屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測

2016-12-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

屏蔽殼常用于保護微波印刷電路板(PCB)。屏蔽殼在保護PCB免受環(huán)境影響的同時,也會改變電路的電氣性能。如果了解屏蔽殼的影響以及如何預(yù)測這些影響,就能提高大多數(shù)現(xiàn)代計算機輔助工程(CAE)仿真工具的精度。本系列文章分兩部分,通過對頻率、位置、以及屏蔽殼感應(yīng)共振模式的本質(zhì)特征的精確預(yù)測,可以將屏蔽殼的影響降至最低,其技巧在第一部分作了概括。

避免不想要的共振模式的關(guān)鍵之一包括了解最大電場(E)和磁場(H)的知識,以及兩者相應(yīng)的共振頻率。對PCB電路仔細(xì)進行布局和布線可大大減少共振模式的影響。為論證這一方法,在屏蔽體附近放置了兩個濾波器,將第一個濾波器(A濾波器)置于屏蔽體中心位置,結(jié)果產(chǎn)生具有E場熱區(qū)及在4.1、7.2和8.3 GHz頻率處有預(yù)期場激勵的TM110、TM210和TM310模式。

相反,第二個濾波器(B濾波器)向屏蔽腔底部放置。在這一區(qū)域,場強非常小,共振影響預(yù)期比第一個濾波器產(chǎn)生的影響小。用Ansoft HFSS 電磁(EM)軟件仿真也預(yù)測到對于B濾波器那樣的放置共振影響要小許多(見圖1)。

屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測HFSS分析圖片1

另一個例子給出了一個電路與另一個電路不希望的耦合產(chǎn)生的影響(圖2)。連接到端口1到端口2的電路包括一根接地的微帶短截線,接到端口3到端口4的電路是一個階躍阻抗微帶低通濾波器。對表中描述的全部5種模式,兩個電路都在高H場附近。因此,我們應(yīng)能預(yù)料到在4.2、 5.9、7.2、8.0和8.3 GHz頻率下有共振效應(yīng)。出現(xiàn)在端口3的端口1的能量曲線圖如圖3示。注意:在預(yù)測的共振頻率處,有5個傳輸相當(dāng)高的峰值。

屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測ansys hfss圖片2

如果將相同的電路移入屏蔽殼內(nèi)(見圖4),將單接地的短截線置于TM110模式的H場零點,預(yù)期這一模式激勵應(yīng)該會降低(見圖4)。

屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測ansys hfss圖片3

屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測HFSS培訓(xùn)的效果圖片4

其余峰值仍然明顯,因為TM110模式下H場零點位置實際上是另一種模式下屏蔽體內(nèi)部的高或者甚至最大的H場*點。

屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測HFSS分析案例圖片5

以上簡單仿真用于證明屏蔽體內(nèi)部RF電路的布局和布線會影響共振模式下的激勵程度。此外,從上面E場和 H場曲線圖可以看出,如果激勵高階模式,則整個屏蔽體變熱非?？?所以,選擇電路布放來減小共振模式激勵可能還有相當(dāng)大的爭議。

最后,再強調(diào)也不過分的一點是電路的有效布局只能減少共振影響,但確實不能完全消除這些影響。消除這些會帶來問題的共振的唯一辦法就是改變屏蔽體尺寸,使共振頻率遠(yuǎn)離設(shè)計中存在的任何頻率,或者使用RF吸收器,實際上也是改變屏蔽殼的尺寸。

這里給出的信息只是一般概括,用于分解和解決會困擾RF設(shè)計的屏蔽腔共振問題。用此處給出的簡單公式可以粗略估計共振模式的頻率。主要和次要模式熱區(qū)應(yīng)該在設(shè)計之前就確定,這樣可避免激勵起不希望的模式這一缺陷。應(yīng)該確定最佳屏蔽尺寸,降低屏蔽共振的影響。此外,這里給出的信息應(yīng)該能幫助工程師發(fā)現(xiàn)并排除現(xiàn)有設(shè)計存在的屏蔽共振問題,也是一種辨別RF吸收器或金屬支撐桿的布放位置以消除共振模式的工具。

——維文信《印制電路世界》

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