屏蔽的微波PCB的共振預測

2016-12-10 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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測這些影響,就能提高大多數現代計算機輔助工程(CAE)仿真工具的精度。本系列文章分兩部分,通過對頻率、位置、以及屏蔽殼感應共振模式的本質特征的精確預測,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,以及兩者相應的共振頻率。對PCB電路仔細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,結果產生具有E場熱區及在4.1、7.2和8.3 GHz頻率處有預期場激勵的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。在這一區域,場強非常小,共振影響預期比第一個濾波器產生的影響小。用Ansoft HFSS 電磁(EM)軟件仿真也預測到對于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,我們應能預料到在4.2、 5.9、7.2、8.0和8.3 GHz頻率下有共振效應。出現在端口3的端口1的能量曲線圖如圖3示。注意:在預測的共振頻率處,有5個傳輸相當高的峰值。

屏蔽的微波PCB的共振預測ansys hfss圖片2

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

屏蔽的微波PCB的共振預測ansys hfss圖片3

屏蔽的微波PCB的共振預測HFSS培訓的效果圖片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部的高或者甚至最大的H場*點。

屏蔽的微波PCB的共振預測HFSS分析案例圖片5

以上簡單仿真用于證明屏蔽體內部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常快,所以,選擇電路布放來減小共振模式激勵可能還有相當大的爭議。

最后,再強調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,使共振頻率遠離設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應該在設計之前就確定,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,這里給出的信息應該能幫助工程師發現并排除現有設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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