图1信号从同轴电缆和连接器发射到微带。
将高频能量从同轴连接器传输到印刷电路板(PCB)通常被称为信号发射，它可能很难描述。能量传递的效率在不同的电路结构之间有很大的不同。PCB材料、厚度和工作频率范围等因素会影响性能，连接器设计及其与电路材料的相互作用也会影响性能。了解了这些问题，包括信号发射配置的差异，并通过回顾一些优化RF/微波信号发射的方法的示例，可以提高性能。
实现有效的信号发射取决于设计，宽带优化通常比窄带优化更具挑战性。高频发射的设计通常会随着频率的增加而增加难度，如果使用更厚的电路材料和更复杂的电路结构，问题就会更大。
信号发射设计与优化“，
中描述了从同轴电缆和连接器到微带PCB的信号发射图1．通过同轴电缆和连接器的电磁(EM)场具有圆柱形方向，而PCB中的电磁场具有平面或矩形方向。当磁场从一种传播介质转换到另一种传播介质时，它们会改变方向以适应新的环境，从而导致异常。这种转变取决于媒介的类型;是否进行信号发射，例如，从同轴电缆和连接器到微带、接地共面波导(GCPW)或带状线。同轴连接器的类型也起着重要的作用。
图2厚微带传输线电路和返回连接器(a)的加长接地返回路径的表示，接地共面发射微带电路(b)。
图3共面发射微带电路测试与类似端发射同轴连接器有不同的地面分离。
优化可能涉及几个变量。了解同轴电缆/连接器内的电磁场方向可能是有用的，但地面返回路径也必须被视为传播介质的一部分。实现从一种传播介质到另一种传播介质的平滑阻抗转换通常是有益的。了解阻抗连接处的容抗和感抗可以深入了解预期的行为。当可以进行三维EM模拟时，可以使用电流密度映射。此外，与辐射损失相关的最佳实践可以作为指导方针。
图4三种不同锥度微带电路的性能研究原来的设计有一个长而窄的锥度(a)，锥度长度减少(b)，锥度长度进一步减少(c)。
虽然信号发射连接器和PCB之间的地面返回路径似乎不是问题，但从连接器到PCB的地面返回路径理想情况下是连续和不间断的;但情况可能并非总是如此。在连接器的金属和PCB之间通常有一些小的表面电阻。在连接不同部件的焊料和这些部件的金属之间也可能存在微小的导电性差异。这些微小的差异通常在较低的射频和微波频率下影响较小，但在较高频率下会显著影响性能。地面返回路径的实际长度可以在使用给定连接器和PCB组合实现的发射质量中发挥作用。
作为图2一个如图所示，当电磁能量从连接器引脚转换到微带PCB的信号导体时，对于粗微带传输线来说，返回连接器外壳的地面路径可能很长。使用介电常数相对较高的PCB材料会导致接地回路中的电长度变长，从而加剧问题。这条路径的任何延长都会导致频率相关的问题，通常与相速度和电容的局部差异有关。两者相互关联，影响过渡区阻抗，造成回波损失的差异。理想情况下，地面返回路径的长度应该最小化，在信号发射区域没有阻抗异常。请注意，图2a中连接器的接地点只显示在电路的底部。这是最糟糕的情况。许多射频连接器与信号在同一层上都有接地脚。在这种情况下，PCB也会有接地垫。
图2 b表示共面发射微带电路，其中电路主体为微带，但信号发射区域为接地的共面波导(GCPW)。共面发射微带的优点在于它减少了地面返回路径，并具有其他有益的特性。当使用信号导体两侧有接地引脚的连接器时，接地引脚的分离距离会对性能产生重大影响。已经证明这个距离会影响频率响应。1
在罗杰斯公司(Rogers Corp.) 10微米厚RO4350B™层压板上共面发射微带的实验中，使用了类似的连接器，但在共面发射接口处有不同的地面间距(请参见图3）.连接器A的接地距离约为0.030”，而连接器B的接地距离为0.064”。在这两种情况下，连接器启动到电路上是一样的。
