273
在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，射頻(RF)電路板設(shè)計已變得越來越復(fù)雜和關(guān)鍵。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，從5G移動通信到衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)，射頻電路的性能直接影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性。
射頻電路板設(shè)計是一項精細而復(fù)雜的工作，需要考慮許多特殊因素。
在設(shè)計過程中，阻抗匹配是最基本的要求。射頻信號路徑必須保持一致的特性阻抗，通常為50Ω，任何阻抗不連續(xù)點都會導(dǎo)致信號反射，從而降低系統(tǒng)性能。對于微帶線或帶狀線，可以通過調(diào)整線寬和介質(zhì)厚度來控制阻抗；對于差分線，還需要考慮線間距。在實際應(yīng)用中，使用阻抗計算器或電磁場仿真軟件來準(zhǔn)確計算阻抗是必不可少的步驟。
傳輸線的特性阻抗必須與負(fù)載相匹配才能實現(xiàn)最大的功率傳輸
良好的接地設(shè)計在射頻電路中至關(guān)重要。應(yīng)使用大面積、低阻抗的接地平面，避免接地平面中的開槽和切割。對于高頻部分，建議使用密集的過孔"縫合"連接多層接地平面，并在信號線兩側(cè)放置接地過孔，尤其是在頻率超過1GHz的電路中。這樣的設(shè)計可以有效降低接地阻抗，減少電磁干擾。
為昕Mars PCB軟件-過孔縫合
射頻PCB設(shè)計中所需的ground布局
射頻PCB堆疊布局
元件布局與走線對射頻性能有直接影響。設(shè)計師應(yīng)盡量減少關(guān)鍵信號路徑的長度，保持信號流的自然流向。在走線設(shè)計中，應(yīng)避免銳角彎曲，推薦使用45°角或弧形走線以減少反射和輻射。敏感電路如壓控振蕩器(VCO)和低噪聲放大器(LNA)應(yīng)該有獨立的屏蔽區(qū)域，同時高頻元件盡可能靠近其相關(guān)的去耦電容，以最小化寄生效應(yīng)。
為避免電路間的干擾，隔離與屏蔽技術(shù)是必不可少的。應(yīng)當(dāng)分隔數(shù)字和模擬/射頻部分，使用接地過孔墻來隔離不同電路區(qū)域。對于特別敏感的電路，可以考慮使用金屬屏蔽罩提供額外保護。高功率射頻區(qū)域與低噪聲電路之間應(yīng)當(dāng)保持充分隔離，以防止不必要的交叉干擾。
傳輸線設(shè)計需要根據(jù)頻率和板層結(jié)構(gòu)選擇適當(dāng)?shù)念愋汀ＮЬ€簡單實用但輻射損耗較大；帶狀線具有較好的屏蔽性能但制造相對復(fù)雜；而共面波導(dǎo)在某些應(yīng)用中可提供更好的性能和靈活性。設(shè)計師需要根據(jù)具體應(yīng)用場景權(quán)衡這些因素。
通過微帶線中的fence
射頻電路對電源質(zhì)量特別敏感，良好的電源完整性設(shè)計不容忽視。應(yīng)使用分層電源平面，并在每個電源引腳附近放置多個不同容值的去耦電容器。對于關(guān)鍵射頻組件，可能需要考慮專用的低噪聲穩(wěn)壓器，同時電源濾波和隔離網(wǎng)絡(luò)也是保證電源純凈的重要手段。
熱管理是射頻電路板設(shè)計中的另一個關(guān)鍵因素。射頻功率器件會產(chǎn)生大量熱量，可以使用覆銅區(qū)域提供散熱路徑，對高功率器件考慮使用散熱過孔陣列。在設(shè)計過程中，還需考慮組件的熱膨脹和機械穩(wěn)定性，以確保電路在各種環(huán)境條件下的可靠運行。
最后，射頻電路對制造公差非常敏感，因此在選材和制造規(guī)范方面需要特別注意。應(yīng)選擇適合射頻應(yīng)用的板材，如Rogers或Taconic等專用射頻材料，并明確指定介電常數(shù)和損耗切線的公差要求。同時，覆銅厚度的一致性也會影響阻抗控制，對關(guān)鍵線路可考慮進行控制阻抗測試以驗證設(shè)計。
銅箔表面粗糙度對高頻信號的影響
在實際射頻電路板的設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的頻率范圍、功率水平和應(yīng)用要求，綜合考慮上述各方面因素，才能設(shè)計出性能優(yōu)異、可靠穩(wěn)定的射頻電路板。
