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与非网|射频工程师必看——经验分析总结


在电子学理论中 ， 电流流过导体 ， 导体周围会形成磁场；交变电流通过导体 ， 导体周围会形成交变的电磁场 ， 称为电磁波 。
电磁波频率低于 100khz 时 ， 电磁波会被地表吸收 ， 不能形成有效的传输 ， 但电磁波频率高于 100khz 时 ， 电磁波可以在空气中传播 ， 并经大气层外缘的电离层反射 ， 形成远距离传输能力 。 因此每秒变化小于 1000 次的交流电称为低频电流 ， 大于 1000 次的称为高频电流 ， 而射频就是这样一种高频电流 。 射频(Radio Frequency)简称 RF 。

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【与非网|射频工程师必看——经验分析总结】射频电路由无源元件、有源器件和无源网络组成 。 射频电路中使用的元器件频率特性与低频电路中的不一样 。 除了元器件频率特性与低频电路不同外 ， 在电子技术领域中射频电路的特性也不同于低频电路 。 在高频条件下 ， 杂散电容和杂散电感对电路的影响很大 。 在低频电路中 ， 这些杂散参数对电路的性能影响很小 ， 随着频率的增加 ， 杂散参数的影响越来越大 。 在早期的 VHF 频段电视接收机中的高频头 ， 以及通信接收机的前端电路中 ， 杂散电容的影响都非常大以至于不再需要另外添加电容 。
此外 ， 在射频条件下电路存在趋肤效应 。 与直流不同的是 ， 在直流条件下电流在整个导体中流动 ， 而在高频条件下电流在导体表面流动 。 其结果是 ， 高频的交流电阻要大于直流电阻 。
在高频电路中的另一个问题是电磁辐射效应 。 随着频率的增加 ， 当波长可与电路尺寸 12 比拟时 ， 电路会变为一个辐射体 。 这时 ， 在电路之间、电路和外部环境之间会产生各种耦合效应 ， 因而引出许多干扰问题 。
RF 电路板设计如同电磁干扰(EMI)问题一样 ， 一直是工程师们最难掌控的部份 。 虽然射频电路板设计上还有很多不确定性 ， 但是 RF 电路板设计还是有一定的法则可以遵循 。 下文将探讨与 RF 电路板分区设计有关的各种问题 。
五大经验总结
一、射频电路布局原则
在设计 RF 布局时 ， 必须优先满足以下几个总原则：
（1）尽可能地把高功率 RF 放大器（HPA）和低噪音放大器（LNA）隔离开来 ， 简单地说 ， 就是让高功率 RF 发射电路远离低功率 RF 接收电路；
（2）确保 PCB 板上高功率区至少有一整块地 ， 最好上面没有过孔 ， 当然 ， 铜箔面积越大越好；
（3）芯片和电源去耦同样也极为重要；
（4）RF 输出通常需要远离 RF 输入；
（5）敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和 RF 信；

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二、物理分区、电气分区设计分区
物理分区主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等问题；电气分区可以继续分解为电源分配、RF 走线、敏感电路和信号以及接地等的分区 。
1、物理分区问题
元器件布局可以看出 RF 设计的好坏 ， 最有效的技术是首先固定位于 RF 路径上的元器件 ， 并调整其朝向以将 RF 路径的长度减到最小 ， 使输入远离输出 ， 并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路 。
最有效的电路板堆叠方法是将主接地面（主地）安排在表层下的第二层 ， 并尽可能将 RF 线走在表层上 。 将 RF 路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感 ， 而且还可以减少主地上的虚焊点 ， 并可减少 RF 能量泄漏到层叠板内其他区域的机会 。
2、 RF 布线原则
RF 与 IF 走线应尽可能走十字交叉 ， 并尽可能在它们之间隔一块地 ， 正确的 RF 路径对整块 PCB 板的性能而言非常重要 ， 这也就是为什么元器件布局通常在手机 PCB 板设计中占大部分时间的原因 。 在手机 PCB 板设计上 ， 通常可以将低噪音放大器电路放在 PCB 板的某一面 ， 而高功率放大器放在另一面 ， 并最终通过双工器把它们在同一面上连接到 RF 端和基带处理器端的天线上 。 需要一些技巧来确保直通过孔不会把 RF 能量从板的一面传递到另一面 ， 常用的技术是在两面都使用盲孔 。 可以通过将直通过孔安排在 PCB 板两面都不受 RF 干扰的区域来将直通过孔的不利影响减到最小 。


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