EMC学习笔记（十四）射频PCB的EMC设计（一）
近十年来，移动通信飞速发展，在移动通信设备的设计、测试、安装和操作维护中，必须仔细考虑系统间、设备间、设备内部的器件间的EMC问题。EMC的控制技术中，屏蔽、滤波、接地是三项最基本的干扰抑制技术，主要是用来切断干扰的传输途径。
由于射频电路的特殊性，其PCB的设计与数字电路有不同点 。本章通过板材、隔离与屏蔽滤波、接地、布线等方面内容阐述射频PCB的EMC设计技术。
1.板材
开发人员通常需要根据电路的特性和产品成本综合选择板材，公司可选用的射频PCB板材分为以下两类:
1.1 普通板材
FR-4(阻燃型覆铜箔环氧玻璃布层压板)，介电常数在1GHz频率下测试为 Er=4.250.2，普通板材使用的板料有以下两种:
普通板料:玻璃化温度T=135C，成本低，工艺成熟;
UV板料: Tg=140C，有UV-BLOCKING阻挡紫外光的功能，性能优于普通板料，价格相同.相对专用板材来说，上面的两种板料介电常数不稳定，损耗大。介电常数不稳定时，电路元件与PCB间的分布电容会变化，从而引起电路的谐振频率、滤波器的中心频率等发生变化。射频功率放大电路对损耗的要求较高。因此在大功率电路中建议不选用这种板材。
1.2 射频专用板材
由以下两家公司提供。
TACONIC公司: 品牌好，规格齐全，价格适中
CER-10，10GHz下Er=10 0.05
TLX-0，10GHz下Er=2.45 0.04
TLX-8，10GHz下Er=2.55 0.04
TLX-6，10GHz下Er=2.65 0.04
TLC-30，10GHz下Er=3.0 0.05
RF-35，1.9GHz下Er=3.5士0.035
TLX-9，10GHz下Er=2.50 0.04
TLX-7，10GHz下Er=2.60 +0.04
TLC-27，10GHz下Er=2.75 土0.05
TLC-32，10GHz下Er=3.20 +0.05
ROGERS公司: 介电常数精度高，温度稳定性好，损耗小，常用于大功率电路。并且PCB制造、加工工艺与FR-4相同。加工成本低，但铜箔的附着力小。
RO4350，10GHz下Er=3.48 0.05
RO4003，10GHz下Er=3.38 0.05
2.隔离与屏蔽
2.1 隔离
这里所说的隔离也包括在空间上拉开距离 ，在同一个屏蔽腔内 布局时使输入和输出端拉开距离的两种基本方法是:
字布局，如图1所示，图中AT为衰减器，A1、A2为放大器。
有时由于空间限制，在同一个屏蔽腔内不能采用一字布局，要采用L形布局。如图2所示。
中AT为衰减器，A1、A2为放大器。 在同一个屏蔽腔内，不得采用Z形、U形、交叉布局。
2.2 器件布局
(1)、应注意信号走向，及器件间的相互作用;
(2)、感性器件应防止互感，与邻近的电感垂直放置;
(3)、在接收机输入端插入衰减器，衰减器对n 阶产物的衰减量是有用信号衰减量的n倍，例如，3dB衰减器将使三阶互调产物降低9dB，但对有用信号的衰减仍为3dB。由三个电阻组成的衰减器布局如图3(a)所示;
(4)、小功率放大器偏置电感的布局如图3(b)所示
2.3 敏感电路和强辐射电路
射频信号可以在空气介质中辐射 。空间距离越大、工作频率越低、输入输出端的寄生耦合就越小、隔离度就越大。射频PCB典型的空间隔离度约为50dB，对某些敏感电路、有强烈辐射的电路都要采取屏蔽措施。 下面列出的这些敏感电路和强烈辐射源电路要加屏蔽 ，但如果有难度时(比如空间限制、成本限制等) ，可以不加，但要做实验最终确定，这些电路有:
(1)、接收电路前端: 是敏感电路。信号很小，要采用屏蔽，
