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论文范文蜂窝发射模块射频屏蔽方法探讨

论文类型:论文范文
论文字数:
论点:屏蔽,辐射,的是
论文概述:

这篇论文论述的是基于蜂窝发射模块的RF屏蔽方法的分析来解决什么样的屏蔽设计方法具有最佳效率这个问题,本论文由硕博论文网职称论文中心机械论文频道提供。

论文正文:

推广:本文讨论了基于蜂窝传输模块的射频屏蔽方法的分析,以解决屏蔽设计方法效率最高的问题。本论文由硕博纸网论文题目中心机械论文频道提供。

探索蜂窝传输模块的射频屏蔽方法
类似的问题可以使用射频屏蔽技术来降低电磁干扰和射频干扰相关辐射,并最大限度地降低对外部磁场的敏感度。那么,哪种屏蔽设计方法效率最高?这三部分系列讨论了当今蜂窝传输模块的有效射频屏蔽方法。

近年来,手机的形式、功能、性能和成本都发生了巨大的变化。不断发展的新技术催生了更小、更节能和高度集成的半导体器件,从而催生了更集成的便携式(移动)手机产品。

运营商正在提供附加服务,如短消息服务(SMS)、多媒体(MMS)和全球定位系统(GPS),而制造商已经在手机上增加了辅助无线功能,如调频射频和其他功能,如MP3播放器和数码相机。实现所有这些功能所需的形状和体积对手机设计师和硬件工程师提出了相当大的挑战。

因此,在印刷电路板层面工作的手机设计人员会遇到一些意想不到的核心问题,如集成器件之间的耦合、线路耦合和交叉干扰。所有这些问题都会导致更多的设计返工、手机外形缺乏通用性以及设计周期延长,进而增加手机开发成本。

在当今竞争激烈的市场压力下,这些因素对手机制造商和设计者开发手机的成功起着关键作用。

手机设计早期发现的一个有助于解决这些核心问题的领域是广泛使用屏蔽。屏蔽降低了电磁干扰和射频干扰,大大削弱了有害辐射,并减轻了由此造成的灾害。目前,屏蔽与射频频率密切相关,因为所有射频通信标准都有一定的要求,以尽量减少不希望的辐射。

屏蔽效果的特征在于它能在很宽的光谱范围内衰减辐射信号的程度。例如,带有活动盖的金属“容器”可以形成屏蔽,或者容器本身可以直接固定到印刷电路板上。盖子结构对于调节非常有用,因此它经常用于电视调谐器和其他应用中,但是护罩的有效性高度依赖于盖子和容器之间的电连接。

它基于射频屏蔽所基于的基本概念:时变电磁场在导体中的场线周围感应电流。因此,完美导体中的感应电流将产生与感应场相反的电磁场,从而抵消导体中的场线。

因此,屏蔽体中过多的孔、槽和开口会降低屏蔽效果,因为感应电流只能在导体上存在自由电子的部分流动。导体(容器)中的开口意味着没有自由电子,这将导致电流找到其他方式沿着开口流动,从而使得感应场不能完全抵消感应场。

表皮深度是另一个重要因素,它由电磁波穿透导电膜的能力决定。特别是当低频特别重要时,需要更厚的薄膜来有效地屏蔽辐射的射频信号。

在本次讨论中,与屏蔽相关的焦点将集中在当今移动电话设计中的一个常见射频半导体元件——蜂窝传输模块(TxM)。简而言之,热膨胀阀是由一种类似印刷电路板的基板组成,管芯和无源器件固定在基板上。该组件然后被包覆成型,之后可以焊接到电话印刷电路板上。

这个例子特别有用,因为它为移动电话中的任何元件产生最大辐射功率,这可能导致电磁干扰和射频干扰。此外,总的来说,TxM与矩形波导的尺寸相似。根据波扎[1],矩形波导的截止频率是:

其中“m”和“n”代表模式,“mu”和“e”分别代表磁导率和介电常数,等式1表示如果维度“a”大于“b”,主导模式是TE10。等式表明,正如我们所预期的,截止频率随着开口“A”的尺寸减小而增加。当防护罩上有几个开口时,等式变得更加复杂,进一步强调了根本没有开口的重要性。

金属屏蔽容器继续被用来屏蔽手机的TxM和射频部件,使其不受外界影响;然而,最近TxM内部有嵌入屏蔽的趋势。就TxM屏蔽而言,已经开发了几种屏蔽TxM的方法。其中一种方法是使用由简单金属容器组成的嵌入式护罩,但是该方法需要在容器中打开多个孔,以允许注射模制化合物容易地流过整个模块,这是模块化组装所必需的。

然而,根据上述波导理论,屏蔽效果不仅与屏蔽上开口的大小有关,还与开口的数量有关。开口的数量越多,效率的降低就越大。

RFMD已经开发出一种专利的微型半导体集成射频屏蔽替代技术。集成屏蔽将在封装的半导体注射成型填料的外部包裹一薄层金属作为整个组装过程的最后步骤。该技术实现的屏蔽对模块高度影响很小,可在降低电磁干扰和射频干扰辐射的生产中重复使用。

