微波集成电路的接口技术与接地技术

　　电磁兼容性，是设备技术要求的一项重要内容，为使设备在特定的电磁环境中免受内处电滋干扰，必須首先弄淸电愆干扰的来源及干扰特性。从设计阶段起就得采取有效的电磁兼容设计措施。但是，到目前为止，对电磁干扰噪声的定量评价仅限于有限的几个方面，很多方面还缺少定量分析。现阶段还得依靠设计人员的经验来考虑抑制噪声的措施。

　　电磁兼容牲，即抗干扰m效果常常取决于屏蔽、滤波、接地这三项设计的技术和制造。屏蔽技术由于起步早，国内在设计上已日趋成熟；滤波技术的设计与研究也开展较好。唯有接口技术、接地技术尚未引起足够重视。这是整机功耗较大，电磁兼容效果不理想韵一个重要原因，在微波集成电路中尤为明显。从L波段、S波段、C波段到X波段，频率越高，影响越大。

　　二、端接技求探讨

　　任何一个独立的微波部件，微波能量的出入耍么用波导，要么用插头座。L波段至X波段的中、小功率微波部件-，大多数都采用插头座。为紱小能fi传输的损耗，为获得满意的电磁兼容效果，应该重视端接技术。

　　1.接插件与微带片连接

　　在微波波段，徴带电路大多数是做在氧化铝陶瓷板上的，瓷扳用螺钉固定在屏蔽盒上。对于单件和小抵S生产，通常在瓷板下加一块金属赌，目的是为鮮决瓷板贴盒壁处盒的统削自然圆角问题。硬而脆的瓷片贴盒壁安装时，如上易倒角約金属垫挺后，避免了因圆角而损坏。

　　微带电路与外部电路连接常通过接插件，要使按揺件与微带片连接好，首先要解决；

　　(1,插座与垫板连接

　　调试中常发现，接插铧连接不好，不是无功率输出就是损耗很大。我们所说的连接不好，不是指描座的内导体即芯线与微带片上的带线连接不好，因为内导体芯线与带线连接常采用锡铅焊接或锡铟焊接，调试中徂有采用铟搭接的，均很少出现连接不好；而是指的插座外壳与微带片的地线一即与瓷板地紧密连接的垫板连接不好。不少人以为插座外壳用螺钉固定在装微带片的盒上就*接好地了，这是直流与飭频电K的接垲概念。对微波而言，由于存在趋肤效应，电流只在导体的表层流动，导体表层的状态，r.!)表西的祖糙度、表面的导电率，部将影喻汶波u号訪传送。其传输信号的趋肤深度：

　　当信号为5000MHz，材料为铜时，计算出的趋肤深度仅为0.00094mm，不到1um。可见，作为传递微波信号的导体，其表面的加工粗糙度，镀涂的材料及质量是非常重要的。

　　对接插件而言，微波信号仅在内导体的外表面及外导体的内表而传输，对于接插件的外导体，与连接的零部件的理想接触位置应该是外导体端面的内圆。

　　如果插违安装后垫扳与插座凸台端面在接触处形成间隙，如图1所示的两种情况，传输阻抗在此处将会发生变化，造成信号反射。

　　在生产实践中，我们用下述办法来解决插座的外壳与微带片6地线连接问题。

　　1)选好加工基漼：选择安装插座的面作为盒、垫板的共同加工基隹。

　　2)控制加工误差，?]出修配量：如插头座的凸台商度公称尺寸为3，其上、下偯差分别为0、-0.1,此时盒壁应作成,预留0.1?0.3韵量作为修配用。

　　装配是关键：修配是根据实际加工情况，修插座的凸台，使凸台比实际加工成的盒壁高出0.1左右。接揺件的凸台与垫板紧密接触是外导体连接韵一个重耍环节，装配时应将垫板首先推到安装接插侔的盒壁面并使其紧密接触，连同瓷片一起固定后，再固定插座。由于插座凸台比盒壁高出0.1mm，插座固紧螺钉后就保证了凸台与垫扳的真正接触。

　　(2)楠座与微带带线的连接

　　插座芯线与微带带线连接常采用两种方法：

　　1)将同轴接头的芯线斜截成一定坡度，使其平滑渐变，同时使微带的中心导体与接头终端有一微小距>离，以形成一个小的电感与阶梯电容匹配，如图2所示。

　　2)另一种方法是同轴接头的芯线不引出，而在芯线上引出一个调整片与微带线连接。微带线与接头间留有一微小间隙，使调整片在此处成为一段高阻抗线，用它引入串联电感，以补偿同轴接头与微带间的阶梯电容。适当调整调整片的宽度，可以改变串联电感的大小，使得它与阶梯电容得到较好补偿。

