【導(dǎo)讀】微波射頻電路在實際運行過程中,受自身電路設(shè)計和外界電磁環(huán)境的影響,會產(chǎn)生相應(yīng)的雜波干擾信號,影響整個射頻電路穩(wěn)定、可靠運行。雜波干擾信號特點各有不同,影響也存在差異化,從而導(dǎo)致相關(guān)的抗干擾工作較為復(fù)雜。為了有效解決這一問題,應(yīng)加強微波射頻電路雜波干擾問題技術(shù)分析,并針對性提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,提高微波射頻電路抗雜波干擾能力。
(射頻百花潭配圖)
本文在解決微波射頻電路抗干擾的技術(shù)問題決時,注重提高電路自身抗外部干擾的能力,通過電路內(nèi)部設(shè)計優(yōu)化,降低電路內(nèi)部的干擾,從而實現(xiàn)微波射頻電路的高抗雜波干擾能力。
1 微波射頻電路雜波干擾技術(shù)問題分析
(1)電磁環(huán)境復(fù)雜。在應(yīng)用過程中,微波射頻電路所處的電磁環(huán)境較為復(fù)雜、空間干擾源較多,使得微波射頻電路容易受到空間雜波信號的干擾,從而影響整個電路的指標(biāo)和正常運行。
(2)微波電路體積小導(dǎo)致電路復(fù)雜。隨著相控陣技術(shù)、多通道射頻TR前端的發(fā)展,對微波射頻前端電路的體積要求越來越小,從而導(dǎo)致微波內(nèi)部電路的復(fù)雜度提高,具體表現(xiàn)為設(shè)備、線路以及元器件之間的距離較近,存在交叉布置的問題,容易產(chǎn)生干擾。
(3)數(shù)?;旌喜及鍘砀蓴_。隨著微波射頻電路集成度的提高,數(shù)?;旌喜及逶絹碓匠R?,數(shù)字地和模擬地的分割、數(shù)字信號和模擬信號的交叉、數(shù)字電源和模擬電源的干擾等,會給模擬電路帶來干擾,影響電路質(zhì)量和指標(biāo)。
2 微波射頻電路雜波干擾技術(shù)改進(jìn)
2.1 針對空間電磁環(huán)境復(fù)雜的改進(jìn)技術(shù)
為了有效解決微波射頻電路電磁環(huán)境復(fù)雜的問題,可以從RF布局實施改進(jìn),具體包括物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計。
(1)物理分區(qū)設(shè)計。在實施物理分區(qū)方面:主要包括元器件布局、元器件朝向設(shè)置、金屬屏蔽功能設(shè)置等內(nèi)容。主要設(shè)計思想:相同功能電路布局到一塊,與其它功能電路進(jìn)行分區(qū)和空間隔離,干擾源獨立布置且獨立分腔設(shè)計或加屏蔽罩,實現(xiàn)電路與干擾源的隔離,避免產(chǎn)生干擾。
(2)電氣分區(qū)設(shè)計。電氣分區(qū)設(shè)計方面:具體包括電源分配、RF走線、敏感電路和信號以及接地分區(qū)。其中,與印地板具有連接關(guān)系的電源,必須進(jìn)行去耦處理,然后通過開關(guān)和穩(wěn)壓器實施分配。在PCB布線線寬選擇時,電源線直徑應(yīng)盡量較粗。高頻率放大器電源可以單獨設(shè)置電流線,盡量增加寬度,避免發(fā)生傳輸降壓問題。放大器、緩沖器、濾波器等設(shè)置時,RF輸出端應(yīng)與RF輸入端保持較大距離,避免其發(fā)生自激振蕩,從而造成強烈干擾。
2.2 針對電路體積小和復(fù)雜性高的電路改進(jìn)設(shè)計
在實踐中,針對微波射頻電路體積較小,復(fù)雜性較高,從而導(dǎo)致電磁干擾的問題,技術(shù)改進(jìn)的關(guān)鍵在于接收電路部分的優(yōu)化設(shè)計,從而提升電路的接收性能和電磁兼容性、減少整個電路板的成本和尺寸,節(jié)約空間。除此以外,還要進(jìn)行接地設(shè)計,消除敏感信號的強烈干擾。詳細(xì)設(shè)計如下。
(1)通過分塊處理優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)。針對微波射頻電路體積較小、復(fù)雜性較高的問題,應(yīng)進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,做到布局合理,距離適宜。采取電路分塊處理時,主要包括加高頻放大電路、混頻電路以及調(diào)節(jié)電路等內(nèi)容。最大限度的將強電信號和弱電信號分開設(shè)置,將數(shù)字信號電路和模擬信號電路分開設(shè)計。對于能夠完成同一功能的電路,應(yīng)盡量設(shè)置在一定范圍之內(nèi),縮小信號環(huán)路面積,節(jié)約電路空間。對于各部分電路的濾波網(wǎng)絡(luò),采取就近連接的模式,減少輻射,降低被干擾的幾率,提高電路抗干擾能力。
