir. Aslında, bu kısmını etkileyici topraklar ve kapasitetli vadiler yüzünden. Doğru dereceçen çizgisini kullanmak, injeksiyon bölgesinde koplanar yerleştirme çizgisini duyarlığı arttırmak için duyarlık en yüksekliğini azaltmak. FIG. 5'de giriş kaybı eğri FIG. 4C'de daha düzgün ve dönüş kaybı eğri de geliştirilir. Görüntü 4'de gösterilen örnek, yüksek Frekans Enerji ve RF/Microwave PCB dielektrik konstanteleri veya farklı kalınklar veya farklı tür konektörler kullanarak PCB materyalleri kullanarak mikrostrip devrelerinin farklı sonuçlarını gösteriyor.