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功放屏蔽殼的接地問題經典屏蔽盒

  射頻小信号放大器、功率放大器常常會用到屏蔽盒,如何設計、選擇合适的屏蔽盒呢?闆厚、接地、連接配接頭的頻率特性?本文對這些問題做簡要探讨。

目錄

  • 經典屏蔽盒
    • 問題1:接地問題
      • 解決辦法
    • 問題2:連接配接頭
    • 問題3:闆厚

經典屏蔽盒

  正常的射頻屏蔽盒是采用法蘭盤的形式,圖1為我們設計的另一款屏蔽盒GFShiled01,用于6GHz以下的電路:

功放屏蔽殼的接地問題經典屏蔽盒

圖1:常見的射頻功放屏蔽殼(型号:GFShield01)

  這樣的屏蔽殼是标準的屏蔽殼,密封性也好。但是缺點也是存在的。

問題1:接地問題

要了解射頻接地的問題,我們看一下圖2:

功放屏蔽殼的接地問題經典屏蔽盒

圖2:屏蔽殼的接地

  圖2是一個标準的射頻電路闆,四層銅,三層媒體,黃色的方塊代表射頻器件。頂層銅用來走射頻微帶線;第二層全部鋪地;第三層通常是電源,也可以用來走一些控制線路;第四層也是一樣,鋪地或者走其他的線路。

  射頻信号的接地是非常重要的,信号源(即上一級射頻電路)通過SMA頭連接配接到本級放大器,這時地是在屏蔽殼上,而我們放大器的參考地是在第二層銅上,那麼第二層銅和機殼的距離就是通過過孔連接配接的。從圖2可以看出,這樣的接地路徑是非常長的,其阻抗會對性能産生很大影響,特别是對于較高的射頻頻率,過孔容易呈現電感性,這時第二層銅的參考地就變成浮地了。

解決辦法

  解決辦法1:使用很薄的電路闆,比如使用羅傑斯Rogers的雙面闆,厚度可以選擇,比如0.254mm,還有更薄的選型。羅傑斯正常闆厚參見博文《羅傑斯Rogers4003,Rogers4350B标準厚度》https://blog.csdn.net/mzldxf/article/details/115037165

  但是很多産品的成本是有把控要求的,能用FR4滿足要求的就盡量使用FR4,而且除了射頻走線外,還有很多模拟電路或者簡單的數字電路,比如電源管理電路,這些電路的走線常常需要多層闆,這樣一來就會增加闆子的厚度,剛剛所說的羅傑斯的雙面闆就不夠了,因為底層銅一定是全鋪地的。

  解決辦法2:是打很多很多的過孔,另外要用螺絲或導電的焊劑将底層銅和屏蔽殼緊緊相連,任何接觸不良都會導緻“地”的不标準。

  解決辦法3:如果使用GFShield02這款屏蔽盒,好處就是其地回路非常短,在PCB闆的第二層就完美接地了,因為SMA頭的地深入到腔體内,和電路闆的地直接相連,地回路如圖3所示:

功放屏蔽殼的接地問題經典屏蔽盒

圖3:GFShield03屏蔽殼的接地回路

問題2:連接配接頭

  很多市場上标注的連接配接頭都是能到12.5 GHz或者18 GHz的,但是由于測試條件的變化,有時候一上電路闆就不是那麼回事了,很多在6 GHz就開始出現問題了,如圖4所示:

功放屏蔽殼的接地問題經典屏蔽盒

圖4:SMA連接配接頭反射測試

  如圖4所示,有些連接配接頭(紅色曲線),隻能工作到6GHz以内,6GHz附近出現了多模效應,反射也逐漸變大,而GFSMA03在10GHz處依然小于-10dB,實測在15GHz以内都小于-10dB。

問題3:闆厚

  很多屏蔽盒都是訂制的,是以不同客戶訂制的尺寸也不一樣,特别是闆子的厚度,就是SMA的信号芯距離屏蔽盒腔體底部的距離,由于涉及到電路闆的厚度是個非常關鍵的參數,在琳琅滿目的屏蔽盒中,大小尺寸和厚度都合适的屏蔽盒卻不那麼好找。

  我們設計這款屏蔽盒,對應1.6mm的闆厚,是标準闆厚,另外開了4個連接配接頭的孔,可供大家選擇,不使用的用膠封住即可,可以多功能使用,即可以用作放大器,也可以用作功分器,混頻器。建議配合選購GFSMA03一起使用。

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