微波技術 - 射頻電路板原理及應用

什麼是射頻電路板？ 射頻印刷電路板是專用於射頻（RF）電路的印刷電路板。 RF PCB通常由絕緣基板、導電層、焊盤、通孔等組成。 設計和製造要求與普通PCB不同。 它的設計和製造要求不同於普通PCB，需要考慮RF訊號的特殊特性。

射頻簡稱RF，射頻是射頻電流板，它是一種高頻交流電磁波的縮寫。 每秒變化小於1000次的交流電稱為低頻電流，大於1000次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣的高頻電流。

RF電路是指以與電路或設備尺寸相同的數量級處理訊號電磁波長的電路。 此時，由於器件尺寸與導線尺寸之間的關係，電路需要用分佈參數理論來處理。 這種電路可以看作是射頻電路，對其頻率沒有嚴格要求。 例如，長距離傳輸的交流傳輸線（50或60 Hz）有時需要用射頻理論來處理。

射頻電路板的原理與發展

射頻電路最重要的應用領域是無線通訊。 圖A是典型無線通訊系統的框圖。 下麵以該系統為例，分析射頻電路在整個無線通訊系統中的作用。

圖A：典型射頻系統框圖

這是一個無線通訊收發器的系統模型，包括發射機電路、接收機電路和通信天線。 該收發器可用於個人通信和無線局域網。在該系統中，數位處理部分主要是對數位信號進行處理，包括採樣、壓縮、編碼等，然後通過A/D轉換器將類比形式轉換為類比信號電路單元。

類比信號電路分為兩部分：發射部分和接收部分。

發射部分的主要功能是：D-A轉換輸出的低頻類比信號和本地振盪器提供的高頻載波通過混頻器上變頻為射頻調製訊號，射頻訊號通過天線輻射到空間中。 接收部分的主要功能是：空間輻射訊號通過天線耦合到接收電路，接收到的弱訊號由低雜訊放大器放大，本振訊號通過混頻器下變頻為包含中頻訊號分量的訊號。 濾波器的功能是濾除有用的if訊號，然後輸入A/D轉換器將其轉換為數位信號，然後進入數位處理部分進行處理。

接下來，將在圖a的框圖中討論低雜訊放大器（LNA）的通用RF電路的組成和特性。

圖B顯示了該放大器的射頻電路板圖，以TriQuint公司的tga4506 sm為例。 請注意，輸入信號是通過匹配的濾波網絡輸入到放大器模塊的。通常，放大器模塊採用電晶體的共發射極結構，其輸入阻抗必須與低雜訊放大器前的濾波器的輸出阻抗相匹配，以確保最佳的傳輸功率和最小的反射係數。 這種匹配對於RF電路設計是必要的。 此外，LNA的輸出阻抗必須與後端混頻器的輸入阻抗相匹配，以確保放大器的輸出信號能够完全無反射地輸入混頻器。 這些匹配網絡由微帶線和有時獨立的無源器件組成。 然而，它們在高頻的電特性與低頻的電特性有很大不同。 從圖中還可以看出，微帶線實際上是一條具有一定長度和寬度的覆銅帶，微帶線與片狀電阻器、電容器和電感連接。

圖B tga4506 sm PCB佈局

在電子學理論中，當電流流過導體時，導體周圍會形成磁場； 當交流電通過導體時，導體周圍會形成交變電磁場，稱為電磁波。

當電磁波的頻率低於100kHz時，電磁波會被表面吸收，不能形成有效的傳輸。 然而，當電磁波的頻率高於100kHz時，電磁波可以在空氣中傳播，並通過大氣外緣的電離層反射，形成長距離傳輸能力。 我們稱具有長距離傳輸能力的高頻電磁波為射頻。 高頻電路主要由無源元件、有源元件和無源網絡組成。 高頻電路中使用的元件的頻率特性不同於低頻電路中的元件。 高頻電路中的無源線性元件主要是電阻（電容）、電容（電容）和電感（電容）。

