射頻/微波PCB的信號(hào)注入"法門(mén)"

　　將高頻能量從同軸連接器傳 遞到印刷電路板(PCB)的過(guò)程通常被稱為信號(hào)注入，它的特征難以描述。能量傳遞的效率會(huì)因電路結(jié)構(gòu)不同而差異懸殊。PCB 材料及其厚度和工作頻率范圍等因素，以及連接器設(shè)計(jì)及其與電路材料的相互作用都會(huì)影響性能。通過(guò)對(duì)不同信號(hào)注入設(shè)置的了解，以及對(duì)一些射頻微波信號(hào)注入方 法的優(yōu)化案例的回顧，性能可以得到提升。

　　實(shí)現(xiàn)有效的信號(hào)注入與設(shè)計(jì)相關(guān)，一般寬帶優(yōu)化比窄帶更有挑戰(zhàn)性。通常高頻注入隨著頻率升高而更加困難，同時(shí)也可能隨電路材料的厚度增加，電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加而有更多問(wèn)題。

　　信號(hào)注入設(shè)計(jì)與優(yōu)化

　　從同軸電纜和連接器到微帶PCB 的信號(hào)注入如圖1 所示。穿過(guò)同軸電纜和連接器的電磁(EM)場(chǎng)分布呈圓柱形，而PCB 內(nèi)的EM 場(chǎng)分布則是平面或矩形。從一種傳播介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，場(chǎng)分布會(huì)改變以適應(yīng)新環(huán)境，從而產(chǎn)生異常。改變?nèi)Q于介質(zhì)類型;例如，信號(hào)注入是從同軸電纜和連接 器到微帶、接地共面波導(dǎo)(GCPW)，還是帶線。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信號(hào)注入。

　　優(yōu)化涉及幾個(gè)變量。了解同軸電纜/ 連接器內(nèi)EM 場(chǎng)分布很有用，但還必須將接地回路視為傳播介質(zhì)的一部分。它對(duì)實(shí)現(xiàn)從一種傳播介質(zhì)到另一種傳播介質(zhì)的平穩(wěn)阻抗轉(zhuǎn)變通常是有幫助的。了解阻抗不連續(xù)點(diǎn)處的容 抗和感抗讓我們能夠理解電路表現(xiàn)。如果能夠進(jìn)行三維(3D)EM 仿真，就可以觀察到電流密度分布。此外，最好將與輻射損耗有關(guān)的實(shí)際情況也考慮其中。

　　雖然信號(hào)發(fā)射連接器和PCB 之間的接地回路可能看上去不成問(wèn)題，從連接器到PCB的接地回路非常連續(xù)，但并不總是如此。連接器的金屬和PCB 之間通常存在著很小的表面電阻。連接不同部件的焊店和這些部件的金屬的電導(dǎo)率也有很小的差異。在RF 和微波頻率較低時(shí)，這些小差異的影響通常較小，但是頻率較高時(shí)對(duì)性能的影響很大。地回流路徑的實(shí)際長(zhǎng)度會(huì)影響利用給定的連接器和PCB 組合能夠?qū)崿F(xiàn)的傳輸質(zhì)量。

　　如圖2a 所示，在電磁波能量從連接器引腳傳遞到微帶PCB 的信號(hào)導(dǎo)線時(shí)，回到連接器外殼的接地回路對(duì)于厚微帶傳輸線來(lái)說(shuō)可能會(huì)太長(zhǎng)。采用介電常數(shù)較高的PCB材料會(huì)增加接地回路的電長(zhǎng)度，從而使問(wèn)題惡化。通路延 長(zhǎng)會(huì)引發(fā)具有頻率相關(guān)性的問(wèn)題，進(jìn)而產(chǎn)生局部的相速和電容差異。二者都與變換區(qū)內(nèi)的阻抗相關(guān)，并且會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生回波損耗差異。理想情況下，接 地回路的長(zhǎng)度應(yīng)最小化，使得信號(hào)注入?yún)^(qū)不存在阻抗異常。請(qǐng)注意，圖2a 所示之連接器的接地點(diǎn)只存在于電路底部，而這是最糟糕的情況。很多RF 連接器的接地引腳與信號(hào)在同一層。這種情況下，PCB 上也會(huì)設(shè)計(jì)接地焊盤(pán)在那里。

　　圖2b 展示了接地共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)微帶信號(hào)注入電路，在這里，電路的主體是微帶，但信號(hào)注入?yún)^(qū)是接地共面波導(dǎo)(GCPW)。共面發(fā)射微帶很有用，因?yàn)樗軌驅(qū)⒔拥鼗芈?最小化，并且還具有其它有用特性。如果使用信號(hào)導(dǎo)線兩邊均有接地引腳的連接器，那么接地引腳間距對(duì)性能有重大影響。已經(jīng)證明該距離影響頻率響應(yīng)。

　　圖2. 厚微帶傳輸線電路和較長(zhǎng)的到連接器的地回流路徑(a)接地共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)微帶的信號(hào)注入電路(b)。

　　在利用基于羅杰斯公司10mil 厚RO4350B 層壓板的共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)微帶微帶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用了共面波導(dǎo)口接地間距不同，但其他部分類似的連接器(見(jiàn)圖3)。連接器A 的接地間隔約為0.030"，而連接器B 的接地間隔為0.064"。這兩種情況下，連接器發(fā)射到同一電路上。

　　圖3. 利用具有不同接地間隔的類似端口的同軸連接器測(cè)試共面波導(dǎo)轉(zhuǎn)微帶電路。

　　x 軸表示頻率，每格5 GHz。微波頻率較低(< 5 GHz)時(shí)，性能相當(dāng)，但頻率高于15 GHz 時(shí)，接地間隔較大的電路性能變差。連接器類似，雖然這2 種型號(hào)的引腳直徑稍有不同，連接器B 的引腳直徑較大并且設(shè)計(jì)用于較厚的PCB 材料。這也可能會(huì)導(dǎo)致性能差異。