Trasmissione del segnale su scheda RF: Il mondo fisico da MHz a GHz
La gamma di frequenza dei segnali a radiofrequenza (RF) è generalmente definita come 300kHz~300GHz. In questa ampia banda di frequenza, la modalità di trasmissione e le caratteristiche dei segnali sui circuiti stampati subiranno cambiamenti fondamentali all'aumentare della frequenza. Di seguito, analizzeremo questo problema da diverse dimensioni fondamentali.
1, due modalità di trasmissione di base sulla scheda RF
I segnali RF sulle schede elettroniche non hanno un solo “routing”, ma possono essere principalmente suddivisi in due categorie in base alle diverse modalità di accoppiamento dell’energia:
1. Trasmissione condotta - camminando lungo un cavo
L'energia è confinata all'interno della struttura della linea di trasmissione e si propaga lungo il mezzo tra il conduttore e il piano di riferimento. Questo è il principale metodo di trasmissione del segnale sulla scheda RF e su di esso si basa l'interconnessione tra chip e tra chip e antenne.
Essenza: il percorso del segnale e il piano di massa di riferimento formano insieme un sistema di guida d'onda per le onde elettromagnetiche.
Scenari applicabili: interconnessione a livello di scheda, rete di abbinamento, circuito di filtraggio
Requisito chiave: controllo dell'impedenza caratteristica (normalmente 50 Ω single ended/100 Ω differenziale).
2. Trasmissione irradiata - in movimento verso lo spazio
Quando la lunghezza della linea di trasmissione è paragonabile alla lunghezza d'onda del segnale, l'energia elettromagnetica si libererà dai vincoli del conduttore e si irradierà nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche.
Essenza: i campi elettrici e magnetici mutevoli si eccitano a vicenda e sostengono autonomamente la propagazione nello spazio.
Scenari applicabili: trasmissione/ricezione dell'antenna, comunicazione wireless
Nella progettazione a livello di scheda, le radiazioni solitamente devono essere soppresse (requisiti EMC) e solo la parte dell'antenna è progettata intenzionalmente come sorgente di radiazioni.
2, struttura della linea di trasmissione principale sulla scheda RF
I segnali RF sui circuiti stampati vengono condotti principalmente attraverso i seguenti tre tipi di strutture di linee di trasmissione planari:
1. Microstrip - il più comunemente usato
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Struttura: foglio di rame del segnale superiore/inferiore+substrato dielettrico inferiore+piano di messa a terra inferiore
Modalità di trasmissione: modalità Quasi TEM (a causa della distribuzione asimmetrica del campo con aria sopra e mezzo sotto)
Vantaggi: struttura semplice, facile integrazione e debug, elevata velocità di propagazione del segnale
Svantaggi: perdita di radiazioni, suscettibilità alle interferenze
Gamma di frequenza applicabile: ampiamente utilizzata da centinaia di MHz a decine di GHz