在電子技術領域，RF pcb的特性不同於普通的低頻電路板。 主要原因是高頻條件下電路的特性不同於低頻條件下的特性，囙此我們需要利用射頻電路的理論來瞭解射頻電路的工作原理。 在高頻下，雜散電容和雜散電感對電路有很大的影響。 雜散電感存在於導體連接和組件本身的內部自感中。 電路導體之間以及組件和地之間存在雜散電容。 在低頻電路中，這些雜散參數對電路的效能影響很小。 隨著頻率的新增，雜散參數的影響越來越嚴重。 在早期的VHF頻段電視接收機中，雜散電容的影響是如此之大，以至於不再需要添加額外的電容器。

此外，射頻電路中存在趨膚效應。 與直流電不同，電流在直流條件下流過整個導體，而在高頻下流過導體表面。 結果，高頻交流電阻大於直流電阻。

高頻電路板的另一個問題是電磁輻射的影響。 隨著頻率的新增，當波長與電路尺寸12相當時，電路變成輻射器。 此時，電路之間、電路與外部環境之間會出現各種耦合效應，從而導致許多干擾問題。 這些問題在低頻時往往無關緊要。

隨著通信技術的發展，通信設備的頻率日益新增。 射頻（RF）和微波（MW）電路廣泛應用於通信系統中。 高頻電路的設計一直受到業界的特別關注。 新型半導體器件使高速數位系統和高頻類比系統不斷擴展。 微波射頻識別系統（RFID）的載波頻率為915MHz和2450MHz； 全球定位系統（GPS）的載波頻率為1227.60mhz和1575.42MHz； 個人通信系統中的射頻電路工作在1.9GHz，可以集成到體積更小的個人通信終端中； C頻段衛星廣播通信系統通信連結包括4GHz上行連結和6GHz下行連結通信連結。 通常，這些電路的工作頻率在1GHz以上，隨著通信技術的發展，這一趨勢將繼續下去。 然而，它不僅需要特殊的設備和裝置，還需要直流和低頻電路中沒有使用的理論知識和實踐經驗。

RF PCB線路板的作用：

1.信號傳導：

在射頻電路中，訊號通常具有高頻範圍，從數百千赫茲擴展到數十千兆赫甚至更高的頻帶。 RF PCB板為這些高頻訊號建立了穩定的傳輸通道。 它可以保證訊號在各種電子元件中實現高效、低損耗的傳輸，有效减少訊號衰减和失真。 例如，在無線通訊系統中，RF PCB負責將天線捕獲的微弱RF訊號傳輸到RF放大器、濾波器和其他組件進行後續處理，然後將處理後的訊號發送到下一級電路，從而實現接收和發送訊號的功能。

2.阻抗自我調整：

在射頻電路中，阻抗自我調整佔有重要地位。 鑒於各種電子元件和電路模塊具有不同的輸入和輸出阻抗值，為了實現最大的功率傳輸並最大限度地减少訊號反射，必須在RF PCB電路板設計的幫助下實現阻抗自我調整。 RF PCB電路板可以通過調整線路的尺寸參數（如寬度、厚度、間距等）和使用特殊的阻抗自我調整元件，如微帶線、耦合器等，實現不同阻抗之間的自我調整。 例如，在RF功率放大器的輸出埠，輸出阻抗需要適應天線的輸入阻抗，以提高功率傳輸效率。

3.電磁防護：

由於射頻訊號的頻率很高，很容易受到外部電磁干擾。 RF PCB電路板可以通過使用遮罩、接地設計等策略來削弱外部電磁干擾對RF電路的不利影響。 遮罩層可以起到有效的阻隔作用，隔離外部電磁輻射，避免射頻訊號洩漏，從而提高射頻電路的抗干擾效能。 此外，高品質的接地設計有助於降低射頻電路的接地電位雜訊，從而提高訊號質量。

4.電路集成：

RF PCB可以在單個板上集成多個RF電子元件，以實現RF電路的小型化和集成化。 通過合理的佈局和設計，實現了射頻放大器。 篩檢程式。 攪拌機。 振盪器和其他組件集成在RF PCB電路板上，减小了電路的尺寸和重量，提高了系統的可靠性和穩定性。 例如，在智能手機和其他移動設備中，RF PCB電路板將多個RF模塊集成在一起以實現無線通訊。 藍牙、GPS等功能。