(2)、对射频单元和中频单元须加屏蔽。接收通道中频信号会对射频信号产生较大 干扰，反之，发射通道的射频信号对中频信号也会造成辐射干扰。
(3)、振荡电路:是强烈的辐射源。 对本振源要单独屏蔽，由于本振电平较高，对其他单元形成较大的辐射干扰。
(4)、功放及天馈电路: 是强烈的辐射源，信号很强，要屏蔽。
(5)、数字信号处理电路: 是强烈的辐射源，高速数字信号的陡峭的上下沿会对模拟的射频
信号产生干扰。
(6)、级联放大电路:总增益可能会超过输出到输入端的空间隔离度，这样就满足了振荡条件之一，电路可能自激。如果腔体内的电路同频增益超过30~50dB，必须在PCB板上焊接或安装金属屏蔽板，增加隔离度。 实际设计时要综合考虑频率、功率、增益情况决定是否加屏蔽板。
(7)、级联的滤波、开关、衰减电路: 在同一个屏蔽腔里，级联滤波电路的带外衰减、级联开关电路的隔离度、级联衰减电路的衰减量必须小于30 ~50dB。如果超过这个值，必须在PCB板上焊接或安装金属屏蔽板，增加隔离度。 实际设计时要综合考虑频率、功率、增益情况决定是否加屏蔽板。
(8)、收发单元混排时应屏蔽。
(9)、数模混排时，对时钟线要包地铜皮隔离或屏蔽。
2.4 屏蔽材料和方法
常用的屏蔽材料均为高导电性能材料，如铜板、铜箔、铝板、铝箔、钢板或金属镀层、导电涂层等。 静电屏蔽主要用于防止静电场的影响。应注意两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地性。 电磁屏蔽主要用于防止交变电场、交变磁场或交变电磁场的影响。要求屏蔽体具有良好的导电连续性，屏蔽体必须与电路 接在共同的地参考平面上，要求PCB中屏蔽地与被屏蔽电路地要尽量的接近。
对敏感电路、强烈辐射的电路要设计一个在PCB上焊接的屏蔽腔，PCB在设计时要加上“过孔屏蔽墙”，就是在PCB上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔。要求如下:
(1)、要有两排以上的过孔;
(2)、两排过孔相互错开:
(3)、同一排的过孔间距要小于入/20;
(4)、PCB与屏蔽腔壁焊接的部位禁止有绿油。
(5)、射频信号线在顶层穿过屏蔽壁时，要在屏蔽壁相应位置开一个槽门。 门高大于0.5mm，门宽要保证安装后信号线与屏蔽体间的距离，大于1mm。如图4所示。
2.5 屏蔽腔的尺寸
每块射频PCB都要装在屏蔽腔内，屏蔽腔有数量较多的谐振频率，谐振频率与屏蔽腔的机械尺寸有关，也与PCB的层结构、介质有关。在射频PCB设计中要关注最低谐振频率 ，当工作频率接近最低谐振频率时，部分能量被吸收，产生衰减的尖峰，从而影响电路的正常工作，因此应选择合适的屏蔽腔尺寸，使其谐振频率不要落在微带电路的工作频带内。图5所示的屏蔽腔最低振荡频率为:
在这里要特别说明一下b和h。当屏蔽腔内的PCB是多层板时，通常第二层是接地，与屏蔽腔体等电位， h就表示PCB的顶层到第二层的介质厚， b就是PCB的第二层到屏蔽腔内顶面的高度。
a是个关键尺寸，必须满足: a</2
式中入是工作频段高端频率在空气中 的波长。如果不满足公式，在盒内就可能产生波 导型传播。当反向传播的波构成正反馈时 ，频带内增益平坦度变坏，在某些频点上出现尖峰，反馈过强时，还容易出现自激振荡。
射频PCB都要装在屏蔽腔内，要选择合适的屏蔽腔尺寸，使其最低谐振频率远高于工作频率，最好10倍以上。屏蔽腔的高度一般为 第一层介质厚度15-20倍以上，要保证较高的元件能放进去。在屏蔽腔底面积一定的情况下，要想提高屏蔽腔的最低谐振频率 ，就要增加长 宽比。即避免正方形的屏蔽腔。
