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(guò)建立腔體模型，分析屏蔽罩腔體對(duì)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(shuō)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(gè)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(lái)屏蔽電磁輻射，為電路提供一個(gè)純凈的工作環(huán)境。通常研發(fā)人員會(huì)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(huì)對(duì)低頻電路造成任何影響，但當(dāng)電路工 作在高頻時(shí)，腔體的尺寸大于電路工作頻率波長(zhǎng)的1/4,腔體就會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生影響。在理想 的無(wú)耗諧振腔內(nèi)，諧振頻率可以根據(jù)TE、TM諧振模來(lái)計(jì)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(gè)長(zhǎng)、寬、高在幾厘米的腔體，其諧振頻率在幾百Μ到幾個(gè)G之間。
[0005] 所以，對(duì)于射頻電路，金屬屏蔽罩會(huì)造成以下問(wèn)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(shí)候會(huì)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(huì)改變電路的電磁場(chǎng)，這會(huì)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(wèn)題，有過(guò)一些技術(shù)方法。
[0009] 文獻(xiàn)1是通過(guò)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(duì)電路產(chǎn)生影 響。這是射頻電路設(shè)計(jì)中最普遍的方法。但長(zhǎng)期批量生產(chǎn)過(guò)程中，元器件不同批次間性能會(huì) 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(guò)調(diào)整電路的匹配來(lái)應(yīng)對(duì)以上的問(wèn)題。這種方 法需要增加額外的器件和控制電路，成本高。且對(duì)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(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種更實(shí)用且低成本的可調(diào)電磁屏 蔽罩來(lái)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(duì)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(guò)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(shí)際電路情況調(diào)整，單個(gè)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(gè)腔體模型，用來(lái)分析電磁場(chǎng)在腔體 內(nèi)的分布;在二維平面上，根據(jù)多模諧振模型計(jì)算方法仿真計(jì)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(duì)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(shí)際電路情況調(diào)整，單個(gè)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(guò)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(duì)電路的影響，減小了設(shè)計(jì)過(guò)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(jiǎn)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(shuō)明】
[0020] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0021] 圖1為金屬屏蔽罩腔內(nèi)諧振頻率計(jì)算模型圖；
[0022] 圖2為對(duì)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(shí)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(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解， 此處所描述的具體實(shí)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(guò)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(jì)算敏感部位的方法為多模諧振模型計(jì)算方法。具體的計(jì)算過(guò)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(jì)算了對(duì)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(gè)坐標(biāo)為:屏蔽罩寬a/2,長(zhǎng)d/4， 另一個(gè)坐標(biāo)為:屏蔽罩寬a/4，長(zhǎng)d/2。過(guò)去的設(shè)計(jì)通常會(huì)改變這里的屏蔽罩的結(jié)構(gòu)，或在下 方對(duì)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(guò)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(guò) 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(shuō)，首先建立一個(gè)腔體模型，用來(lái)分析電磁場(chǎng)在腔體內(nèi)的分布;在二維平面 上，根據(jù)多模諧振模型計(jì)算方法仿真計(jì)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(duì)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(guò)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(shuō)的可調(diào)電磁屏蔽罩，可以實(shí)現(xiàn)壓制腔體諧振，同時(shí)調(diào)整屏蔽罩腔體 效應(yīng)對(duì)射頻電路的影響，增加金屬調(diào)諧螺釘對(duì)調(diào)整腔體效應(yīng)有非常明顯的影響。實(shí)際使用 時(shí)也可以根據(jù)實(shí)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(shí)，L、C的值將會(huì)變化，進(jìn)而影響電路。根據(jù) 平板電容容值計(jì)算公式，面積越大，等效電容越大。但是過(guò)大的螺釘柱其安裝可靠性會(huì)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(guò)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(hào)增益和高穩(wěn)定性。穩(wěn)定系數(shù)(Stab-fact) 用來(lái)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(shí)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(cè)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(gè)調(diào)諧螺釘，一個(gè)坐標(biāo)為:屏蔽 罩寬/2,長(zhǎng)/4,另一個(gè)坐標(biāo)為:屏蔽罩寬/4,長(zhǎng)/2,螺釘尺寸均為半徑1.5mm、高度10mm，為了 增強(qiáng)其效果，對(duì)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(shí)際情況調(diào)整，調(diào)整縫隙高度來(lái)調(diào)整電路的方法不變。如圖9、圖10所示，通過(guò)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(dòng)，也能通過(guò)調(diào)整螺釘來(lái)彌補(bǔ)。
[0045] 雷達(dá)收/發(fā)組件里的環(huán)形器電路也是一個(gè)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(huì)非常容易受到其他兩個(gè)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(wú)法放置2個(gè)調(diào)諧螺釘，所以螺釘?shù)姆胖梦恢每梢愿鶕?jù)實(shí)際情況調(diào)整，單個(gè)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(guò)調(diào)整螺釘?shù)母叨葋?lái)優(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(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于 本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(xiàng)】
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(guò)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(shí)際電路情 況調(diào)整，單個(gè)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(gè)腔體模型，用來(lái)分析電磁場(chǎng)在腔體內(nèi) 的分布;在二維平面上，根據(jù)多模諧振模型計(jì)算方法仿真計(jì)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(duì)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(shí)際 電路情況調(diào)整，單個(gè)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(guò)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(hào)】H05K9/00GK105934143SQ201610280306
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】彭珍妮
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)