PCBA科技 - ​ 低PIM PCB天線電路板資料的選擇

具有各種優良特性的電路板資料可以滿足現代無線通訊系統的需要，並為 PCB天線 低失真

雖然天線具有不同的形狀和尺寸，但印刷電路板（PCB）天線可以保持其效能不變，同時大大减小其尺寸。 當然，天線（包括基於PCB的天線）的設計和製造必須確保無源互調（PIM）名額最小，以便在當今擁擠的訊號環境中發揮最佳效能。

對於PCB天線，雖然低PIM指數主要與天線設計有關，但電路板資料也對PCB天線的整體PIM效能有很大影響，囙此也有必要考慮如何選擇射頻（RF）/微波電路資料。

PIM是一種非線性二極體效應。 當組合兩個或多個訊號（例如，來自不同發射器）時，會產生不必要的諧波訊號。 當這些附加諧波訊號的電平足够高並且落在接收器的可接收頻率範圍內時，可能會導致問題並干擾接收器對頻帶中訊號的正常檢測。 雖然PIM不會影響每個應用程序，但它可能會干擾無線通訊系統的正常運行，尤其是當它試圖恢復較低級別的訊號時。

pcb天線

以PCB形式製造的高頻天線可以有許多不同的結構, 從簡單的偶極子到基於環形諧振器和羅特曼透鏡的複雜結構. 其中一個更受歡迎 PCB天線 是微帶貼片天線, which can design a simple and compact antenna structure within a specific frequency range (see Figure 1). 許多產品使用多個 PCB貼片 antennas or resonant structures to realize beamforming network (BFN) or phased array antennas, 並控制其薄層的振幅和相位 pcb天線 通過電子調節的雷達或通信系統結構. 和方向.

在毫米波頻率下，緊湊型平面PCB天線也受到越來越多的關注。 例如，汽車電子安全系統中使用的77GHz高級駕駛員輔助系統（ADAS）使用該天線實現盲點檢測、自動制動系統和防撞功能。 由於該系統的訊號功率較低，ADAS接收器必須依靠其高靈敏度來可靠地檢測行人和其他車輛反射的雷達回波。

微帶貼片天線單元在發射時將電磁能（EM）輻射到自由空間，並在接收時將電磁能發射到連接的電路（例如，接收器）。 但是貼片只是PCB天線的一個組件，饋線是另一個重要部分。 饋線充當連接的微帶電路和輻射貼片之間的橋樑，用於傳輸和接收電磁能量。 理想情况下，貼片應具有高輻射，而饋線具有低輻射，以便實現能量從電路到貼片的有效傳輸。

PIM策略

PIM較高的天線可能會導致無線通訊系統（例如4G LTE無線網路）中的資料丟失。 這種網絡依賴分佈式天線系統（DAS）來擴展無線覆蓋範圍，而新興的5G無線網路，儘管其頻率更高，但實際上是相同的。

對於收發器系統中兩個頻帶中的載波訊號頻率f1和f2，PIM是nf1-mf2和nf2-mf1的混合乘積，其中n和m是整數。 這種衍生的PIM諧波可以根據某些規則進行分類，其階數由m和n的總和决定，例如2f1-f2和2f2-f1的3階分量（圖3）。 3階互調產物值得注意，因為它們最接近載波訊號，可能位於接收器的頻帶內，並且如果組件具有更高的功率，則可能會導致接收阻塞。

PIM諧波分量的幅值不僅是f1和f2幅值的函數，而且是其PIM階數的函數。 PIM諧波分量的幅值隨著階數的新增而减小。 囙此，5階、7階和9階PIM諧波功率水准通常較小，不會影響接收器效能。

如何將低功率水准視為低PIM？ 該值可能因系統而异。 對於使用DAS設備中包含的一些無源組件（如連接器和電纜）的4G LTE系統，145dBc通常足够低。 一般來說，-140dBc或更高被認為是較差的PIM效能，而-150dBc通常更好，而-160dBc甚至更好。

在專業設計的微波暗室中量測天線和其他無源元件的PIM級時，低至-170dBc的雜訊級可能超過暗室測試環境的雜訊級。 當使用兩個+43dBm的單音訊號進行量測時，大多數PIM測試暗室的實際雜訊級為-165dBc。

當同一天線使用公共饋線來實現發射和接收功能時，低PIM尤為重要。 由於發射器和接收器同時位於同一系統中，多個發射訊號的非線性乘積總是會導致不需要的互調諧波，其幅度通常足以降低接收器的效能。 瞭解不同資料特性對PIM的影響可以减少PIM對PCB天線的影響。

雖然在大多數情况下，PIM是由電路節點中的不均勻資料（如焊點或連接器）引起的，但電路板資料的特性，如粗糙的銅箔表面和不同類型的電鍍表面處理，也可能受到影響。 產生較低或較高的PIM水准。 電路板資料中的某些參數可作為設計低PIM PCB天線的參攷。

天線和其他無源元件由 PCB資料 表面電鍍後也會對PIM效能產生影響. Ferromagnetic 材料 (such as nickel) seriously affect the performance of PIM. 浸沒鍍錫通常比裸銅電路具有更好的PIM效能, while circuits using chemical nickel gold (ENIG) will have poorer PIM performance due to nickel.

電路表面的清潔度有助於降低微帶天線和其他無源元件的PIM效能。 帶阻焊板的電路通常比裸銅電路具有更好的PIM效能。 清潔的電路和無殘留的濕化學處理是降低動力傳動系介面模組效能的重要基礎。 電路中任何形式的離子污染物或殘留物都可能導致動力傳動系介面模組效能不佳。

同樣，電路的蝕刻質量對於改善PIM效能也非常重要。 如果銅箔導體未充分腐蝕，導致電路邊緣粗糙和毛刺，這種情況也可能會降低PIM效能。

只要仔細選擇電路板的資料，就有可能改善無源元件或電路的PIM效能。 然而，即使使用低PIM資料，某些類型的電路也可能無法改善其PIM效能，因為它們的結構更容易受到PIM的影響。 例如，羅傑斯公司使用32.7密耳厚的RO4534電路板資料進行相關實驗。 這種天線層壓板的特性是：Dk為3.4，公差為±0.08，在10 GHz時的低損耗因數（低損耗）為0.0027。