编程|射频/微波PCB的信号注入设计与优化( 二 ) 程序员

图2：厚微带传输线电路和较长的到连接器的地回流路径（a）
接地共面波导转微带的信号注入电路（b）
在利用基于罗杰斯公司10mil 厚RO4350B 层压板的共面波导转微带微带进行实验时，使用了共面波导口接地间距不同，但其他部分类似的连接器（见图3）。连接器A 的接地间隔约为0.030\" ，而连接器B 的接地间隔为0.064\" 。这两种情况下，连接器发射到同一电路上。

图3：利用具有不同接地间隔的类似端口的同轴连接器测试共面波导转微带电路x 轴表示频率，每格5 GHz 。微波频率较低（< 5 GHz）时，性能相当，但频率高于15 GHz 时，接地间隔较大的电路性能变差。连接器类似，虽然这2 种型号的引脚直径稍有不同，连接器B 的引脚直径较大并且设计用于较厚的PCB 材料。这也可能会导致性能差异。
简单且有效的信号注入优化方法就是将信号发射区内的阻抗失配最小化。阻抗曲线上升基本上是由于电感增加，而阻抗曲线下降则是因为电容增加。对于图2a 所示之厚微带传输线（假设PCB 材料的介电常数较低，约为3.6），导线较宽- 比连接器的内导体宽得多。由于电路导线和连接器导线的尺寸差异较大，所以转变时会出现很强的容性突变。通常可以通过将电路导线逐渐变细以便减小它与同轴连接器引脚连接的地方形成的尺寸差距，来减小容性突变。将PCB导线变窄会增加它的感性，或者降低容性，从而抵消阻抗曲线内的容性突变。
必须考虑对不同频率的影响。较长的渐变线会对低频产更强的感性。例如，如果在低频回损较差，同时有一个容性阻抗尖峰，此时使用较长的渐变线就比较合适。反之，较短的渐变线对高频的作用就比较大。
对于共面结构，相邻接地面靠近时会增加电容。通常，通过对渐变信号线和相邻接地面间隔大小的调节，来在相应频段调节信号注入区的感性容性。某些情况下，共面波导的相邻接地焊盘在渐变线的一段上较宽，以调节较低的频段。然后，间距在渐变线较宽的部分变窄，变窄的部分长度不长，以影响较高频段。一般来说，导线渐变线变窄会增加感性。渐变线的长度影响频率响应。改变共面波导的邻近接地焊盘能够改变容性，焊盘间距之所以能够改变频响，其中对容性的改变起了主要作用。
实例
图 4 提供了一个简单实例。图4a 是一根具有狭长渐变线的粗微带传输线。渐变线在板边处宽0.018\"（0.46 mm），长0.110\"（2.794 mm），最后变成了宽0.064\"（1.626 mm）的50 Ω 线宽。在图4b 和4c 中，渐变线的长度变短。选用了现场可压接终端连接器，未焊接，所以每种情况均使用同一内导体。微带传输线长2\"（50.8 mm），加工在厚30mil（0.76 mm）的RO4350B微波电路层压板上，介电常数为3.66 。在图4a 中，蓝色曲线代表插入损耗（S21），波动很多。相反，图4c 内S21的波动数量最少。这些曲线表明，渐变线越短，性能越高。

图4：3个具有不同渐变线的微带电路的性能：具有狭长渐变线的原始设计（a）、减少渐变线的长度（b）和进一步减少渐变线的长度（c）
也许图4 中最能说明问题的曲线表明了电缆、连接器和电路的阻抗（绿色曲线）。图4a 中大的正向波峰代表连接着同轴电缆的连接器端口1 ，曲线上的另一个峰代表电路另一端的连接器。阻抗曲线上的波动由于渐变线的缩短而减小。阻抗匹配的改善是因为信号注入区的渐变线变宽，变窄；变宽的渐变线降低了感性。
我们能够从一个优秀的信号注入设计2 中了解更多注入区域电路尺寸的信息，这个电路也使用同样的板材和同样的厚度。一个共面波导转微带电路，通过利用图4 的经验，产生了比图4 更好的效果。最明显的改善是消除了阻抗曲线中的感性峰，事实上，这是部分感性峰和容性谷造成的。使用正确的渐变线是感性峰降到最低，同时使用注入区的共面接地焊盘耦合来增加感性。图5 的插入损耗曲线比图4c 平滑，回波损耗曲线也有所改善。对于采用介电常数较高或厚度不同的PCB 材料的微带电路或者采用不同类型的连接器的微带电路，图4 所示实例的结果不同。