基于3G手機的RF屏蔽設計

　蜂窩發(fā)射模塊對手機內的任何元件來(lái)說(shuō)都將產(chǎn)生最大的輻射功率，從而可能誘發(fā)EMI和RFI。類(lèi)似這樣的問(wèn)題可以采用RF屏蔽技術(shù)來(lái)降低與EMI及射頻干擾(RFI)相關(guān)的輻射，并可將對外部磁場(chǎng)的敏感度降至最低。那么，什么樣的屏蔽設計方法具有最佳效率呢？這個(gè)由三部分組成的系列文章圍繞當今蜂窩發(fā)射模塊來(lái)討論有效的RF屏蔽方法。

　　近年來(lái)，手機在形態(tài)、功能、性能和成本方面都發(fā)生了巨大變化。不斷演進(jìn)的新技術(shù)催生出更小、更高能效和高度集成的半導體器件，從而不斷孕育出集成度更高的便攜(移動(dòng))手機產(chǎn)品。運營(yíng)商在提供額外的諸如短信服務(wù)(SMS)、多媒體(MMS)和GPS等服務(wù)，而制造商為移動(dòng)蜂窩手機增加了諸如FM射頻等輔助無(wú)線(xiàn)功能、以及MP3播放機和數碼照相機等其它功能。實(shí)現全部這些特性所要求的外形和體積對手機設計師和硬件工程師提出了相當挑戰。

　　因此，工作在印刷線(xiàn)路板(PCB)級的手機設計師遭遇到諸如集成器件間的耦合、線(xiàn)耦合和交叉干擾等不期望發(fā)生的核心問(wèn)題。而所有這些問(wèn)題又導致了更多的設計返工、手機外形間缺少通用性以及被延長(cháng)的設計周期，而上述這些又都增加了手機開(kāi)發(fā)成本。在當今競爭激烈的市場(chǎng)壓力條件下，這些因素對移動(dòng)手機制造商和研制它們的設計師的成功來(lái)說(shuō)，發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。

　　在手機設計早期就確認可有助于解決這些核心問(wèn)題的一個(gè)領(lǐng)域是廣為采用的屏蔽。屏蔽減小了電磁干擾(EMI)和射頻干擾(RFI)、極大削弱了不希望的輻射、緩解了它引發(fā)的災難。目前，屏蔽與RF頻率如影隨形，因全部RF通信標準都有某種要求把不期望輻射最小化的規定。

　　屏蔽的效能由它在一個(gè)寬的頻譜范圍內，能多大程度上衰減輻射信號來(lái)表征。例如，一個(gè)帶活動(dòng)蓋的金屬“容器”可構成一個(gè)屏蔽，或容器本身可直接固焊在PCB上。采用蓋結構對調節很有用，所以常被用在電視調諧器等應用，但該屏蔽的效能高度依賴(lài)蓋和容器間的電氣連接。它以RF屏蔽所根據的基本概念為基礎：時(shí)變電磁場(chǎng)(EM)會(huì )在導體內環(huán)繞場(chǎng)線(xiàn)感應出電流。所以，完美導體內的感應電流會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與誘發(fā)場(chǎng)相反的EM場(chǎng)，從而使導體內的場(chǎng)線(xiàn)抵消。因此，屏蔽上過(guò)多的孔洞、槽溝和開(kāi)口會(huì )降低屏蔽效能，這是因感應電流只能在導體上存在自由電子的部位流動(dòng)。導體(容器)上的開(kāi)口意味著(zhù)該處沒(méi)有自由電子，它會(huì )導致電流尋找沿著(zhù)開(kāi)口處的其它途徑流動(dòng)，從而使感應場(chǎng)無(wú)法完全抵消誘發(fā)場(chǎng)。表皮深度是另一個(gè)重要因素，它由EM波穿透傳導膜的能力決定。特別是當低頻具有特別重要性時(shí)，為有效屏蔽輻射的RF信號，會(huì )需要一個(gè)更厚的膜。

　　本討論中，與屏蔽相關(guān)的重點(diǎn)將圍繞當今手機設計中一個(gè)通用的RF半導體元件——蜂窩發(fā)射模塊(TxM)展開(kāi)。簡(jiǎn)言之，TxM是由在一種類(lèi)似PCB的基板上固放上裸片和無(wú)源器件構成的。然后將該組件進(jìn)行包注模(overmolded)處理，之后它就可被固焊在手機PCB上。因它對手機內的任何元件來(lái)說(shuō)都產(chǎn)生最大的輻射功率，進(jìn)而極有可能誘發(fā)EMI和RFI，所以該例子特別有用。另外，整體上，TxM與矩形波導的尺度類(lèi)似，根據Pozar[1]，矩形波導的截至頻率為：

　　其中，“m”和“n”代表模式，“μ”和“e”分別代表滲透率和介電常數，等式1表示：若尺寸“a”大于“b”，則主導模式是TE10。因此，等式1重寫(xiě)為：

　　其中：“c”是光速；“E1”代表相對介電常數；“μr”是相對滲透率；“a”是開(kāi)口。

　　等式2指出，如我們預期的，截至頻率隨開(kāi)口“a”尺寸的縮小而增加。當屏蔽上有若干開(kāi)口時(shí)，方程式會(huì )變得更復雜，從而進(jìn)一步強調了完全沒(méi)有開(kāi)口的重要性。