可調(diào)電磁屏蔽罩及射頻電路優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可調(diào)電磁屏蔽罩及射頻電路優(yōu)化方法，該電磁屏蔽罩包括金屬屏蔽罩，及其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，在金屬屏蔽罩內(nèi)腔體效應(yīng)的敏感部位設(shè)有調(diào)諧螺釘；該方法通過建立腔體模型，分析屏蔽罩腔體對微波、射頻電路的影響；在微波、射頻電路的屏蔽罩上，增加專門優(yōu)化的調(diào)諧螺釘，調(diào)整螺釘和電路之間的縫隙，改變電路和屏蔽罩之間的腔體的等效電路；該可調(diào)電磁屏蔽罩可以明顯抑制腔體諧振的發(fā)生，調(diào)整腔體效應(yīng)，改善電路的性能。
【專利說明】
可調(diào)電磁屏蔽罩及射頻電路優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)領(lǐng)域，是一種用于微波、射頻電路指標(biāo)優(yōu)化的可調(diào)電磁屏蔽罩及 其優(yōu)化射頻電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 任何一個電子設(shè)備都必須滿足EMC(電磁兼容)標(biāo)準(zhǔn)。電路的金屬電磁屏蔽罩通常 用來屏蔽電磁輻射，為電路提供一個純凈的工作環(huán)境。通常研發(fā)人員會沿著接地線，用金屬 屏蔽罩將各部分電路分隔開。電磁屏蔽罩通常不會對低頻電路造成任何影響，但當(dāng)電路工 作在高頻時，腔體的尺寸大于電路工作頻率波長的1/4,腔體就會對電路產(chǎn)生影響。在理想 的無耗諧振腔內(nèi)，諧振頻率可以根據(jù)TE、TM諧振模來計算，如圖1所示的腔體，TE mnl或TMmnl的 諧振頻率為：
[0003]
(1)
[0004] 其中m，n，l是x，y，z軸方向上駐波的模數(shù)，μ4Ρετ分別是腔體中介質(zhì)的磁導(dǎo)率和電 導(dǎo)率。c是光速。通常一個長、寬、高在幾厘米的腔體，其諧振頻率在幾百Μ到幾個G之間。
[0005] 所以，對于射頻電路，金屬屏蔽罩會造成以下問題：
[0006] a.電磁屏蔽罩的腔體諧振頻率和電路的工作頻率接近的時候會造成射頻電路不 穩(wěn)定，例如PA(功率放大電路）自激，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能。
[0007] b.金屬屏蔽罩會改變電路的電磁場，這會影響到在敞開環(huán)境下匹配好的電路，增 加調(diào)試工作量。
[0008] 為了解決上述問題，有過一些技術(shù)方法。
[0009] 文獻(xiàn)1是通過調(diào)整金屬屏蔽罩的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改變自身諧振頻率，避免對電路產(chǎn)生影 響。這是射頻電路設(shè)計中最普遍的方法。但長期批量生產(chǎn)過程中，元器件不同批次間性能會 有變化，原本匹配好的電路和屏蔽罩不一定適用。
[0010] 文獻(xiàn)2是在電路中增加可調(diào)部分，通過調(diào)整電路的匹配來應(yīng)對以上的問題。這種方 法需要增加額外的器件和控制電路，成本高。且對腔體效應(yīng)的調(diào)整效果并不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種更實用且低成本的可調(diào)電磁屏 蔽罩來保證電路的可靠性，結(jié)合這種屏蔽罩的電磁屏蔽方法能保證基本的EMC要求，也能夠 壓制腔體諧振，調(diào)整屏蔽罩腔體對射頻電路的影響。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種可調(diào)電 磁屏蔽罩，包括金屬屏蔽罩，及其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，在金屬屏蔽罩內(nèi)腔體效應(yīng)的敏感部位設(shè) 有調(diào)諧螺釘，所述調(diào)諧螺釘?shù)念^部凸出在屏蔽罩上表面，在屏蔽罩上設(shè)有帶螺紋的通孔，所 述螺孔為加厚螺孔，用于固定調(diào)諧螺釘;所述調(diào)諧螺釘?shù)牡撞吭O(shè)有凸起。
[0012] 作為一種優(yōu)選，所述調(diào)諧螺釘，在其底端為電介質(zhì)材料的沿螺釘軸向的突起。
[0013] 進(jìn)一步的，所述調(diào)諧螺釘頭部的上表面設(shè)有凹槽，通過螺絲刀調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)锥?與屏蔽罩內(nèi)電路部分的距離。
