一种射频模块电磁兼容设计方法

摘要

本发明公开了一种射频模块电磁兼容设计方法，包括电路板设计、结构屏蔽设计、电源滤波及走线设计和射频混合电路设计，考虑了各类元器件的特性，对各个元器件进行分类布局，避免了公共阻抗耦合；考虑了各类线路的输出信号，合理走线，对由特殊需求的线路、电路模块增加屏蔽，减少了电路之间的相互干扰；本发明应用于雷达模拟器、射频半实物仿真、电子对抗等领域，能够减小电子设备的重量和体积，提高电子设备的抗干扰能力，提高产品的稳定性和工作效率。

权利要求

1.一种射频模块电磁兼容设计方法，其特征在于：包括电路板设计、结构屏蔽设计、电源滤波及走线设计和射频混合电路设计；

所述电路板设计的具体方法如下：

（1）根据功能确定电路板的大小和层数；

（2）对元器件进行分组，将数字电路、模拟电路、高速电路、中速电路和低速电路分开布局，分别使用各自的区域，确定各元器件在电路板上的位置；

（3）对地线、电源线和信号线进行布线：

对于数字电路：先进行地线网格布线，将地线网格与主参考地直接或间接连接，再进行电源线和信号线的布线，当进行双面板布线时，若过孔阻抗忽略不计，则在电路板的一面横向布线，另一面竖向布线；

对于模拟电路：信号线和地线相互独立，在远端接地；

（4）如射频模块的频率小于等于2GHz，则多路射频线布于同一电路板上，用腔体进行整体屏蔽；如射频模块的频率大于2GHz，则单个射频模块独立布线，逐个用腔体屏蔽；

所述结构屏蔽设计的具体方法如下：

（1）根据信号频率设计腔体尺寸；

（2）根据信号类型和电流大小设计过线孔的大小；

（3）根据信号路径衰减规则设计不同腔体之间的距离和连接方式；

（4）根据电路复杂程度和加工精度考虑盖板封装工艺；

所述电源滤波及走线设计的具体方法如下：

（1）射频模块的电源线和控制线分开布线，电源线加T型偏置电路和穿心电容；

（2）电源滤波选取的滤波电路取决于电路中信号线的速度和泄漏信号大小；

（3）对受到干扰和产生干扰的信号线用特定屏蔽套设置腔体走线槽；

（4）对于采用开关电源的射频模块，不同的射频模块要将数字地、模拟地和电源地分开，且远端共地，稳压滤波器设于受影响元器件的最近位置；

所述射频混合电路设计的具体方法如下：

从电路角度把射频电路和数字电路分区域设置，对于不能分开的数字电路，归结到射频电路中；

按功能将射频电路分为无源电路和有源电路：对于无源电路考虑匹配和腔体屏蔽设计；对于有源电路，划分为单加电电路和有控制电路。

2.根据权利要求1所述的射频模块电磁兼容设计方法，其特征在于，信号线不得平行输出、电源线和地线走向一致。

3.根据权利要求1所述的射频模块电磁兼容设计方法，其特征在于，结构屏蔽设计中过线孔设计方法为：对于控制类器件，不用穿心电容的过线孔的直径选用1mm，对于电源线，采用多孔并线代替大孔方式。

4.根据权利要求1所述的射频模块电磁兼容设计方法，其特征在于，结构屏蔽设计中盖板封装的方法为：多路射频信号在同一方向输出，泄露指标大于

65dBc时，各射频模块分腔体设计，各腔体之间增设隔离墙，每个腔体独立加盖板，并用激光将盖板与腔体焊接。

5.根据权利要求4所述的射频模块电磁兼容设计方法，其特征在于，所述腔体和盖板主体材料选用金属材料。

6.根据权利要求1所述的射频模块电磁兼容设计方法，其特征在于，地线的布线宽度要让地线通过电流的能力达到印刷电路板允许值的3倍以上。

说明书

一种射频模块电磁兼容设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种射频模块电磁兼容设计方法。

背景技术

[0002] 电子设备设计不是简单的把信号线正确连接就行了，射频电子设备上的电磁兼容成为必需考虑的因素，对于常规的射频电路，因为体积和空间上富裕，射频电子设备上的电磁兼容问题没有那么严峻。随着科技快速的发展和机载、星载对设备重量体积的严格要求下，各式各样的电子产品无不追求轻薄短小，而电子设备的制程也趋向缩小化与多层板，如何在有限的空间里进行电子设备布局和解决电磁干扰相关问题已成为射频电路设计重要的技术。

[0003] 一般的传统的设计流程，在设计的过程中往往只考虑信号的完整性、电源的完整性。却常常忽略了电子设备上的传输线所造成的电磁干扰问题，往往要花费很多时间解决设计时没有考虑到的电磁兼容问题。随着在研项目的工作频率越来越高和客户对电子设备重量、体积的苛刻要求，针对射频模块的电磁兼容设计需求紧迫。

