某射频PCB的表面贴同轴连接器SMA信号质量优化过程

funeng3688

就是这个贴子的一楼检视意见，明确说一定要做3D电磁场仿真优化。
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https://www.eda365.com/thread-196210-1-1.html
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* h- U( a; q1 c& k
4 S! s& i: l4 D

funeng3688

; t( t5 b# F# U6 W4 W) G

微带线截面1，标准50欧。
% u# _7 }" f; y) T) G没有问题。

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: U( e1 r5 i# P6 ]) |3 O
2 C: d$ r; V, [: R

) w2 o, f& X% w6 y焊接区截面，平面电容面积很大，对比上面的微带线截面1，就能看出阻抗很低。
" a6 G: H$ ?3 M+ u' F. `严重不匹配。
除此之外，这个区域还承担了地平面回流作用（从PCB地平面回流到SMA接地管脚）。
3 J8 T1 ^& G, {6 t) ]7 d如果接地过孔太远，回流面积很大，相当于串联电感。



& ?, V; o' N/ |
. ?" h  Z5 {4 H9 [3 j
) P' v- a8 i1 Z  @; f/ @! u
% o. ]/ ]- c" \+ D/ E虽然阻抗可能高于50欧（根据经验），但由于过渡区很短，约0.5mm，与安装精度有关。
  F7 j  G; C- R7 _7 D基本不需要考虑阻抗不匹配问题。
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3 y9 \( ^% X2 S' b  Y# {




同轴本体截面，标准50欧。
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funeng3688

多层PCB建模之前要有厚度方向（Z轴）的尺寸位置规划。就是每一层铜皮的Z轴位置在哪？介质两个表面的精确Z坐标是多少？
: L% g1 `/ E9 k, l0 k! T. ^5 k如下所示：

这样就非常方便后续的3D建模过程。
5 b( {% V% O: _. u4 r6 ^模型中将三层地铜皮的厚度都设为零，是二维平面，用Profect E边界条件表示。
这种做法的好处是：二维平面永远不会跟3D结构有重叠冲突！后续建模过程少了很多布尔操作。
6 u5 [; L2 J3 c! q' z3 ]  |% H% ?地平面的厚度为零，对仿真结果的影响很小。

7 q+ B; N2 S" w/ G1 s但表面Top层铜皮厚度不能设置为零（图中设置为1.4mil），否则会影响阻抗，影响仿真精度。
& |* N1 h- Y* T7 E1 v- y# x6 b

funeng3688

5 w" L* W5 b7 I2 |
9 f9 e1 P8 ]! k! tPCB层叠结构如下图所示：
' s4 z: r/ _/ i. w' o: e! I
Top面的芯板，铜皮厚度都是1.4mil。
" G3 r+ u2 x- ~! I! q3 I, o不清楚Bottom面的芯板，铜皮为什么选择0.7mil。
& K1 U( e  k0 e/ Y* R0 W$ U

funeng3688

采用了这种板边焊接的SMA同轴连接器。SMA虽然有引脚，但PCB上没有接地孔，用于表面贴手工焊接。
( q% I( W/ Y7 b9 t, l1.6mm厚的PCB刚好能卡进去，焊好就很稳固。
3 n. d) q2 g2 a7 l. o
* X/ B9 n6 ]# M) X1 D4 ?6 W( D
但如果PCB设计不好，信号质量会差得很！
原始RF PCB仿真一下试试看，先HFSS中建模。

funeng3688

SMA连接器的三个表面贴焊盘建好了：
- Z- Q) H# O; F& r( j& I- s

7 @0 x% w$ f& s# X( N2 e: S, z( i
. Y5 E' i* ]+ n/ _1 |+ P

funeng3688

增加了同轴SMA的芯导体、teflon绝缘子、外壳导体。

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funeng3688

Bottom面增加了一整块铜接地。
$ r. b, z3 @* I$ }Top面增加了两个SMA接地脚。
这个模型看起来，好象TOP面的三个焊盘都焊好了！
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funeng3688

增加了微带线，线宽仅仅11.6mil，与SMA芯线焊好的那一大坨相比，实在是太弱小了！
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3 u/ U0 G8 d: X, L再按照实际PCB的样子（参见1楼），增加8个接地过孔。

. O) ~$ c1 o0 o
2 S  p, b9 t% \  }4 o- U( w看前面的PCB模型有点大，切去一半。
# }' S% A# m/ u; D1 T8 M
# S8 @" O7 k: ^% |; ?

funeng3688

经过一些布尔操作；
- p4 m& I8 `6 |" C, x设置边界条件、端口、材料属性，3D模型建好了。
自检，一次通过。
- `4 ]9 S; k! ~3 I

9 g+ }* W( i7 ~8 _

funeng3688

设置好解算频点3GHz；
1 R. m% {7 s5 O" ~: b设置好扫频范围1-5GHz
2 R! v5 U0 U- Y6 Q5 A" r5 z2 n原始模型仿真结果如下：


看起来有点象低通滤波器（或者带阻滤波器）啊！插入损耗太大了吧。
6 o9 |* b% b" `) U4 G2 Y2GHz频段以下，信号还算是正常的。
超过2GHz，插入损耗就急剧增加，并且存在一个零点（3.2GHz）达到20dB，高频段插入损耗就在6dB那里晃悠。

3 m, N4 u9 Q, x2 l: \

RF_CE

版主又来直播了，围观

shelby

版主厉害，不过10楼好像漏图了

funeng3688

正如一楼所说，要在SMA信号焊盘底部地平面挖空：
# X: x+ V. y: I' v# c8 r' c5 l5 E! {
看看中心焊盘下方投影区，地平面确实挖空了！
那仿真结果如何呢？

funeng3688

. x& C3 s( s9 g6 h
! L  D4 z* O% m" B插入损耗S21有了明显改善：
3.2GHz的插入损耗零点，从20dB填充到15dB了。
; B, t- V" {5 C  K3 I而高频段插入损耗S21，则由6dB减小至2dB以下了。甚至接近1dB。
" g; E- C( A9 s9 C9 q

funeng3688

有限元海量数据算法，3GHz DDR4内存容量32G，
N核M线程4GHz主频酷睿CPU，正猛烈运算过程中，稍安勿燥。
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