　　2.滤波器与微带片的连接

　　滤波器可用来限定功率发射机在规定频带内幅射，反过来又可用来防止接收机受到工作频率之外的干扰。滤波器作为电路中的传输网路，它能冇选择地衰减输入信号中不需要的频率分量，完成滤波作用。滤波器最主要的特性是其频率特性，即滤波器的插入衰减随工作频率不同而变化的特性。

　　式中-信号源通过滤波器后加在负载上的电压

　　E:-信号源不通过滤波器，而直接加在负载上的电压

　　在微波波段，常使用无损耗的电抗元件组成滤波器。如果设计合理，制造精良，插入衰减可作得很小，但端接处理不好，则会使插入

　　必须重视滤波器的连接技术。

　　(1)滤波器与插座的端接技术

　　我们通常使用在微波中的滤波器，在米波段与分米波段，常采用同轴型、交指型、梳状齿型的滤波器。

　　1)交指型、梳状齿型滤波器与插座的连接

　　交指型、梳状齿型滤波器通常用一端短

　　路，一端开路，长约以的圆形或矩形杆作成谐振器。用电容加载的办法来减小体积和增加阻带的衰减，用一端短路的终端短路线来进行阻抗变换。其出口常采用电感耦合方式，如罔3所示。

　　出口焊接插针大小及腔壁开孔大小，按安装插座的插孔尺寸确定。有关计算公式如下：

　　当介质为空气时，1。

　　例如安装插座为112，其插座插孔d=小2，特性阻抗z=50Q时，计算出D=c1)4.6。故腔壁孔在介质为空气时打成丨4.6;此时焊接于终端短路线的开路端的插针为似.2。欲使Z==50Q，必须使插座插孔4>2与腔壁孔安装后仍保持同心。生产过程中常常因下述原因，使小2与小4.6孔安装后不同心。

　　①滤波器似.2的插针装配后对其壁上的4>4.6孔有同心度误差。

　　②插座囚定孔与插座(卜2揺孔间有对称度误差。

　　③滤波器上插座安装孔与其壁上的彳)'4。6孔也有位置度误差。

　　这些误差使得捕座装配后传输阻抗不再是50Q,造成损耗增大。配合情况如图4所示。

　　1)同轴滤波器与插座的连接

　　同轴滤波器若采用电感耦合输出形式，即在内导体上焊接一捕针作为能量的出入口，生产、装配过程中也会遇到梳状、交指型滤波器相似的问题，使得阻抗不匹配，插损增大。同轴滤波器若采用电容耦合输出方式，也存在上述②③项因素影响其特性阻抗值。

　　为解决上述问题，可在结构上作一些改进。将传输介质由空气改为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯相对介电常数^=2.1。按特性阻抗公式计算，当z=50Q时，插座插孔.d=小2，介质的外径与腔壁孔径D=+6.7。对于同轴滤波器的电容摇合方式，可采用能将耦合电容位置相对固定的结构形状，如图5所示。

　　对于电感耦合方式，由于输出插针是直接焊接于终端短路线或同轴腔的内导体上，一般只需直接加装聚四氟乙烯绝缘套，将壁上的孔按绝缘套外径打出即可。

　　如输出采用SMA插座，由于其插孔外径为小1.2，内径40.95，相配的聚四氟乙烯绝缘套外径为4，更适于厚度较薄的交指、梳状齿滤波器的安装。

　　(2)滤波器与带线端接技术

　　带线输入输出端口是按50Q设计的，滤波器与带线连接多是直接采用插针搭接形式。滤波器与瓷片连接时，内导体连接一般不存在问题。造成反射，使插损增大的原因是接地点选择不当和安装不好，即未处理好外导体的连接问题。

　　采取以下措施可使外导体连接效果较好。

　　1)接地点尽可能靠近输出插针。

　　2)设计加工基准选在滤波器与瓷片的结合面上。

　　3)装配时将垫板紧靠滤波器的侧板。

　　为了减小滤波器连接的插损，建议采用图6推荐的接地固定方式。

　　三、接地技术探讨

　　妥善处理接地线路的连接是提高电子设备和系统抗干扰性能的有效手段。正确的接地既能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外发射干扰，而错误的接地反而能引入严重的干扰，甚至使电子设备无法工作。