[0014] 作為一種優(yōu)選，所述敏感部位根據(jù)實際電路情況調(diào)整，單個調(diào)諧螺釘選在屏蔽罩 的中間部位。
[0015] -種射頻電路優(yōu)化方法，其特征在于，建立一個腔體模型，用來分析電磁場在腔體 內(nèi)的分布;在二維平面上，根據(jù)多模諧振模型計算方法仿真計算得出腔體效應(yīng)的敏感部位， 在所述敏感部位增設(shè)調(diào)諧螺釘;在金屬屏蔽罩上的對應(yīng)部位開設(shè)通孔，將調(diào)諧螺釘從屏蔽 罩內(nèi)部伸出，使螺釘?shù)念^部凸出與屏蔽罩;調(diào)整調(diào)諧螺釘?shù)撞颗c屏蔽罩內(nèi)電路板的距離，使 射頻電纜的穩(wěn)定系數(shù)大于1。
[0016] 進(jìn)一步的，所述敏感部位根據(jù)實際電路情況調(diào)整，單個調(diào)諧螺釘選在屏蔽罩的中 間部位。
[0017] 更進(jìn)一步的，所述調(diào)諧螺釘頭部的上表面設(shè)有凹槽，通過螺絲刀調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)?端與屏蔽罩內(nèi)電路部分的距離。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù) 效果：
[0018] 合理、高效的調(diào)整腔體效應(yīng)對電路的影響，減小了設(shè)計過程中的調(diào)試工作量，可以 彌補(bǔ)器件不同批次間的性能差異。電路本身不需要增加額外的調(diào)試及控制電路，旋轉(zhuǎn)螺釘 的方法簡單高效。
[0019] 所用調(diào)諧螺釘?shù)撞吭黾訄A柱尺寸，以增加等效電容，加強(qiáng)調(diào)試效果。最底部突起部 分為介質(zhì)材料，防止和電路板接觸造成短路。
【附圖說明】
[0020] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0021] 圖1為金屬屏蔽罩腔內(nèi)諧振頻率計算模型圖；
[0022] 圖2為對屏蔽罩腔體效應(yīng)有明顯影響的位置示意圖；
[0023]圖3為螺釘結(jié)構(gòu)圖
[0024]圖4為調(diào)諧螺釘?shù)牡刃щ娐穲D；
[0025] 圖5為射頻功率放大電路圖；
[0026] 圖6為射頻功率放大電路的增益圖；
[0027] 圖7為射頻功率放大電路的穩(wěn)定系數(shù)圖；
[0028]圖8為調(diào)諧螺釘安裝示意圖；
[0029] 圖9為改善后的射頻功率放大電路增益圖；
[0030] 圖10為改善后的射頻功率放大電路穩(wěn)定系數(shù)圖；
[0031] 圖11為相控陣?yán)走_(dá)收/發(fā)組件環(huán)形器電路圖；
[0032] 圖12為反射系數(shù)隨調(diào)諧螺釘控制的結(jié)果圖；
[0033] 圖中，1-調(diào)諧螺釘、2-加厚螺孔、3-凸起、4-電介質(zhì)材料。
【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明提供一種可調(diào)電磁屏蔽罩及射頻電路優(yōu)化方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù) 方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解， 此處所描述的具體實施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035] 如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供的可調(diào)電磁屏蔽罩，包括金屬屏蔽罩，及其內(nèi)部的電 路結(jié)構(gòu)和調(diào)諧螺釘1。在金屬屏蔽罩內(nèi)腔體效應(yīng)的敏感部位設(shè)有調(diào)諧螺釘1，所述調(diào)諧螺釘1 的頭部凸出在屏蔽罩上表面，在屏蔽罩上設(shè)有帶螺紋的通孔，所述螺孔為加厚螺孔2,用于 固定調(diào)諧螺釘1;所述調(diào)諧螺釘1的底部設(shè)有凸起3。在其底端為電介質(zhì)材料4的沿螺釘軸向 的凸起。所述調(diào)諧螺釘1頭部的上表面設(shè)有凹槽，通過螺絲刀調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘1底端與屏蔽罩 內(nèi)電路部分的距離。
