屏蔽的微波PCB的共振預(yù)測(cè)

　　屏蔽殼常用于保護(hù)微波印刷電路板 (PCB)。屏蔽殼在保護(hù)PCB免受環(huán)境影響的同時(shí)，也會(huì)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(cè)這些影響，就能提高大多數(shù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)仿真工具的精度。本系列文章分兩部分，通過對(duì)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(cè)，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(chǎng)(E)和磁場(chǎng)(H)的知識(shí)，以及兩者相應(yīng)的共振頻率。對(duì)PCB電路仔細(xì)進(jìn)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(gè)濾波器，將第一個(gè)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(chǎng)熱區(qū)及在4.1、 7.2和8.3 GHz頻率處有預(yù)期場(chǎng)激勵(lì)的TM110、TM210和TM310模式。

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

另一個(gè)例子給出了一個(gè)電路與另一個(gè)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(gè)階躍阻抗微帶低通濾波器。對(duì)表中描述的全部5種模式，兩個(gè)電路都在高H場(chǎng)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(cè)的共振頻率處，有5個(gè)傳輸相當(dāng)高的峰值。

　　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(chǎng)零點(diǎn)，預(yù)期這一模式激勵(lì)應(yīng)該會(huì)降低(見圖4)。

其余峰值仍然明顯，因?yàn)門M110模式下H場(chǎng)零點(diǎn)位置實(shí)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(chǎng)*點(diǎn)。

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

　　最后，再強(qiáng)調(diào)也不過分的一點(diǎn)是電路的有效布局只能減少共振影響，但確實(shí)不能完全消除這些影響。消除這些會(huì)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(jì)中存在的任何頻率，或者使用RF吸收器，實(shí)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(huì)困擾RF設(shè)計(jì)的屏蔽腔共振問題。用此處給出的簡(jiǎn)單公式可以粗略估計(jì)共振模式的頻率。主要和次要模式熱區(qū)應(yīng)該在設(shè)計(jì)之前就確定，這樣可避免激勵(lì)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(jì)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。