新闻动态

如何理解高频PCB的无源互调?

2024.10.15

什么是无源互调(PIM)?


在射频系统设计和生产阶段,由于有源器件本身的非线性特性,工程师通常会设计多种方案来提高射频系统的线性度,降低互调带来的影响。


RF_Introduction_SystemOverview_TRX_01.png

典型射频系统收发架构

图源:sharetechnote


与有源器件相比,无源器件同样也有的非线性的工作特性,虽然无源器件非线性影响小,但是同样会影响射频系统的工作性能。


无源互调(Passive Inter-Modulation)又称无源交调、互调失真等,是指当两个或者多个信号通过无源器件时,由于无源器件(包括连接器,滤波器,功分器,天线等)的非线性而产生互调,产生一个或多个新的频率信号,这些新产生的频率与工作频率混合在一起就会影响到通信系统。


无源互调(PIM)的来源


PIM可以发生在装配的任何环节,PCB的加工,连接器和线缆的安装甚至装配方法和环境,都会对PIM带来影响。例如:任何两种不同金属的连接点或接口处,例如连接器和电缆组件的连接处,天线和天线馈源的连接处,接触不良的连接器,内部生锈或氧化的连接器都会导致PIM。


企业微信截图_17286080627431.png

无源互调的来源


PCB无源互调的产生机制


接触非线性


半导体效应


如果使用的器件材质为金属,接触面表面则有可能会出现薄膜,如暴露在空气中形成的氧化膜、物理吸附膜或化学吸附膜、表面的污染物等。


薄膜的存在使原本接触良好的金属-金属(Metal-Metal,MM)接触转变为接触不良的金属-介质层-金属(Metal-Insulator-Metal,MIM)接触。


当线性电流经过薄膜时,有可能会发生隧穿效应、热电子发射效应等非线性微观物理效应,线性电流因此转化为非线性电流,从而出现接触非线性。



接触电流效应


从微观角度考虑,金属的表面呈现高低不一的复杂形态。当发生接触时,有部分区域并未发生接触,实际上电流只会通过部分接触的微凸体。由于实际接触面积变小,电流线经过接触点时会收缩,导致电流线路径变长且电流密度增大等情况。在每个微凸体上,电流聚集通过时会产生非线性电流,接触面积的变化会影响非线性电流,从而导致PIM的产生。


9dc785dd-c21a-490c-b906-fb9138cd3865.png

金属间接触非线性

材料非线性

对于材料非线性的研究主要集中在铁磁材料,铁、钴和镍等铁磁材料能比一般的材料产生更高水平的失真。


PCB板材在加工时为保证板材高可靠性及优异蚀刻性能,通常会在铜箔表面镀上金属镀层,如镍、锌、铬,而镍及其合金是典型的铁磁性材料,由此产生了非线性,产生了PIM问题。


电热耦合非线性

当射频系统按照额定功率工作一段时间后,由于导体损耗和介质损耗的存在,电路会产生焦耳热效应,从而导致温度的变化。


由于金属材料的电阻率会随温度变化,电阻率的变化又会反过来影响金属中的电流,电流和温度不断反馈不断耦合的过程即是电热耦合产生PIM的机理。


如何改善PCB的无源互调?



使用反转铜箔或低轮廓铜箔

铜箔粗糙度会影响PIM,普通铜箔粗糙度较大,铜箔上表面和下表面粗糙度都会影响PIM。


尽量选用薄铜箔

铜箔厚度会影响电流密度分布,从而影响PIM,低电流分布PIM容易小。


选用合适的表面处理工艺

沉锡,镀银都是比较好的PIM表面处理,而含有Fe、Co、Ni之类元素的表面处理会恶化PIM。


过孔设计

尽量多设计一些过孔,降低电流密度,射频信号尽量不走过孔。


屏蔽盒设计

屏蔽盒打孔需离走线有3倍走线宽度以上的距离。


器件选型

元器件尽量避免使用铁氧体材料,器件表面镀金可以改善PIM,但镀金前先镀镍会使PIM恶化。


文章参考来源:

高频PCB关键性能指标之一:浙江花园新能源股份有限公司

无源互调(PIM)影响因素及常见问题-电子发烧友

声明:文章内容整理自网络公开素材,版权归原作者平台所有,仅用于信息分享,如有侵权请联系删除。

上一条: 厚铜PCB的优势及生产工艺

下一条: 如何理解PCB的特征阻抗?

返回列表
分公司:德国明阳  |  德国明阳(工厂)  |  美国明阳  |  采购SRM平台
版权©2018 明阳电路科技股份有限公司保留所有权利. 粤ICP备05084072号     技术支持沙漠风