[0036] 如圖8所示，計算敏感部位的方法為多模諧振模型計算方法。具體的計算過程在 Samh KHEMIRI、Ramanujan Abhishek以及Moncef KADI所寫的《Estimation of the electromagnetic field radiated by a microwave circuit encapsulated in a rectangular cavity)) Electromagnetic Compatibility(EMC),2011IEEE International Symposium, IEEE,pp. 196-201,2011 ·中，以及Guang-Tsai Lei、Robert W.Techentin以及 Barry K.Gilbert·所著"High-Frequency Characterization of Power/Ground-Plane Structures"·IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques ,Vol.47(5), pp. 562-569，1999.中，均有詳細(xì)描述，這里不再贅述，兩篇文獻(xiàn)均詳細(xì)分析和計算了對腔體 效應(yīng)影響最明顯的位置，本發(fā)明選用的位置如圖2所示，一個坐標(biāo)為:屏蔽罩寬a/2,長d/4， 另一個坐標(biāo)為:屏蔽罩寬a/4，長d/2。過去的設(shè)計通常會改變這里的屏蔽罩的結(jié)構(gòu)，或在下 方對應(yīng)的電路板的位置增加接地孔，而本發(fā)明在這里挖開螺孔，插入經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過的調(diào)諧 螺釘。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和方便固定，螺孔上方加厚。所述調(diào)諧螺釘可由調(diào)試人員在屏蔽罩外通過 螺絲刀自由調(diào)整其在腔體內(nèi)離電路板的高度。
[0037] 具體地說，首先建立一個腔體模型，用來分析電磁場在腔體內(nèi)的分布;在二維平面 上，根據(jù)多模諧振模型計算方法仿真計算得出腔體效應(yīng)的敏感部位，在所述敏感部位增設(shè) 調(diào)諧螺釘;在金屬屏蔽罩上的對應(yīng)部位開設(shè)通孔，將調(diào)諧螺釘從屏蔽罩內(nèi)部伸出，使螺釘?shù)?頭部凸出與屏蔽罩;調(diào)整調(diào)諧螺釘?shù)撞颗c屏蔽罩內(nèi)電路板的距離，使射頻電纜的穩(wěn)定系數(shù) 大于1。
[0038] 調(diào)諧螺釘頭部的上表面設(shè)有凹槽，通過螺絲刀調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)锥伺c屏蔽罩內(nèi)電路 部分的距離。
[0039] 根據(jù)上文所說的可調(diào)電磁屏蔽罩，可以實現(xiàn)壓制腔體諧振，同時調(diào)整屏蔽罩腔體 效應(yīng)對射頻電路的影響，增加金屬調(diào)諧螺釘對調(diào)整腔體效應(yīng)有非常明顯的影響。實際使用 時也可以根據(jù)實際情況調(diào)整螺釘?shù)奈恢煤蛿?shù)量。
[0040] 首先分析增加調(diào)諧螺釘后的等效電路，如圖4所示，L1，C1，和L2，C2分別是螺釘1和 螺釘2的等效電路。當(dāng)調(diào)整螺釘和地之間的縫隙時，L、C的值將會變化，進(jìn)而影響電路。根據(jù) 平板電容容值計算公式，面積越大，等效電容越大。但是過大的螺釘柱其安裝可靠性會受到 影響。這里只是增加螺釘?shù)撞康某叽?，增?qiáng)等效電容。最下部突起為介質(zhì)，防止調(diào)整過程中 金屬螺釘接觸電路而造成短路。
[0041] 雷達(dá)中的功率放大器(PA)需要很高的射頻信號增益和高穩(wěn)定性。穩(wěn)定系數(shù)(Stab-fact) 用來表示 PA 的穩(wěn)定性 ，如式 2 所示 。求 PA 穩(wěn)定的話， 其穩(wěn)定系數(shù)要求大于 1 。
[0042]
(2)
[0043] 其中，Sn是功放輸入口的反射系數(shù)，S22是功放輸出口的反射系數(shù)，S21功放的增益， S12是功放的反向隔離度。
