Signalübertragung auf HF-Platine: Die physikalische Welt von MHz bis GHz
Der Frequenzbereich von Hochfrequenzsignalen (RF) wird normalerweise als 300 kHz bis 300 GHz definiert. In diesem breiten Frequenzband werden sich die Übertragungsart und Eigenschaften von Signalen auf Leiterplatten mit zunehmender Frequenz grundlegend ändern. Im Folgenden werden wir dieses Problem anhand mehrerer Kerndimensionen aufschlüsseln.
1, Zwei grundlegende Übertragungsmodi auf der HF-Platine
HF-Signale auf Leiterplatten haben nicht nur eine „Routing“, sondern lassen sich aufgrund der unterschiedlichen Energiekopplungsmethoden hauptsächlich in zwei Kategorien einteilen:
1. Leitungsgebundene Übertragung - entlang eines Kabels
Energie ist innerhalb der Übertragungsleitungsstruktur begrenzt und breitet sich entlang des Mediums zwischen dem Leiter und der Referenzebene aus. Dies ist die Hauptmethode zur Signalübertragung auf der HF-Platine, und die Verbindung zwischen Chips sowie zwischen Chips und Antennen basiert darauf.
Essenz: Die Signalführung und die Referenzmasseebene bilden zusammen ein Wellenleitersystem für elektromagnetische Wellen.
Anwendbare Szenarien: Verbindung auf Platinenebene, passendes Netzwerk, Filterschaltung
Hauptanforderung: Charakteristische Impedanzkontrolle (normalerweise 50 Ω single-ended/100 Ω differenziell).
2. Strahlungsübertragung -, die sich in Richtung Weltraum bewegt
Wenn die Länge der Übertragungsleitung mit der Wellenlänge des Signals vergleichbar ist, löst sich elektromagnetische Energie von den Zwängen des Leiters und strahlt in Form elektromagnetischer Wellen in den Weltraum aus.
Essenz: Die sich ändernden elektrischen und magnetischen Felder regen sich gegenseitig an und sorgen für eine selbständige Ausbreitung im Raum.
Anwendbare Szenarien: Antennenübertragung/-empfang, drahtlose Kommunikation
Beim Board-Level-Design muss Strahlung normalerweise unterdrückt werden (EMV-Anforderungen), und nur der Antennenteil ist absichtlich als Strahlungsquelle ausgelegt.
2, Kernübertragungsleitungsstruktur auf der HF-Platine
Die HF-Signale auf den Leiterplatten werden hauptsächlich über die folgenden drei Arten planarer Übertragungsleitungsstrukturen geleitet:
1. Microstrip - wird am häufigsten verwendet
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Struktur: Signalkupferfolie oben/unten + dielektrisches Substrat unten + Erdungsebene unten
Übertragungsmodus: Quasi-TEM-Modus (aufgrund der asymmetrischen Feldverteilung mit Luft oben und Medium unten)
Vorteile: Einfache Struktur, einfache Integration und Fehlerbehebung, schnelle Signalausbreitungsgeschwindigkeit
Nachteile: Strahlungsverlust, Störanfälligkeit
Anwendbarer Frequenzbereich: weit verbreitet von Hunderten von MHz bis zu mehreren zehn GHz