Công nghệ vi sóng - Nguyên tắc và ứng dụng bảng mạch RF

Bảng mạch RF là gì? Bảng mạch in tần số vô tuyến là bảng mạch in dành riêng cho các mạch tần số vô tuyến (RF). RF PCB thường bao gồm chất nền cách điện, lớp dẫn điện, pad, thông qua lỗ, v.v. Yêu cầu thiết kế và sản xuất khác với PCB thông thường. Các yêu cầu thiết kế và sản xuất của nó không giống như PCB thông thường và các đặc tính đặc biệt của tín hiệu RF cần được xem xét.

RF là viết tắt của RF, RF là bảng dòng tần số vô tuyến, nó là viết tắt của sóng điện từ AC tần số cao. Dòng điện xoay chiều thay đổi ít hơn 1000 lần mỗi giây được gọi là dòng điện tần số thấp, dòng điện lớn hơn 1000 lần được gọi là dòng điện tần số cao, và tần số vô tuyến là dòng điện tần số cao như vậy.

Mạch RF là mạch xử lý bước sóng điện từ của tín hiệu theo thứ tự cường độ tương tự như mạch hoặc thiết bị. Tại thời điểm này, do mối quan hệ giữa kích thước thiết bị và kích thước dây dẫn, mạch cần được xử lý bằng lý thuyết tham số phân phối. Một mạch như vậy có thể được coi là một mạch tần số vô tuyến và không có yêu cầu nghiêm ngặt về tần số của nó. Ví dụ, các đường truyền AC truyền khoảng cách dài (50 hoặc 60 Hz) đôi khi cần được xử lý bằng lý thuyết tần số vô tuyến.

Nguyên tắc và sự phát triển của bảng mạch RF

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của mạch RF là truyền thông không dây. Hình A là sơ đồ khối của một hệ thống truyền thông không dây điển hình. Dưới đây là một ví dụ về hệ thống để phân tích vai trò của các mạch tần số vô tuyến trong toàn bộ hệ thống truyền thông không dây.

Hình A: Sơ đồ khối hệ thống RF điển hình

Đây là một mô hình hệ thống của bộ thu phát truyền thông không dây, bao gồm mạch phát, mạch thu và ăng ten truyền thông. Bộ thu phát này có thể được sử dụng trong giao tiếp cá nhân và mạng LAN không dây. Trong hệ thống này, phần xử lý kỹ thuật số chủ yếu là xử lý tín hiệu kỹ thuật số, bao gồm lấy mẫu, nén, mã hóa, v.v., sau đó chuyển đổi dạng analog thành đơn vị mạch tín hiệu analog thông qua bộ chuyển đổi A/D.

Mạch tín hiệu analog được chia thành hai phần: phần phát và phần nhận.

Chức năng chính của phần phát là: Tín hiệu analog tần số thấp của đầu ra chuyển đổi D-A và sóng mang tần số cao được cung cấp bởi bộ dao động cục bộ được chuyển đổi thành tín hiệu điều chế tần số vô tuyến thông qua bộ trộn, được phát ra vào không gian thông qua ăng ten. Chức năng chính của phần nhận là: tín hiệu bức xạ không gian được ghép nối với mạch nhận thông qua ăng-ten, tín hiệu yếu nhận được được khuếch đại bởi bộ khuếch đại tiếng ồn thấp và tín hiệu rung này được chuyển đổi thành tín hiệu có chứa thành phần tín hiệu tần số trung bình thông qua bộ trộn. Chức năng của bộ lọc là lọc các tín hiệu if hữu ích, sau đó chuyển đổi nó thành tín hiệu kỹ thuật số bằng cách nhập bộ chuyển đổi A/D và sau đó vào phần xử lý kỹ thuật số để xử lý.

Tiếp theo, thành phần và đặc điểm của mạch RF phổ quát cho bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA) sẽ được thảo luận trong sơ đồ khối của Hình A.