[0044] 本實施例中，如圖4所示的PA工作頻率從2.47GHz~2.53GHz，其在尺寸為40mm* 60mm*9mm的金屬屏蔽罩內(nèi)的增益S 21和穩(wěn)定性系數(shù)的測試結(jié)果如圖5、圖6所示，部分頻段的 穩(wěn)定性系數(shù)是小于1的。為了改善其性能，在優(yōu)化位置增加2個調(diào)諧螺釘，一個坐標(biāo)為:屏蔽 罩寬/2,長/4,另一個坐標(biāo)為:屏蔽罩寬/4,長/2,螺釘尺寸均為半徑1.5mm、高度10mm，為了 增強(qiáng)其效果，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造，擴(kuò)大螺釘頭尺寸，半徑3mm，高度1mm，如圖8。螺釘?shù)某?寸可以根據(jù)實際情況調(diào)整，調(diào)整縫隙高度來調(diào)整電路的方法不變。如圖9、圖10所示，通過調(diào) 整縫隙高度，帶內(nèi)增益保持不變，穩(wěn)定系數(shù)都大于1，明顯改善了PA的穩(wěn)定性。如果批量生產(chǎn) 中發(fā)生元器件的指標(biāo)抖動，也能通過調(diào)整螺釘來彌補(bǔ)。
[0045] 雷達(dá)收/發(fā)組件里的環(huán)形器電路也是一個敏感電路。如圖11所示，端口 1連接濾波 器和天線，端口 2連接發(fā)射電路(TX)，端口 3連接接收電路(RX)。天線口（端口 1)的反射系數(shù) (return loss)會非常容易受到其他兩個端口和腔體的影響。環(huán)形器本身的高度很高，其腔 體內(nèi)無法放置2個調(diào)諧螺釘，所以螺釘?shù)姆胖梦恢每梢愿鶕?jù)實際情況調(diào)整，單個調(diào)諧螺釘一 般選在空間的中間部位。環(huán)形器電路的反射系數(shù)可以通過調(diào)整螺釘?shù)母叨葋韮?yōu)化，其調(diào)整 范圍如圖12所示，這樣可以匹配不同的發(fā)射電路和接收電路。
[0046] 本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于 本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這 些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 可調(diào)電磁屏蔽罩，包括金屬屏蔽罩，及其內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，在金屬屏蔽 罩內(nèi)腔體效應(yīng)的敏感部位設(shè)有調(diào)諧螺釘，所述調(diào)諧螺釘?shù)念^部凸出在屏蔽罩上表面，在屏 蔽罩上設(shè)有帶螺紋的通孔，所述螺孔為加厚螺孔，用于固定調(diào)諧螺釘;所述調(diào)諧螺釘?shù)牡撞?設(shè)有凸起。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)電磁屏蔽罩，其特征在于，所述調(diào)諧螺釘，在其底部為電 介質(zhì)材料的沿螺釘軸向的凸起。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)電磁屏蔽罩，其特征在于，所述調(diào)諧螺釘頭部的上表面設(shè) 有凹槽，通過螺絲刀調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)锥伺c屏蔽罩內(nèi)電路部分的距離。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)電磁屏蔽罩，其特征在于，所述敏感部位根據(jù)實際電路情 況調(diào)整，單個調(diào)諧螺釘選在屏蔽罩的中間部位。5. -種射頻電路優(yōu)化方法，其特征在于，建立一個腔體模型，用來分析電磁場在腔體內(nèi) 的分布;在二維平面上，根據(jù)多模諧振模型計算方法仿真計算得出腔體效應(yīng)的敏感部位，在 所述敏感部位增設(shè)調(diào)諧螺釘;在金屬屏蔽罩上的對應(yīng)部位開設(shè)通孔，將調(diào)諧螺釘從屏蔽罩 內(nèi)部伸出，使螺釘?shù)念^部凸出與屏蔽罩;調(diào)整調(diào)諧螺釘?shù)撞颗c屏蔽罩內(nèi)電路板的距離，使射 頻電纜的穩(wěn)定系數(shù)大于1。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種射頻電路優(yōu)化方法，其特征在于:所述敏感部位根據(jù)實際 電路情況調(diào)整，單個調(diào)諧螺釘選在屏蔽罩的中間部位。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種射頻電路優(yōu)化方法，其特征在于:所述調(diào)諧螺釘頭部的上 表面設(shè)有凹槽，通過螺絲刀調(diào)節(jié)調(diào)諧螺釘?shù)锥伺c屏蔽罩內(nèi)電路部分的距離。
【文檔編號】H05K9/00GK105934143SQ201610280306
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】彭珍妮
【申請人】南京航空航天大學(xué)