　　电子设备的接地所包含的内容很多，每一种接地都有其专门的作用和用途。对于低频电路，应遵循“一点接地”的原则，高频电路则宜采用多点接地。

　　1.微带片的接地技术

　　通常采用以下几种方法来实现微带片的接地。

　　(1)用施加压力的方法来实现微带片的接地。此法又可分为直接跑压法和间接施压法两种形式。

　　1)直接施压法

　　将压力直接作用于瓷板上，达到瓷板地与底板地严密贴合的目的。

　　在C波段，用作微波电路的陶瓷基片，一般采用的是纯度很高的“99”瓷I这种A1203陶瓷介质损耗小，介电常数高，且基片抗弯强度高，达4900kg/cm2，其缺点是易碎裂。当采用螺钉将瓷板与垫板或底板直接固定的方法时，为减少瓷板固定时破裂，常在瓷板与螺钉头下的平垫圈间加一聚四氟乙烯垫圈，利用聚四氟乙烯能冷蠕变的特性，分散螺钉头对瓷板的压力。瓷板的地是在瓷板的背面蒸发上金后，再镀一层薄金。而垫板或底板则是用铝板或铜板镀银的办法来保证其有高的导电率。直接施压法接地好坏受底板、瓷板接地表面粗糙度、平面度、施加压力大小影响较大，即受人为因素影响大。底板、瓷板平整度达不到要求时，施加压力过大，均可造成瓷板损坏；压力过小，又不能达到接地要求。控制好上述有关因素，是接地好与不好的关键。

　　2)间接施压法

　　间接施压法是固紧螺钉产生的压力，通过聚四氟乙烯板间接作用于瓷板上的一种接地法。

　　此法可减少瓷板的损坏率，但所占安装尺寸较直接施压法大。此法用于易损的黑瓷片比直接施压法更合适。只要瓷片接地面平面度，与之连接的盒底平面度及粗糙度足能高，施加压力足够大，也能获得较好的接地效果。

　　(2)用粘接的方法来实现微带片接地

　　通常在瓷板与底板间涂上导电胶，施加一定压力，在常温或高温下使其固化，达到瓷板地与底板地相接的目的。因此法受导电胶的性能影响甚大，它要求导电胶有足够的粘接强度，能抗机械冲击和高低温冲击，能耐老化，有优良的电性能和物理性能。由于存在有机粘接剂老化而使接触电阻很快变化，且变化是不可逆转的；接触面大且不可控制；成本高等缺点。此方法能否在微波集成电路中推广使用仍有待于进一步研究。

　　(3)用焊接的方法来实现微带片的接地

　　将瓷板与垫板焊接在一起，再将垫板紧固于盒内。这种方法用于微带片接地最为可靠。在采用此法时，垫板应选用线胀系数与氧化铝陶瓷基片相近的材料，如柯伐合金、氧化铍等。

　　2.屏蔽隔板的接地技术

　　屏蔽是通过各种屏蔽物体对外来电磁干扰的吸收或反射作用来防止噪声侵入，或者相反，将设备内部辐射的电磁能量限制在设备内部，以防止干扰其它设备。屏蔽体有各种类型，而金属隔板式、盒式、芫式是微波集成电路中常用的形式。这些屝蔽体对屏蔽和抑制电磁干扰，起着和滤波器同等重要的作用。屏蔽、滤波和接地技术紧密相关。从屏蔽、滤波和接地三者对抑制电磁干扰的作用看，如果滤波和接地处理得好，有时可降低对屏蔽的要求，甚至可去掉屏蔽。致于采取什么屏蔽措施，屏蔽与滤波和接地措施如何配合使用，根据具体环境条件以及其他一些因素综合考虑而定。

　　中、大规模集成电路，总少不了级间的屏蔽隔板。屏蔽隔板接地不好，不但起不到屏蔽作用，有时反而比不用屏蔽板的效果更差。屏蔽隔板有时还承担级间连接作用。为了加工出连接孔，隔扳常作成可拆卸的。也正是因为这种连接方式，常造成接地不良。生产实践中常用两种方法来解决这一问题。

　　(1)用精密铸造使隔板与盒体连为一个整体

　　精密铸造能预制出隔板上的连接孔，又能使屏蔽隔板与盒体连成一个整体，与盖接触面由于可以与盒壁一次加工出，加盖后即能获得_好的屏蔽效果。

　　(2)用刀口法使隔板接地良好

　　将隔板与底和盖接触部分作成刀口，用螺汀压紧，也可获得较好的屏蔽效果。采用此方法时，刀口的合理制作和压紧力足够大是获得好的屏蔽效果的关键。

　　四、结束语

　　微波集成电路接口技术和接地技术，是一个涉及面较宽的研究课题，本文仅从生产实践中常遇到的一些问题及其解决办法提出一些见解。实践证明，采用这些方法后，对减小插损，减小干扰确有好处。

　　有些方法尚处在研究阶段，本文也作了一些介绍，希望能对同行有所帮助。