Hình B cho thấy sơ đồ bảng tần số vô tuyến của bộ khuếch đại này, lấy tga4506 sm của TriQuint làm ví dụ. Lưu ý rằng tín hiệu đầu vào được nhập vào mô-đun khuếch đại thông qua mạng lưới lọc phù hợp. Thông thường, mô-đun khuếch đại sử dụng cấu trúc cực đồng phát của bóng bán dẫn, trở kháng đầu vào của nó phải phù hợp với trở kháng đầu ra của bộ lọc trước bộ khuếch đại tiếng ồn thấp để đảm bảo công suất truyền tối ưu và hệ số phản xạ tối thiểu. Sự phù hợp này là cần thiết cho thiết kế mạch RF. Ngoài ra, trở kháng đầu ra của LNA phải phù hợp với trở kháng đầu vào của bộ trộn phía sau để đảm bảo tín hiệu đầu ra của bộ khuếch đại có thể được đưa vào bộ trộn hoàn toàn không phản xạ. Các mạng phù hợp này bao gồm các dây microband và đôi khi là các thiết bị thụ động độc lập. Tuy nhiên, đặc tính điện của chúng ở tần số cao khác đáng kể so với ở tần số thấp. Như bạn cũng có thể thấy từ hình ảnh, một sợi dây vi băng thực sự là một dải đồng phủ với chiều dài và chiều rộng nhất định, được kết nối với điện trở flake, tụ điện và cảm ứng.

Sơ đồ B tga4506 sm PCB bố trí

Trong lý thuyết điện tử, một từ trường hình thành xung quanh dây dẫn khi dòng điện chạy qua nó; Khi dòng điện xoay chiều đi qua dây dẫn, một trường điện từ chuyển đổi chéo, được gọi là sóng điện từ, hình thành xung quanh dây dẫn.

Khi tần số của sóng điện từ thấp hơn 100 kHz, sóng điện từ được hấp thụ bởi bề mặt và không thể tạo thành truyền hiệu quả. Tuy nhiên, khi tần số của sóng điện từ cao hơn 100 kHz, nó có thể truyền trong không khí và được phản xạ bởi tầng điện ly ở rìa ngoài của khí quyển với khả năng truyền khoảng cách lớn. Chúng tôi gọi sóng điện từ tần số cao với khả năng truyền dẫn đường dài là tần số vô tuyến. Mạch tần số cao chủ yếu bao gồm các thành phần thụ động, các thành phần hoạt động và mạng thụ động. Các đặc tính tần số của các thành phần được sử dụng trong mạch tần số cao không giống như các thành phần trong mạch tần số thấp. Các thành phần tuyến tính thụ động trong mạch tần số cao chủ yếu là điện trở (điện dung), điện dung (điện dung) và cảm ứng (điện dung).

Trong lĩnh vực công nghệ điện tử, các đặc tính của RF pcb không giống như các bảng mạch tần số thấp thông thường. Lý do chính là các đặc tính của mạch trong điều kiện tần số cao không giống như trong điều kiện tần số thấp, vì vậy chúng ta cần sử dụng lý thuyết của mạch tần số vô tuyến để hiểu cách thức hoạt động của mạch tần số vô tuyến. Ở tần số cao, điện dung đi lạc và cảm ứng đi lạc có ảnh hưởng lớn đến mạch. Cảm ứng đi lạc tồn tại trong kết nối dây dẫn và tự cảm bên trong của chính thành phần. Có điện dung đi lạc giữa các dây dẫn mạch và giữa các thành phần và mặt đất. Trong các mạch tần số thấp, các thông số đi lạc này ít ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch. Khi tần số tăng lên, ảnh hưởng của các thông số đi lạc ngày càng nghiêm trọng. Trong các máy thu truyền hình băng tần VHF ban đầu, ảnh hưởng của các tụ điện đi lạc lớn đến mức không cần thêm tụ điện nữa.

Ngoài ra, có một hiệu ứng da trong mạch RF. Không giống như dòng điện DC, dòng điện chạy qua toàn bộ dây dẫn trong điều kiện DC, trong khi ở tần số cao trên bề mặt dây dẫn. Kết quả là, điện trở AC tần số cao lớn hơn điện trở DC.

Một vấn đề khác với bảng mạch tần số cao là ảnh hưởng của bức xạ điện từ. Khi tần số tăng lên, mạch trở thành bộ tản nhiệt khi bước sóng tương đương với kích thước mạch 12. Tại thời điểm này, các hiệu ứng khớp nối khác nhau xảy ra giữa các mạch, giữa mạch và môi trường bên ngoài, dẫn đến nhiều vấn đề nhiễu. Những vấn đề này thường không quan trọng ở tần số thấp.