[0004] 本公司项目的频率范围20MHz～40GHz，设备平台对射频模块的集成化的要求，由于体积空间的限制，以及随着技术的发展，射频不是单纯的模拟电路，与数字电路甚至高速数字信号的混合电路，再加上电源产的各种干扰，电磁兼容问题越来越复杂，以前的做法都是靠试验调试发现问题来解决问题，不能从根本上解决问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种射频模块电磁兼容设计方法，解决现有技术中射频模块设计不合理存在电磁干扰的技术问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种射频模块电磁兼容设计方法，包括电路板设计、结构屏蔽设计、电源滤波及走线设计和射频混合电路设计；

[0007] 所述电路板设计的具体方法如下：

[0008] （1）根据功能确定电路板的大小和层数；

[0009] （2）对元器件进行分组，将数字电路、模拟电路、高速电路、中速电路和低速电路分开布局，分别使用各自的区域，确定各元器件在电路板上的位置；

[0010] （3）对地线、电源线和信号线进行布线：

[0011] 对于数字电路：先进行地线网格布线，将地线网格与主参考地直接或间接连接，再进行电源线和信号线的布线，当进行双面板布线时，若过孔阻抗忽略不计，则在电路板的一面横向布线，另一面竖向布线；

[0012] 对于模拟电路：信号线和地线相互独立，在远端接地；

[0013] （4）如射频模块的频率小于等于2GHz，则多路射频线布于同一电路板上，用腔体进行整体屏蔽；如射频模块的频率大于2GHz，则单个射频模块独立布线，逐个用腔体屏蔽；

[0014] 所述结构屏蔽设计的具体方法如下：

[0015] （1）根据信号频率设计腔体尺寸；

[0016] （2）根据信号类型和电流大小设计过线孔的大小；

[0017] （3）根据信号路径衰减规则设计不同腔体之间的距离和连接方式；

[0018] （4）根据电路复杂程度和加工精度考虑盖板封装工艺；

[0019] 所述电源滤波及走线设计的具体方法如下：

[0020] （1）射频模块的电源线和控制线分开布线，电源线加T型偏置电路和穿心电容；

[0021] （2）电源滤波选取的滤波电路取决于电路中信号线的速度和泄漏信号大小；

[0022] （3）对受到干扰和产生干扰的信号线用特定屏蔽套设置腔体走线槽；

[0023] （4）对于采用开关电源的射频模块，不同的射频模块要将数字地、模拟地和电源地分开，且远端共地，稳压滤波器设于受影响元器件的最近位置；

[0024] 所述射频混合电路设计的具体方法如下：

[0025] 从电路角度把射频电路和数字电路分区域设置，对于不能分开的数字电路，归结到射频电路中；

[0026] 按功能将射频电路分为无源电路和有源电路：对于无源电路考虑匹配和腔体屏蔽设计；对于有源电路，划分为单加电电路和有控制电路，对于只有加电而没有控制的电路，首先要控制输入电源的纹波和知道电源的开关频率，要求不高的只需要加虑波电容抑制开关频率就可以了，要求高的可以先对电源进行线性稳压再虑波；对于有加电电路和控制电路并存的情况，首先要用加电电路的方法对电源进行处理，然后布局好控制电路和电源电路走线，两种类型的地要在远端公地，接地要良好，形成各自的信号回路。

[0027] 信号线不得平行输出、电源线和地线走向一致。

[0028] 结构屏蔽设计中过线孔设计方法为：对于控制类器件，不用穿心电容的过线孔的直径选用1mm，对于电源线，采用多孔并线代替大孔方式。

[0029] 结构屏蔽设计中盖板封装的方法为：多路射频信号在同一方向输出，泄露指标大于65dBc时，各射频模块分腔体设计，各腔体之间增设隔离墙，每个腔体独立加盖板，并用激光将盖板与腔体焊接。

[0030] 所述腔体和盖板主体材料选用金属材料。

[0031] 地线的布线宽度要让地线通过电流的能力达到印刷电路板允许值的3倍以上。

[0032] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

[0033] 考虑了各类元器件的特性，对各个元器件进行分类布局，避免了公共阻抗耦合；考虑了各类线路的输出信号，合理走线，对由特殊需求的线路、电路模块增加屏蔽，减少了电路之间的相互干扰；本发明应用于雷达模拟器、射频半实物仿真、电子对抗等领域，能够减小电路的重量和体积，实现电子设备小型化，且能够提高电子设备的抗干扰能力和稳定性。

具体实施方式

[0034] 本发明提供的射频模块电磁兼容设计方法，主要从电路板设计、结构屏蔽设计、电源滤波及走线设计和射频混合电路设计四个方面阐述电磁兼容设计方法，下面对本发明作进一步详细描述。

[0035] 1．电路板设计：数字电路和模拟电路要分开布局，尤其是与低电平模拟电路要尽可能远地分开，以避免产生公共阻抗问题。对高速电路、中速电路和低速电路要分开布局，使其分别使用各自的区域，使高频电流走线最短。

