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射频相关知识

1.功率/电平(dBm):一般单位为放大器的输出能力w、mw、dBm 注:dBm是取1mw以分贝为基准值的绝对功率电平。转换公式: 电平(dBm)=10lgw 5W → 10lg5000=37dBm 10W → 10lg10000=40dBm 20W → 10lg20000=43dBm 从上面不难看出,功率增加了一倍,电平值增加了3倍dBm 2、增益(dB):即放大倍数,单位可表示为分贝(dB)。 即:dB=10lgA(A为功率放大倍数) 3.插损:当某个装置或部件接入传输电路时,单位使用的衰减增加dB表示。 4.选择性:衡量工作频带内的增益和带外辐射的抑制能力。dB带宽是指增长下降3dB时的带宽,-40dB、-60dB同理。 5.驻波比(回波损耗):在行驻波状态下,波腹电压与波节电压之比。(VSWR) 6.三阶交调:如果有两个正弦信号ω1和ω2 由于非线性作用,会产生大量的互调分量,其中2ω1-ω2和2ω2-ω12个频率分量称为三阶交调分量,其功率P3和信号ω1或ω2的功率比称为三阶交调系数M3。 即M3 =10lg P3/P1 (dBc) 7.噪声系数:一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值,实际使用分贝计算。单位使用dB。 8.耦合度:耦合端口与输入端口的功率比,单位使用dB。 9.隔离度:本振动或信号泄漏到其他端口的功率与原功率之比,单位dB。 10、天线增益(dB):指天线向指定方向集中辐射发射功率的能力。一般来说,天线最大辐射方向的场强E各向同性天线均匀辐射场强E0相比,以功率密度增加的倍数定义为增益。Ga=E2/ E02。 11.天线方向图:是天线辐射的电磁波在自由空间的范围内。方向图宽度一般是指主瓣宽度从最大值下降一半时的夹角。 E平面方向图是与电场平行的平面内辐射方向图; H平面方向图是指与磁场平行的平面内辐射方向图。 方向图越宽,增益越低;方向图越窄,增益越高。 12.天线前后比:指最大正向增益与最大反向增益之比,用分贝表示。 13.单工:又称单频单工制,即收发使用相同频率。由于收发使用相同频率,收发不能同时进行,称为单工。 14、双工:又称异频双工制,即收发使用两种不同频率,任何一方在发言时都能收到对方的发言。 单工和双工都是移动通信的工作方式。 15、放大器:(amplifier)实现信号放大的电路。 16、滤波器:(filter)部件或设备通过有用频率信号抑制无用频率信号。 17、衰减器:(attenuator) 是一种由电阻元件组成的四端网络,其衰减和特性阻抗是与频率无关的常数。其主要用途是调整电路中的信号大小,改善阻抗匹配。 功分器:分配功率的装置。有二、三、四….功分器;接头类型分N头(50Ω)、SMA头(50Ω)、和F头(75Ω)三种是我公司常用的N头和SMA头。 18.耦合器:从主通道中提取部分信号的装置。根据耦合度分为5、10、15和20…. dB大功率耦合器可用于从基站提取信号。(300W),耦合度可为30~65dB中选;耦合器接头多采用N头。 19.负载:终端在某个电路(如放大器)或电气输出端口,接收电源的元件、部件或装置统称为负载。负载最基本的要求是阻抗匹配和可承受的功率。 20.环形器:单向传输信号的装置。 21、转接头:把不同类型的传输线连接在一起的装置。 22.馈线:是传输高频电流的传输线。 23、天线:(antenna)将高频电流或波导形式的能量转换为电磁波,并向规定方向发射,或将某一方向的电磁波恢复为高频电流。 1 层分布 1.1 双面板,顶层为信号层,底层为地平面。 1.2 四层板,顶层为信号层,第二层为地平面,第三层走电源、控制线。特殊情况下(如 射频信号线要穿过屏蔽壁),在第三层要走一些射频信号线。每层均要求大面积敷地。 2 接地 2.建议遵守以下要求:a) 射频 PCB 接地要求大面积接地;b) 在微带印刷电路中,底面为接地,必须光滑平整;c) 地面接触面镀金或镀银,导电电良好,以减少地线用性;d) 使用紧固螺钉与屏蔽腔紧密结合,紧固螺钉间距小于λ/20(视具体情况而定)。 2.2 根据电路的结构分布和电流的大小,将整个电路分为相对独立的组。每组电路都在 附近形成电路。调整每组高频滤波电容器的方向,减少电源电路。注意接地线应短直,禁止交叉重叠,减少公共阻抗造成的干扰。 2.当需要接地时,3 射频器件的接地 表面贴射频器件和滤波电容器,要求:a) 接地铜箔至少要有 2 根线;b) 在设备管脚附近用至少2个金属化过孔接地。c) 增加孔径,并联多个孔。d) 有些元件的底部是接地金属壳,在元件的投影区域加入一些接地孔,表层 不得布线。 2.4 微带电路接地 微带印刷电路终端单接地孔直径必须大于微带线宽,或大量密布小孔的终端接地。 