(2)合理進(jìn)行構(gòu)件距離設(shè)置。微波射頻電路內(nèi)部的元器件、線路、設(shè)備等之間的距離是否合理,將會直接影響電路的抗干擾能力。通常情況下,距離越大,干擾信號越弱,距離越小,干擾信號越強。但由于電路體積有限,距離不適宜過大。下面以混頻管之間的距離設(shè)計為例,詳細(xì)說明。
在微波射頻電路的接收電路設(shè)計中,每一組電路中的兩個混頻二極管之間距離是否科學(xué)合理,皆會影響實際的信號接收效果。為了解決這一問題,可以優(yōu)化設(shè)計回波信號和本振信號產(chǎn)生的等值相移的距離。根據(jù)實踐研究,相移距離可以對混頻發(fā)生之后兩個調(diào)制信號共模和差模成分產(chǎn)生影響,從而影響差分放大器效率,影響整個電路。為了使濾波器輸出調(diào)制信號的效率最大化,必須增加差模信號幅度,即最大化,具體可以轉(zhuǎn)化為求解下述公式最大值。
在一個確定的電路之中,x和y則屬于正負(fù)號相同的常數(shù),函數(shù)主要受到相移距離φ影響,圖片能夠取值最大化的條件如下:
所以,φ的最優(yōu)解為π/2,AB兩點對應(yīng)的相移距離的最優(yōu)數(shù)值為λg/4。
(3)接地設(shè)計。通過電路接地設(shè)計,能夠抑制電磁噪聲、控制電磁干擾,盡量降低接地電阻阻抗,保證阻抗信號回流路徑最小。對于RF電路板,適宜采用多點串聯(lián)接地的模式,并對每個地線系統(tǒng)分開鋪設(shè),使其與高頻系統(tǒng)之間保持一定距離。地線選擇的原則為短、直、粗。例如,某電路為雙面板且無地線層,在進(jìn)行接地線寬度設(shè)置時,應(yīng)不低于1.5mm。地線布置如圖1所示。
圖1 地線的直尺結(jié)構(gòu)與非直尺結(jié)構(gòu)
2.3 數(shù)?;旌喜及逑碌牡胤指詈蜑V波處理改進(jìn)設(shè)計
(1)RF布線設(shè)計。布線設(shè)計工作開展,主要考慮走線寬度、線間距和走線阻抗的問題,通過布線設(shè)計解決地分割問題。RF走線具有短、直、粗的特點,應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置線寬度,且寬度應(yīng)體現(xiàn)一致性,初始阻抗合理分配。RF走線應(yīng)盡量位于表層,拐角位置角度以45度為宜。
(2)并行濾波器法。這一方法在實際應(yīng)用過程中,主要是在雜波出現(xiàn)概率較大的頻段之內(nèi),設(shè)置一組凹口位置具有差異性的雜波抑制濾波器,每個濾波器均可以對輸入信號實施濾波處理,并對輸出端每個濾波器輸出的雜波剩余情況進(jìn)行判定,選取剩余雜波最小的作為雜波抑制之后的輸出。
在設(shè)計時,信號抗干擾濾波器應(yīng)滿足以下要求:其一,截止頻率范圍較寬,在幾百KHz到幾百MHz之間。其二,濾波器的源阻抗與負(fù)載阻抗能夠與連接電路的阻抗相協(xié)調(diào)。其三,應(yīng)盡量保證濾波器的Q值較小?;谏鲜鲈瓌t,設(shè)置抗干擾濾波器電路如下所示:
圖2 抗干擾濾波器電路
(3)屏蔽設(shè)計。當(dāng)前使用的屏蔽結(jié)構(gòu)主要分為屏蔽格、屏蔽盒、雙層屏蔽、敷銅箔絕緣板屏蔽結(jié)構(gòu)四種類型。屏蔽電路布線應(yīng)遵循以下原則:其一,對于進(jìn)入金屬屏蔽罩的數(shù)字信號線,應(yīng)位于內(nèi)層,信號層位于接地層之上,中間沒有其他層結(jié)構(gòu);其二,RF信號線通過屏蔽罩缺口時,應(yīng)在缺口周圍大量布地,通過打過孔將不同層上的地連接在一起。
金屬屏蔽罩接地設(shè)計如果未滿足相關(guān)要求,將會影響屏蔽功能發(fā)揮。對于雙層屏蔽罩接地位置設(shè)置,應(yīng)考慮其對電流的影響情況,將信號電路輸出端與內(nèi)屏蔽罩連接在一起。梁屏蔽罩間連接、外屏蔽罩接地位置選在為信號電路輸出端。
3 結(jié)論
綜上說述,微波射頻電路雜波干擾技術(shù),存在電磁環(huán)境復(fù)雜、體積小、構(gòu)成復(fù)雜、數(shù)模板混合等問題,從而產(chǎn)生較大的干擾,不利于電路系統(tǒng)運行。可以合理進(jìn)行物理分區(qū)和電氣分區(qū)設(shè)計,改善其電磁環(huán)境,合理設(shè)置電路結(jié)構(gòu),改進(jìn)混頻管距離,節(jié)約空間,并設(shè)置接地,降低干擾。除此以外,還可以通過合理布線,優(yōu)化濾波器設(shè)計等進(jìn)行雜波處理,設(shè)置金屬屏蔽裝置,解決線模板混合設(shè)置的干擾問題。保證電路優(yōu)質(zhì)高效運行。
作者:孫建華,滕新友,牟光紅,李亮
來源:電子元器件與信息技術(shù)
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