微波技術 - SMA調諧器射頻訊號到PCB的方法及影響因素分析

SMA調諧器射頻訊號到印刷電路板的方法及影響因素分析

SMA調諧器連接到 印刷電路板

將高頻能量從同軸連接器傳輸到印刷電路板的過程 電路板(印刷電路板) is usually called signal injection, 其特點難以描述. 由於電路結構的不同，能量傳遞的效率有很大的不同. 因素，如 印刷電路板 資料及其厚度和工作頻率範圍, 以及連接器設計及其與電路資料的相互作用將影響效能. 通過瞭解不同的訊號注入設定，回顧射頻和微波訊號注入方法的一些優化案例, 效能可以提高.

實現有效的訊號注入與設計有關. 通常地, 寬帶優化比窄帶優化更具挑戰性. 通常地, 隨著頻率的新增，高頻注入變得更加困難, 而且隨著電路資料厚度的新增和電路結構的複雜性的新增，它也可能有更多的問題.

1：訊號注入設計與優化

同軸電纜和連接器到微帶的訊號注入 印刷電路板 如圖1所示. The electromagnetic (EM) field distribution through the coaxial cable and the connector is cylindrical, 而電磁場在 印刷電路板 是平的或矩形的. 從一種傳播介質到另一種傳播介質, 現場分佈將發生變化，以適應新環境, 導致异常. 變化取決於介質的類型：例如, 訊號注入是否從同軸電纜和連接器到微帶, grounded coplanar waveguide (GCPW), 或帶狀線. 同軸電纜連接器的類型也起著重要作用.

圖1：。 從同軸電纜和連接器到微帶的訊號注入。

優化涉及多個變數。 瞭解同軸電纜/連接器內的電磁場分佈很有用，但也必須將接地回路視為傳播介質的一部分。 通常有助於實現從一種傳播介質到另一種傳播介質的平滑阻抗過渡。 瞭解阻抗不連續處的電容電抗和電感電抗可以讓我們瞭解電路行為。 如果可以進行3維（3D）EM類比，則可以觀察到電流密度分佈。 此外，最好考慮與輻射損失有關的實際情況。

SMA調諧器連接

雖然訊號發射器連接器和 印刷電路板 可能沒什麼問題, 以及從接頭到的接地回路 印刷電路板 非常連續, 情况並非總是如此. 連接器的金屬和連接器之間通常有一個小的表面電阻 印刷電路板. 連接不同零件和這些零件的金屬的焊接車間的導電性也存在微小差异. 在低射頻和微波頻率下, 這些微小差异的影響通常很小, 但頻率更高, 對效能的影響很大. 接地回路的實際長度將影響使用給定接頭可以達到的傳輸質量，並且 印刷電路板 結合體.

如圖2a所示, 當電磁能量從連接器引脚傳輸到微帶的訊號線時 印刷電路板, 對於較厚的微帶傳輸線，回連接器外殼的接地回路可能太長. 使用 印刷電路板 介電常數較高的資料會新增接地回路的電力長度, 從而加劇了問題. 路徑的擴展將導致與頻率相關的問題, 從而產生局部相速度和電容差. 兩者都與變換區域中的阻抗有關，並會對其產生影響, 導致退貨損失差异. 理想的, 接地回路的長度應盡可能短，以便在訊號注入區域沒有阻抗异常. 請注意，圖2a所示連接器的接地點僅存在於電路底部, 這是最壞的情况. 許多射頻連接器的接地引脚與訊號位於同一層. 在這種情況下, 接地墊也設計在 印刷電路板.

圖2b顯示了接地共面波導到微帶訊號注入電路。 這裡，電路的主體是微帶，但訊號注入區域是接地共面波導（GCPW）。 共面發射微帶非常有用，因為它可以最小化接地環路，並且還具有其他有用的特性。 如果在訊號線兩側使用帶有接地插腳的連接器，則接地插腳間距會對效能產生重大影響。 已經表明，該距離會影響頻率回應。

圖2. Thick microstrip transmission line circuit and long ground return path to the connector (a) signal injection circuit from grounded coplanar waveguide to microstrip (b).

當使用共面波導到微帶進行實驗時，基於Rogers的10mil厚微帶 RO4350B層壓板, a connector with a coplanar waveguide with different ground spacing but similar other parts was used (see 圖3). 連接器A的接地間隔約為0.030', 連接器B的接地間隔為0.064'. 在這兩種情况下, 接頭傳輸到同一電路.

