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。
, y$ Z; w& ^( a6 b. S( i, a
https://www.eda365.com/thread-196210-1-1.html

) r  y) _% @9 u6 K0 }7 O8 Z
& E+ {4 k" A+ y* f" x" K: S7 T. B

funeng3688

1 V. L! C% W8 C/ D! f; `

微带线截面1，标准50欧。
没有问题。


2 x- E! `2 q5 \9 a9 T, w+ A4 E  n0 w


3 X8 w( M9 m+ S+ U, j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。
严重不匹配。
$ N6 l, a/ I8 {# c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）。
' }( \" n9 M# h' L/ S% e; O如果接地过孔太远，回流面积很大，相当于串联电感。
; t% j/ |& b( G" w8 d, B




* W) A. V! x1 j! L( c1 C# g$ j
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。
基本不需要考虑阻抗不匹配问题。





" e1 v$ j% N' p9 z  \
同轴本体截面，标准50欧。

3 ^3 p- C  z/ D1 }1 Y/ h  y& C

funeng3688

" f2 D8 T; b" Z
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？
# R: y; v5 _. p3 R& q如下所示：

' T$ @$ w5 e/ g; y这样就非常方便后续的3D建模过程。
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。
) ?- u/ B# a0 A! j. ]* ]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。
地平面的厚度为零，对仿真结果的影响很小。
7 q6 p( @* g$ E5 N
2 q& D" O- M5 G4 p: e6 Q/ T, j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。
/ Q. {7 {$ y# Q; o; O6 F% }

funeng3688

! N: a# e+ a& s
2 r  G9 R- ]2 XPCB层叠结构如下图所示：

Top面的芯板，铜皮厚度都是1.4mil。
不清楚Bottom面的芯板，铜皮为什么选择0.7mil。
3 b6 X1 g1 T! j) n. \$ [: S

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。
% d7 m" O7 F5 b0 ^. `1.6mm厚的PCB刚好能卡进去，焊好就很稳固。

; }3 b. D. b, W4 Y# s
但如果PCB设计不好，信号质量会差得很！
9 l( y+ {- [1 s6 S" P+ [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：
% v  ^- g' b  H; }, P) b; P

) m. ~. {' t# k

funeng3688

增加了同轴SMA的芯导体、teflon绝缘子、外壳导体。
7 f3 B' l' g4 P( O$ M# B
: [. X) M( T7 h) K# c9 p* A1 H- V1 J

funeng3688

Bottom面增加了一整块铜接地。
Top面增加了两个SMA接地脚。
! ?5 |% o) M% _4 _1 ]' V这个模型看起来，好象TOP面的三个焊盘都焊好了！

( I; e. F& z) g/ d3 Y% N9 H

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！

再按照实际PCB的样子（参见1楼），增加8个接地过孔。
7 g; a$ p! C. K, ~& R

6 w! Y- |: r& ^9 w' o看前面的PCB模型有点大，切去一半。
1 c, n: f  @; w8 h7 X" v: E, L( I7 S
$ H2 C1 s' `% V5 p

funeng3688

经过一些布尔操作；
$ B% ~/ p( @  I( K# l, ~6 e设置边界条件、端口、材料属性，3D模型建好了。
自检，一次通过。
. q. X3 Y2 N, ^" z

funeng3688

( ?: G  {3 `, ?1 v
设置好解算频点3GHz；
设置好扫频范围1-5GHz
/ L3 X% v6 F" {# f原始模型仿真结果如下：

% g& M( U' U! Q
. d* c$ B( Q' _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。
+ H5 F7 _1 ?! P' D6 t* |3 V2GHz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。

2 A/ f5 \" i+ r9 J2 p

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：
! c/ ~" {' L/ ?
看看中心焊盘下方投影区，地平面确实挖空了！
( f5 \  R( Q) q$ x1 v那仿真结果如何呢？
- N- C2 y( \5 [- W

funeng3688

) w. x& X: D& ]
8 j( d% m- I1 ?( D
% t( i( K6 F$ z0 Z
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。
而高频段插入损耗S21，则由6dB减小至2dB以下了。甚至接近1dB。

funeng3688

有限元海量数据算法，3GHz DDR4内存容量32G，
9 T7 K# t- S0 i' B" v5 fN核M线程4GHz主频酷睿CPU，正猛烈运算过程中，稍安勿燥。
6 |! r/ z; M0 ^) ^* a& }