为了证实微屏蔽技术优异的能量效率,使用射频3178 TxM(图1)在测试载体上测试辐射。

测试结果清楚地表明,两种屏蔽技术的性能存在显著差异:微屏蔽技术明显优于嵌入式屏蔽技术。就辐射衰减而言,微半导体集成射频屏蔽技术平均比嵌入式技术好15dB。

然而,作为TxM设计师,要得到这些结果并不容易。从TxM设计的角度来看,增加屏蔽给设计者带来了一些问题。首先,下一个屏蔽和电磁辐射电路改变了它的频率响应,这不再与“普通(未安装)”和完全调整的TxM一致,从而改变了屏蔽电路的性能。

这些效应可以更好地观察到,尤其是在较高的频率下。这样,在增加屏蔽时,建模和电磁仿真对于保证良好的效果具有重要意义。

因为3D电磁仿真耗时,所以从一个不太复杂的电路开始,根据电路的复杂性和需要提供足够精度的四面体元素的数量来确定其重要的关键部分是非常有帮助的。例如,根据场论,不难得出结论,两条载波信号线越近,它们越倾向于产生更大的耦合。

这些信号线携带时变电荷,这些电荷嵌入衬底中并被诸如接地层的金属覆盖,从而当施加外部屏蔽时,在场线上基本上没有额外的干扰。只有信号线、元件或线绑定在其各自的场线中面临显著变化,因为这些元件暴露于空气体或作为边界条件包覆成型。

图2示出了功率放大器部分与包覆成型TxM的输出匹配,其有两种情况:没有屏蔽和屏蔽施加在包覆成型上。双端口仿真是由安软件的三维电磁软件工具HFSS实现的。

虽然输出匹配仅代表整个TxM中无源电路的一小部分,但它在确定耦合机制和高阶谐波影响方面仍然有效。

第二个焦点是微带线附近的场线,它在接地面附近最强。只要屏蔽和接地面之间的距离明显大于微带线和接地面之间的距离,增加的屏蔽的影响就最小。表面安装电感与接地层的线路绑定和直接耦合较弱。当应用屏蔽时,场线预计会改变。图3示出了3D模拟的电场分布。
图3显示了无屏蔽输出匹配的电磁模拟,其电场以伏特/米表示。深红色表示强磁场线,而深蓝色表示电场实际上不存在。正如预期的那样,表面安装电感器和接合线附近的场线不太稳定,因此如果在包覆成型中添加屏蔽,则更有可能受到影响。下一步是绘制和检测双端口S参数仿真中的任何变化,包括屏蔽和不屏蔽高阶谐波。

输出匹配3D电磁仿真(图4)揭示了较高频率下谐振的变化。在TxM中,电路远比简单的输出匹配复杂。此外,从仿真中可以看出,为避免高阶谐波而实现的对高品质通道的影响将显著大于对单谐振的简单改变。

最后的任务是测量无屏蔽的热膨胀阀的辐射,并使用集成射频屏蔽技术将结果与热膨胀阀进行比较。为了实现精确测量,必须避免待测试印刷电路板上连接器和其他板上电路的射频功率泄漏。因此,为这些测量设计的测试板包括几个独立的屏蔽容器。

所有辐射测量都是在丹麦哥本哈根的德尔塔科技公司进行的。测试设备放置在非吸收和非反射材料的表面上(图5)。在该测试中,另一种TxM产品(RF3282)被用作测试载体。

该图显示了射频3282 TxM的辐射功率。红色图显示不带屏蔽的TxM,蓝色图显示带微屏蔽的TxM。注意:为了清楚地显示两个被测设备之间的差异,蓝色图像稍微向右移动。如图所示,微屏蔽集成射频屏蔽显著降低了辐射功率。在10.5千兆赫时只有一个警告。它表明存在另一种模式(腔模式),或者结果可能与流经屏蔽表面的接地电流有关。然而,辐射功率的平均衰减可以达到15dB或更高。

讨论了微屏蔽技术在抑制电磁干扰和射频干扰方面的优势,提高了满足协议要求的能力。此外,微屏蔽集成射频屏蔽(MicroShield integrated RF shielding)还将外部电磁干扰/射频干扰的影响降至最低,从而弱化了手机设计中的性能漂移问题。

随着手机设计者和制造商越来越依赖手机平台来满足他们的时间和成本要求,器件对印刷电路板布局的敏感性是一个关键因素。过去,当这些平台用于不同的移动电话设计时,性能会受到影响,因为电磁干扰和射频干扰辐射通常是性能不一致的主要原因。

借助支持微屏蔽的射频器件,手机制造商能够像任何对电磁干扰/射频干扰不敏感的器件一样放置高度复杂的射频模块,从而提供真正的“即插即用”解决方案,能够适应印刷电路板的变化和布局的变化。通过避免对印刷电路板布局的敏感性,MicroShield避免了重新调整电路的风险,从而加快了上市过程并降低了射频实现的成本。