Figure 3. 使用具有不同接地間隔的類似埠的同軸連接器測試共面波導到微帶電路.

x軸表示頻率，每個分區5 GHz。 當微波頻率較低（<5=千兆赫）時，效能相當，但當頻率高於15=千兆赫時，接地間隔較大的電路效能會較差。 連接器類似，儘管這2=“”型號的引脚直徑略有不同，但連接器b=“”的引脚直徑更大，並且設計用於較厚的印刷電路板=“”>

A simple and effective signal injection optimization method is to minimize the impedance mismatch in the signal transmitting area. 阻抗曲線的新增基本上是由於電感的新增, 而阻抗曲線的下降是由於電容的新增. For the thick microstrip transmission line shown in Figure 2a (assuming that the dielectric constant of the 印刷電路板 資料含量低, 大約3個.6), 電線比連接器的內導體寬得多. 由於電路導線和接頭導線的尺寸差異較大, 在過渡過程中會發生強電容性突變. 通常地, 電容突變可以通過逐漸變細電路導線來减少其與同軸連接器引脚連接處形成的尺寸間隙來减少. 縮小 印刷電路板 wire will increase its inductance (or decrease its capacitance, 以抵消阻抗曲線中的電容突變.

必須考慮對不同頻率的影響。 較長的級配線對低頻率更敏感。 例如，如果在低頻時回波損耗很低，並且同時存在電容阻抗尖峰，則更適合使用更長的梯度線。 相反，較短的梯度線對高頻的影響較大。

對於共面結構，當相鄰接地板靠近時，電容會新增。 通常，通過調整漸變訊號線和相鄰接地層之間的間隔，在相應的頻帶內調整訊號注入區域的感應電容。 在某些情况下，共面波導的相鄰接地墊在梯度線的一段上更寬，以調整低頻段。 然後，漸變線的較寬部分中的音調變得較窄，並且較窄部分的長度不長，從而影響較高的頻帶。 一般來說，導線梯度的變窄會新增靈敏度。 梯度線的長度會影響頻率回應。 改變共面波導管的相鄰接地墊可以改變電容。 焊盤間距可以改變頻率回應，而頻率回應在電容的變化中起主要作用。

2個示例

圖4提供了一個簡單的示例. 圖4a是一條帶有細長錐形線的厚微帶傳輸線. 漸變線為0.018’ (0.46 mm) wide and 0.110’ (2.794 mm) long at the edge of the board, 最後變為線寬為50Ω的線寬為0.064’ (1.626 mm). 在圖4b和4c中, 漸變線的長度變短. 已選擇可在現場壓接的端子連接器，且未焊接, 囙此，在每種情况下使用相同的內部導體. The microstrip transmission line is 2’ (50.8 mm) long and is processed on a 30mil (0.76 mm) thick RO4350B? 介電常數為3的微波電路層壓板.66. 在圖4a中, the blue curve represents the insertion loss (S21), 波動很大. 相反, 圖4c中的S21波動次數最少. 這些曲線表明，梯度線越短, 效能越高.

圖4. The performance of three microstrip circuits with different gradation lines; the original design with a long and narrow gradation line (a), the length of the gradation line is reduced (b), and the length of the gradation line is further reduced (c).

也許圖4中最具說明性的曲線顯示了電纜、連接器和電路的阻抗（綠色曲線）。 圖4a中的大正向波峰值表示連接到同軸電纜的連接器埠1，曲線上的另一個峰值表示電路另一端的連接器。 由於漸變線的縮短，阻抗曲線上的波動减小。 阻抗匹配的改善是因為訊號注入區域的漸變線變得越來越寬和越來越窄； 較寬的漸變線减小了電感。

我們可以從優秀的訊號注入設計2瞭解更多關於注入區域的電路尺寸。 該電路也使用相同的板和厚度。 通過使用圖4的經驗，共面波導到微帶電路產生了比圖4更好的效果。 最明顯的改進是消除阻抗曲線中的感應峰。 事實上，這是由一些電感峰和電容穀引起的。 使用正確的梯度線來最小化電感峰值，並在注入區域使用共面接地墊耦合來新增電感。 圖5的插入損耗曲線比圖4c更平滑，回波損耗曲線也得到改善。

對於微帶電路，使用 印刷電路板 具有較高介電常數或不同厚度的資料或使用不同類型連接器的微帶電路, 圖4所示示例的結果不同.

備註：訊號注入是一個非常複雜的問題，受許多不同因素的影響。