Với sự phát triển của công nghệ truyền thông, tần số của các thiết bị truyền thông ngày càng tăng. Các mạch tần số vô tuyến (RF) và vi sóng (MW) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông. Thiết kế mạch tần số cao luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt của ngành công nghiệp. Các thiết bị bán dẫn mới cho phép mở rộng liên tục các hệ thống kỹ thuật số tốc độ cao và hệ thống tương tự tần số cao. Tần số sóng mang của hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến vi sóng (RFID) là 915MHz và 2450MHz; Tần số sóng mang của Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS) là 1227,60mhz và 1575,42MHz; Các mạch tần số vô tuyến trong các hệ thống thông tin liên lạc cá nhân hoạt động ở mức 1,9 GHz và có thể được tích hợp vào các thiết bị đầu cuối thông tin liên lạc cá nhân có kích thước nhỏ hơn; Liên kết thông tin liên lạc hệ thống phát sóng vệ tinh băng tần C bao gồm liên kết lên 4GHz và liên kết xuống 6GHz. Thông thường, các mạch này hoạt động ở tần số trên 1 GHz và xu hướng này sẽ tiếp tục khi công nghệ truyền thông phát triển. Tuy nhiên, nó đòi hỏi không chỉ các thiết bị và thiết bị đặc biệt, mà còn cả kiến thức lý thuyết và kinh nghiệm thực tế không được sử dụng trong các mạch DC và tần số thấp.

Vai trò của RF PCB Line Board:

1. Truyền tín hiệu:

Trong các mạch RF, tín hiệu thường có dải tần số cao, mở rộng từ hàng trăm kilohertz đến hàng chục gigahertz hoặc thậm chí cao hơn. Bảng mạch RF PCB thiết lập một kênh truyền ổn định cho các tín hiệu tần số cao này. Nó có thể đảm bảo rằng tín hiệu trong các thành phần điện tử khác nhau để đạt được hiệu quả cao, mất mát thấp, giảm hiệu quả suy giảm tín hiệu và biến dạng. Ví dụ, trong các hệ thống truyền thông không dây, PCB RF chịu trách nhiệm truyền tín hiệu RF yếu được thu thập bởi ăng-ten đến bộ khuếch đại RF, bộ lọc và các thành phần khác để xử lý tiếp theo, sau đó gửi tín hiệu được xử lý đến mạch cấp tiếp theo, cho phép chức năng nhận và gửi tín hiệu.

2. Thích nghi trở kháng:

Trong các mạch tần số vô tuyến, thích ứng trở kháng chiếm một vị trí quan trọng. Cho rằng các thành phần điện tử khác nhau và mô-đun mạch có giá trị trở kháng đầu vào và đầu ra khác nhau, để đạt được truyền tải điện tối đa và giảm thiểu phản xạ tín hiệu, thích ứng trở kháng phải đạt được với sự trợ giúp của thiết kế bảng mạch RF PCB. Bảng mạch PCB RF có thể đạt được sự thích ứng giữa các trở kháng khác nhau bằng cách điều chỉnh các thông số kích thước của đường dây (chẳng hạn như chiều rộng, độ dày, khoảng cách, v.v.) và sử dụng các yếu tố thích ứng trở kháng đặc biệt như dây microband, khớp nối, v.v. Ví dụ, tại cổng đầu ra của bộ khuếch đại công suất RF, trở kháng đầu ra cần phải được điều chỉnh để trở kháng đầu vào của ăng-ten để cải thiện hiệu quả truyền tải điện.

3. Bảo vệ điện từ:

Do tần số cao của tín hiệu tần số vô tuyến, nó rất dễ bị nhiễu điện từ bên ngoài. Bảng mạch RF PCB có thể làm suy yếu tác động bất lợi của nhiễu điện từ bên ngoài đối với mạch RF bằng cách sử dụng các chiến lược như che chắn, thiết kế nối đất, v.v. Lớp che chắn có thể hoạt động như một rào cản hiệu quả để cách ly bức xạ điện từ bên ngoài và tránh rò rỉ tín hiệu RF, do đó cải thiện hiệu suất chống nhiễu của mạch RF. Ngoài ra, thiết kế nối đất chất lượng cao giúp giảm tiếng ồn tiềm năng nối đất của mạch RF, do đó cải thiện chất lượng tín hiệu.

4. Tích hợp mạch:

RF PCB có thể tích hợp nhiều thành phần điện tử RF trên một bảng duy nhất để thu nhỏ và tích hợp các mạch RF. Với cách bố trí và thiết kế hợp lý, bộ khuếch đại RF đã đạt được. Bộ lọc. Máy xay sinh tố. Bộ dao động và các thành phần khác được tích hợp trên bảng mạch RF PCB, làm giảm kích thước và trọng lượng của mạch và cải thiện độ tin cậy và ổn định của hệ thống. Ví dụ, trong điện thoại thông minh và các thiết bị di động khác, bảng mạch PCB RF tích hợp nhiều mô-đun RF với nhau để truyền thông không dây. Bluetooth, GPS và các chức năng khác.