2.5 接地工艺要求 a) 焊盘与过孔的距离可在工艺允许的前提下缩短; b) 在工艺允许的前提下,接地大焊盘可直接覆盖至少 6个接地过孔(具体数量因 焊盘大小而异); c) 当接地线需要一定距离时,应缩短线路长度,禁止超过λ/20,防止天线效应 导致信号辐射; d) 除特殊用途外,不得有孤立铜箔,铜箔上必须加地线过孔; e) 禁止在地线铜箔上伸出终端开路线。 3 屏蔽 3.1 射频信号可以在空气介质中辐射。空间距离越大,工作频率越低,输入输出端的寄 生耦合就越小,隔离度则越大。PCB 典型的空间隔离度约为 50dB。 3.2 应屏蔽敏感电路和强辐射源电路,但如果设计和加工困难(如空间或成本限制 等),则不能添加,但应做出最终决定。这些电路包括: a) 接收电路的前端是感电路,信号小,应屏蔽。 b) 必须屏蔽射频单元和中频单元。接收通道的中频信号会对射频信号造成很大的干扰。相反,发射通道的射频信号也会对中频信号造成辐射干扰。 c) 振荡电路:强辐射源应单独屏蔽。由于本振动电平较高,对其他单形成较大的辐射干扰。 d) 功放和天馈电路:辐射源强,信号强,要屏蔽。 e) 数字信号处理电路:强辐射源,高速数字信号陡峭的上下边缘会干扰模拟射频信号 。 f) 级联放大电路:总增益可能超过输出到输入端的空间隔离,以满足振荡 条件之一,电路可能会自我激励。如果腔内电路的同频增益超过 30-50dB,必须在 PCB 板 焊接或安装金属屏蔽板,以增加隔离度。在实际设计中,应综合考虑频率、功率和增益 是否添加屏蔽板。 g) 级联滤波器、开关和衰减电路:在同一屏蔽腔内,级联滤波器电路的外部衰减、级 级联开关电路的隔离度和级联衰减电路的衰减量必须小于 30-50dB。如果超过此值,必须在 PCB 板上焊接或安装金属屏蔽板,以增加隔离度。在实际设计中,应综合考虑频率、功率和增益,决定是否添加屏蔽板。 h) 收发单元混排时应屏蔽。 i) 数模混排时,对时钟线要包地铜皮隔离或屏蔽。 4 屏蔽材料及方法 4.1 常用的屏蔽材料为铜板、铜箔、铝板、铝箔等高导电材料。钢板或金属涂层、导电涂层等。 4.2 静电屏蔽主要用于防止静电场和恒定磁场的影响。应注意完善的 屏蔽体和良好的接地性两个基本要点。 4.3 电磁屏蔽主要用于防止交变磁场或交变电磁场的影响,要求屏蔽具有良好的导电 连续性,屏蔽必须与电路连接的参考平面,要求 PCB 中屏蔽地应尽可能靠近被屏蔽电路地。 4.4 对于某些敏感电路,可以设计一个辐射源强的电路PCB 上焊接的屏蔽腔,PCB 设计时应添加过孔屏蔽墙PCB 在靠近屏蔽腔壁的部位加入接地过孔。要求 如下: a) 有两排以上的过孔; b) 两排过孔错开; c) 同一排过孔间距小于λ/20; d) 接地的 PCB 禁止焊接铜箔与屏蔽腔壁的压接部位。 4.5 射频信号线在顶层穿过屏蔽壁时,应在屏蔽腔的相应位置打开槽门,门高大于 0.5mm,门宽应确保信号线与屏蔽体之间的距离大于 1mm。 5 屏蔽设计 5.1 金属屏蔽腔的基本结构 5.1.1 这种屏蔽被广泛使用,如图 27所示。材料一般为薄铝合金,制造工艺一般采用 压弯曲或压铸工艺,该屏蔽有更多的螺钉孔,便于螺钉固定。部分铝合金盖和 吸波材料需要提高屏蔽性能。PCB 需要安装在屏蔽腔内,选择合适的屏蔽腔尺寸,使其最低 谐振频率远高于工作频率,最好是 10 倍以上,见附录 G金属屏蔽腔尺寸设计。 5.1.2 屏蔽腔的高度一般为第一层介质厚度 15-20 倍以上。当屏蔽腔面积一定时,为了提高屏蔽腔的最低谐振频率,需要增加长宽比,以避免方形腔。 5.2 金属屏蔽腔对 PCB 布局工艺要求 5.2.1 屏蔽罩和 PCB 板接触罩的设计应考虑 PCB bottom 表面的设备高度,特别是插 设备引脚伸出的高度。 5.2.2 应考虑螺钉禁止区域的大小,以防止装配过程中损坏表面线路或设备。由于结构尺寸的限制,射频功率放大器板的单板尺寸相对较小,因此螺钉安装空间(禁止区域)至少需要在安装孔外焊接 盘。 5.2.3 金属屏蔽罩本身的成本和组装成本非常昂贵,不规则的金属屏蔽罩在制造过程中难以保证高精度和高平整度,限制了部件布局;金属屏蔽不利于部件更换和 故障定位。 5.2.4 尽可能保证屏蔽罩的完整性非常重要,进入金属屏蔽罩的数字信号线应尽可能进入 内层,RF 信号线可以从金属屏蔽罩底部的小间隙和接地间隙的布线层中走出,但间隙 应尽可能多地布置在周围,不同层的地面可以通过多个孔连接在一起。 5.2.5 为保证装配和维修,金属屏蔽罩周围5mm范围内不得超过其高度,Chip 小器件与屏蔽罩的距离应在2mm以上,其他器件距离应在3mm以上,且放置方向最好 符合方便的维护方向。 5.2.6 金属屏蔽罩内不得有高度以上的设备,从设备顶部到屏蔽罩的距离应符合安全规范要求。 5.2.7 需考虑 SMA 微带插座与 PCB 板接触时的高度匹配,否则焊接可靠性存在影响。设计时须考虑PCB板厚的公差(±10%),金属屏蔽腔的加工误差(±0.05mm)。建议 SMA 微带插座与 PCB 板的高度间隙不超过 0.5mm,插座与焊盘不允许有明显偏差。

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