[0036] 地线布线规律：地线网格特别适合数字电路，对于数字电路在进行电路板布线时，应首先将地线网格布好，然后再进行信号线和电源线的布线；当进行双面板布线时，如果过孔的阻抗可以忽略，那么可以在电路板的一个面走横线，另一个面走竖线。最终地线网格与主参考地连接，这种连接可以是间接连接方式（通过电容器），也可以是直接连接方式。

[0037] 地线网格并不适合模拟电路，因为这时要避免公共阻抗的耦合。对于模拟电路特别是高频电路，信号线和地线独立布线，最后在远端接地。

[0038] 地线的布线宽度最好宽一点，能够让地线通过电流的能力达到电路板允许值的3倍以上。根据电流的大小尽量放宽电源线的宽度，电源线和地线走向要一致，走线尽量靠近，从而减少电路之间的相互干扰。

[0039] 对于射频线的布线（微带线为主），射频模块还是射频电路为主，频率小于等于2GHz时，多路射频线可以布在同一块电路板上，最后用腔体进行屏蔽，这种情况下只适用于各个功能模块功率同一个量级上。如果输出有大动态的情况下，比如输入于输出功率相差
100dB，就需要单个射频模块独立布线，这种情况在频率大于2GHz都采用独立布线方法，然后逐个用腔体进行屏蔽。

[0040] 2．结构屏蔽的设计：射频模块除了低频信号以外，大部分都是射频信号，它们的波长都很小（30GHz波长10mm），微带线很成为辐射源从而干扰其他路信号。腔体大小设计目的是让射频信号主要从微带线传输信号能量，腔体大小对此信号是截止的，根据矩形波导原理进行腔体尺寸设计，如果其他不规则结构可用HFSS软件建模仿真得到详细腔结构尺寸。

[0041] 射频有源器件除了信号线与外界连接外，还有电源线和地线，控制类器件有控制信号需与外界连接，因此需要在结构屏蔽体上开孔，不用穿心电容的过线孔的直径用1mm，对于电流比较大（如大于3A）的电源线可以用多孔并线的方式来代替一个大过线孔的方式，降低信号从信号线上辐射功率。

[0042] 结构屏蔽的材料一般选择铝材，多路射频信号在一个方向输出，泄露指标大于65dBc以上时，必须分腔输出，各个腔体之间加隔离墙分腔，每个腔体独立加盖板，并用激光把盖板与腔体焊接在一起，屏蔽效果是最好的。

[0043] 结构屏蔽的设计不光单纯考虑主信号的屏蔽效果，也要考虑到偏置电路和控制电路的信号的屏蔽，让屏蔽效果在我们的设计范围内。

[0044] 3．电源滤波设计和走线设计：我们一般都会考虑到腔体和屏蔽设计和布线设计，往往信号泄露从电源线和信号线上串扰到主信号通路上，这种问题在实际电路很难查的清楚来源或则解决起来很棘手，所以要从设计的角度出发考虑问题。

[0045] 首先射频模块的电源线和控制线分开，从空间上拉开距离，主信号耦合到电源线和控制线是有一定的衰减的，电源线因为没有速度的要求，可以加T型偏置电路和穿心电容来加大信号的衰减。电源滤波选取的滤波电路取决于电路中信号线的速度和信号泄露信号大小，一般可以增加30-50dB衰减，功放有漏级调制功能、信号有调制功能的用隔离和拉开布线的方式来减小相互之间的干扰，把敏感的器件远离主信号功率大的器件上，电源线和控制线可以增设屏蔽套，有的情况下可以设置腔体走线槽来增强屏蔽效果。

[0046] 射频模块一般都采用开关电源，它的特点就是重量轻、体积小、效率高，但电源纹波比较大和开关频率，开关频率一般从几十到几百KHz，在射频电路中，一般对射频模块没有太大的影响，但对频率综合器中频率源影响很大，从频率看在主信号两边对称偏差开关频率的两根谱线，对信号的杂散的影响很大，解决此类问题的设计方法是电源走线设计和电源稳压滤波设计，不同的射频模块的数字地、模拟地和电源地要分开设置，同时要到远端共地。稳压滤波设计的位置要离受影响器件最近的位置，一般可以消除开关频率的影响，从设计高度上避免此类问题的发生。

[0047] 4．射频混合电路设计：随着技术的发展，一个射频模块用到的器件种类多达十几种，这还不包括数字电路的部分，严格意义上说射频模块不是单纯的射频电路，而是一个混合电路。从电路角度把射频电路和数字电路分区域放置设计，而对于分不开的数字电路，比如开关点种数字控制电路，这个归结到射频电路中。

[0048] 射频按功能分为有源电路和无源电路进行分类设计，无源电路主要考虑匹配和腔体屏蔽设计，有源电路又分为单加电电路（比如放大器）和有控制的电路（比如开关、衰减器），对于电源处理加T型偏置和滤波电路处理，对于处理有控制信号的电路要详细计算主信号泄露到控制信号端的信号的功率大小，再结合系统指标的具体要求，如不能满足系统指标的要求，则调整链路中各个器件的位置，结合主信号泄露到控制信号端的信号的功率大小，再集合不影响系统指标的情况去更改电路设计。

[0049] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。