x轴表示频率，每一格代表5 GHz。在较低的微波频率(< 5 GHz)下，性能相当，但在15 GHz以上，具有较宽地分离的电路的性能下降。连接器是类似的，虽然有一个细微的差异在两个模型之间的引脚直径，连接器B有一个更大的引脚直径和设计用于较厚的PCB材料。这也可能是导致性能差异的原因。
优化信号发射的一种简单有效的方法是尽量减少信号发射区的阻抗不匹配。阻抗曲线的上升基本上是由于电感的增加，而阻抗曲线的下降是由于电容的增加。对于图2a所示的厚微带传输线(假设PCB材料的介电常数相对较低，约为3.6)，导体相对较宽——比连接器的中心导体宽得多。由于电路导体和连接器导体之间有很大的尺寸差异，在过渡处有很强的电容性尖峰。这通常可以通过将电路导体逐渐变细，在其与同轴连接器引脚连接的地方形成更窄的过渡来减少。缩小PCB导体使其更具感性(或更少电容性)，抵消阻抗曲线中的电容尖峰。
必须考虑频率相关的影响。在较长距离上出现的锥度比较短的锥度在较低频率下提供更大的感应效应。例如，如果信号发射在较低频率下具有较差的返回损失并且具有电容阻抗峰值，则可能适合采用较长的锥度。相反，短锥度对更高频率有更大的影响。
对于共面发射的几何结构，相邻的地平面在靠近信号导体时可以增加电容。频率相关的调整通常通过信号锥度和地平面间距的组合来根据需要修改信号发射的电感和电容。在某些情况下，共面间距在锥度的一定距离上是宽的，这与一些低频波段有关。然后在锥度的较宽部分和较短的距离上缩小间距以影响更高的频率。一般来说，减小导体锥度会增加电感。锥度的长度影响频率响应。改变相邻共面地间距会改变电容，相邻间距的距离会影响电容变化最有效的频带。
例子
图4提供一个简单的示例。图4a为粗微带传输线，其锥度又长又窄。锥度是0.018“(0.46毫米)宽开始在电路的边缘和超过0.110“(2.794毫米)的长度，它过渡到一个50 Ω导体的宽度，0.064“(1.626毫米)。在图4b和c中，锥度减小到更短的长度。使用现场使用的压力接触端发射连接器，且不焊接，因此每种情况下使用相同的连接器。微带传输线长度为2英寸(50.8毫米)，制作在30密耳(0.76毫米)厚的RO4350B™微波电路层压板上，介电常数为3.66。在图4a中，蓝色曲线表示插入损失(S21)，响应中有许多波纹。相反，S21图4c的波纹数最少。正如这些曲线所显示的，趋势是用更短的锥度来提高性能。
也许图4中最能说明问题的曲线显示了电缆、连接器和电路的阻抗(绿色曲线)。图4a中的大正峰表示连接到端口1电缆上的电路上的连接器。在同一曲线上，右边的峰值是电路另一端的连接器。大阻抗峰值随着锥度长度的减小而减小。信号发射区域阻抗匹配的改善是由于锥度变宽，锥度宽度的增加与电感的降低相关。
图5进一步优化的性能。
一个关于信号发射的很好的参考，2在其示例中使用相同的材料和材料厚度，提供了一些进一步了解信号发射区域的电路尺寸。一个共面发射微带构建与其建议(见图5)的性能优于图4。最明显的改进是消除阻抗曲线中的感应尖峰，这实际上是一个轻微的感应尖峰和轻微的电容倾斜的混合。拥有正确的锥度可以最小化感应尖峰，而额外的电容是由发射区域内相邻接地的共面线的耦合提供的。图5的插入损失曲线比图4c更平滑，返回损失曲线也有所改善。对于介电常数较高、厚度不同或使用不同连接器样式的PCB材料上的微带电路，图4中的示例将产生不同的结果。
信号发射是一个复杂的问题，可能受到许多不同因素的影响。本示例和这些指南旨在帮助设计人员理解一些基本原则。
参考文献
- Eric Holzman, RF和微波接地要领，Artech House，诺伍德，马萨诸塞州，2006年。
- Bill Rosas，“在薄和厚衬底上发射高达50 GHz宽带的设计和测试”，西南微波公司，坦佩，AZ, 2011，www.southwestmicrowave.com
