射頻/微波PCB的信號注入“法門”

將高頻能量從同軸連接器傳 遞到印刷電路板（PCB）的過程通常被稱為信號注入，它的特征難以描述。能量傳遞的效率會因電路結(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)計及其與電路材料的相互作用都會影響性能。通過對不同信號注入設(shè)置的了解，以及對一些射頻微波信號注入方 法的優(yōu)化案例的回顧，性能可以得到提升。
　　實現(xiàn)有效的信號注入與設(shè)計相關(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題。
　　信號注入設(shè)計與優(yōu)化
　　從同軸電纜和連接器到微帶PCB 的信號注入如圖1 所示。穿過同軸電纜和連接器的電磁（EM）場分布呈圓柱形，而PCB 內(nèi)的EM 場分布則是平面或矩形。從一種傳播介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，場分布會改變以適應(yīng)新環(huán)境，從而產(chǎn)生異常。改變?nèi)Q于介質(zhì)類型；例如，信號注入是從同軸電纜和連接 器到微帶、接地共面波導（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注入。
　　優(yōu)化涉及幾個變量。了解同軸電纜/ 連接器內(nèi)EM 場分布很有用，但還必須將接地回路視為傳播介質(zhì)的一部分。它對實現(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)點處的容 抗和感抗讓我們能夠理解電路表現(xiàn)。如果能夠進行三維（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)的實際情況也考慮其中。
　　雖然信號發(fā)射連接器和PCB 之間的接地回路可能看上去不成問題，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率也有很小的差異。在RF 和微波頻率較低時，這些小差異的影響通常較小，但是頻率較高時對性能的影響很大。地回流路徑的實際長度會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 的信號導線時，回到連接器外殼的接地回路對于厚微帶傳輸線來說可能會太長。采用介電常數(shù)較高的PCB材料會增加接地回路的電長度，從而使問題惡化。通路延 長會引發(fā)具有頻率相關(guān)性的問題，進而產(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)，并且會對其產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生回波損耗差異。理想情況下，接 地回路的長度應(yīng)最小化，使得信號注入?yún)^(qū)不存在阻抗異常。請注意，圖2a 所示之連接器的接地點只存在于電路底部，而這是最糟糕的情況。很多RF 連接器的接地引腳與信號在同一層。這種情況下，PCB 上也會設(shè)計接地焊盤在那里。
　　圖2b 展示了接地共面波導轉(zhuǎn)微帶信號注入電路，在這里，電路的主體是微帶，但信號注入?yún)^(qū)是接地共面波導（GCPW）。共面發(fā)射微帶很有用，因為它能夠?qū)⒔拥鼗芈?最小化，并且還具有其它有用特性。如果使用信號導線兩邊均有接地引腳的連接器，那么接地引腳間距對性能有重大影響。已經(jīng)證明該距離影響頻率響應(yīng)。