射频/微波PCB的信号注入"法门"

将高频能量从同轴连接器传 递到印刷电路板（PCB）的过程通常被称为信号注入，它的特征难以描述。能量传递的效率会因电路结构不同而差异悬殊。PCB 材料及其厚度和工作频率范围等因素，以及连接器设计及其与电路材料的相互作用都会影响性能。通过对不同信号注入设置的了解，以及对一些射频微波信号注入方 法的优化案例的回顾，性能可以得到提升。 射频/微波PCB的信号注入是将高频能量从同轴连接器高效地传输到印刷电路板（PCB）的技术。这一过程涉及到多种因素，包括电路结构、PCB材料的特性和厚度、工作频率范围，以及连接器的设计和与PCB材料的交互。信号注入的效率和性能会因为这些因素的变化而显著变化。 了解同轴电缆和连接器的电磁场分布至关重要。同轴电缆内部的电磁场是圆柱形分布，而在PCB上则是平面或矩形分布。当信号从同轴转换到微带、接地共面波导（GCPW）或带线时，电磁场需要适应新的传播介质，这可能导致异常现象。连接器的类型也影响着能量传递，不同类型的连接器可能需要不同的匹配策略。 优化信号注入涉及到多个变量，包括接地回路的考虑。理想的接地回路应该尽量短，以减少阻抗不连续和异常。然而，实际中，连接器和PCB之间的接触电阻，以及不同金属材料的电导率差异，都可能在高频下产生显著影响。频率越高，这些微小差异对性能的影响越大。接地回路的长度会影响相速度和电容，进而影响阻抗匹配，导致回波损耗的差异。 例如，图2a展示了厚微带传输线中，从连接器到PCB信号导线的过长接地回路可能引起的阻抗问题。相比之下，图2b的GCPW转微带结构通过共面波导设计减少了接地回路，提高了性能。连接器的接地引脚间距也对频率响应有直接影响，更短的间距通常能提供更好的高频性能。 实验表明，即使在类似的连接器中，不同的接地间隔（如图3所示）也能显著影响电路在微波频率下的表现。在低于5 GHz的频率下，两种连接器的性能相近，但在15 GHz以上，接地间隔较大的连接器性能明显下降。 优化信号注入的一个有效方法是减小信号发射区的阻抗失配。这通常通过调整PCB导线的宽度和形状来实现，以减小与同轴连接器之间的电容或电感差异。对于厚微带传输线，较宽的导线会导致容性突变，可以通过逐渐减小导线宽度来抵消。不同长度的渐变线对不同频率有不同的影响，较短的渐变线更适合高频优化，而较长的渐变线则有利于低频性能的改善。 在共面结构中，调整信号线与相邻接地平面的距离可以控制电容，进一步优化阻抗匹配。此外，3D电磁仿真工具的应用可以帮助设计师观察电流密度分布，更精确地预测和解决信号注入中的问题。 射频/微波PCB的信号注入是一个复杂的过程，需要综合考虑材料、结构、频率和连接器设计等多个因素。通过深入理解这些因素的影响并进行细致的优化，可以显著提高电路的性能和稳定性。