Типичные компоненты для поверхностного монтажа (SMT) подвержены минимальному уровню излучения, хотя этим уровнем можно пренебречь. Прогнозирование радиационного отклика, особенно в ближней зоне, типичных устройств SMT — сложная задача. Первым шагом является рассмотрение связи взаимовлияния между двумя микрополосковыми линиями, которые будут использоваться для соединения компонентов на печатной плате. Короткие линии передачи, даже когда они расположены близко друг к другу, демонстрируют очень незначительную связь (рис. 5).
Рис. 5. Характеристики связи коротких линий передачи можно использовать для разработки неэффективного излучателя для тестирования SE.
Поскольку толщина диэлектрической подложки на внешних слоях печатной платы обычно очень мала, желательно, чтобы излучающий элемент был отдельным компонентом, а не интегрировался в печатную плату. Высота отдельного излучателя может быть легко отрегулирована, при этом высота остается меньше, чем внутренняя высота экрана. Используя размеры излучающего элемента линии передачи (высота, длина, ширина и импеданс оконечной нагрузки), можно сформировать необходимый отклик излучателя для тестирования экранов на печатных платах.
Специальное тестовое приспособление, разработанное для тестирования экранов на печатных платах (рис. 6), включает в себя специально разработанный разъем SMA, который с помощью элемента для пайки полностью изолирует точку излучения от заземляющего слоя печатной платы.
Рис. 6. Специальное тестовое приспособление включает в себя специальный разъем SMA, разработанный для минимальной защиты от электромагнитных помех.
Через разъемы подключаются излучающие элементы, прикрепленные к противоположной стороне печатной платы. Излучающие элементы центрированы и прикреплены к каждому из элементов.
Рис. 7. В экранированной камере с перемешиванием мод характеристики излучения ИУ сравниваются с характеристиками эталонного рупора.
Метод реверберационной камеры с перемешиванием мод (рис. 7) является превосходным методом испытаний на электромагнитные помехи из-за его высокого динамического диапазона и воспроизводимости. В этом методе характеристика излучения тестируемого устройства (ИУ) сравнивается с характеристикой эталонной рупорной антенны. Измерения сначала выполняются на рупорной антенне, затем рупор заменяется тестируемым устройством и тестируется. Конечно, одновременно можно тестировать только один радиатор/полость. Радиатор сначала измеряют без экрана над ним, затем надевают экран и снова производят измерение. SE рассчитывается как разница между уровнями принимаемой мощности (в децибелах) до и после применения экрана.
Частотный диапазон такого теста определяется размерами защищенной полости, испытательным оборудованием и полосой пропускания антенны. Основным ограничением обычно является нижняя граница частоты, определяемая внутренним размером полости и используемой антенной. Для тестов в этой статье использовался диапазон частот от 1 до 13 ГГц.
Практически корпус от электромагнитных помех нельзя сделать полным экраном Фарадея. Зазоры из-за перфорации в экранах, неполные экраны, разрывы экранирующей прокладки, промежутки между заземляющими переходными отверстиями и неровности на заземляющей пластине необходимы для изготовления печатной платы. Но пока размер апертуры намного меньше, чем длина волны самой высокой интересующей частоты, это не должно вызывать заметной утечки.
Рис. 8. Измерения SE использовались для разработки модели, которая связывает размер и количество отверстий в перфорированном экране
Эффекты апертур, намного меньших, чем длина волны на самой высокой интересующей рабочей частоте, были тщательно изучены. Для перфорированных экранов частотная зависимость между размером апертуры и SE показана на рис. 8. Хотя эта частотная зависимость представляет собой соотношение отклика большого массива отверстий в дальней зоне, коэффициент смещения в SE может немного отличаться от реальных приложений. Чтобы исключить это, соотношение отклика в дальней зоне (плоская волна) была получена с использованием эмпирических данных, полученных от тонких медных листов, перфорированных с использованием традиционного шестиугольного рисунка. Первоначально отверстия диаметром 1 мм были размещены на шестиугольной сетке размером 1,7 мм, так что около 1552 отверстий попали в кольцевое пространство типичной испытательной камеры ASTM D 4935. SE был получен с использованием измерений S21 с установленными листами и без них (рис. 8).
Для представления этого тестового шаблона была создана простая модель с использованием системы, показанной на рис. 8, и поправочного коэффициента смещения. Следующие три тестовых шаблона были созданы путем удвоения расстояния между отверстиями для каждого случая. Таким образом, в кольцевом пространстве коаксиальной ячейки для каждого шаблона попадало примерно в четыре раза меньше отверстий. Для создания смоделированных данных исходная модель каждый раз изменялась в 4 раза, что приводило к смещениям на 12 дБ. Как показано на рис. 8, соотношение частот следует ожидаемому для плосковолнового возбуждения перфорированных тонких листов.
Следующим шагом будет логично рассмотреть, как перфорированная паяная банка будет вести себя при том же размере отверстия 1 мм на сетке 1,7 мм. По описанной ранее методике испытаний в качестве экрана использовалась полностью запаянная по периметру банка размером 16,3×22,5×3,1 мм. Используя модель, полученную из эксперимента с плоской волной, был сделан прогноз для (127) отверстий диаметром 1 мм (рис. 9).
Рис. 9. Используя модель рис. 8, удалось спрогнозировать SE экрана со 127 отверстиями диаметром 1 мм на шестигранной сетке 1,7 мм.
Удивительный результат более низкого SE добавляется к тому факту, что отклик не изменяется с частотой, даже на низких частотах, что демонстрирует, что даже на низких частотах, где размеры апертур крайне малы по сравнению с длиной волны, SE остается неизменной. Если расстояние между апертурами увеличить в 2 раза, тем самым уменьшив общее количество отверстий в 4 раза, SE увеличится или сместится примерно на 12 дБ, как и в случае плоской волны.
Перфорация в банках обеспечивает теплопередачу во время оплавления припоя. Поскольку эти банки прикрепляются к печатной плате с помощью того же процесса сборки SMT, что и для компонентов. В типовых приложениях шестиугольные массивы отверстий достаточного размера размещаются по всей верхней поверхности корпуса экрана. Отверстие диаметром 1,4 мм или больше является типовым для шестиугольной сетки, обеспечивающей расстояние между отверстиями 4,4 мм и меньше.
Чтобы упростить установку экранирующих узлов на печатную плату, компания Gore разработала «защелкивающийся» экран snapSHOT™, который состоит из металлизированной термоформованной оболочки, которая прикрепляется к печатной плате с помощью стандартных шариков для пайки BGA. Такой подход обеспечивает превосходное механическое и электрическое соединение, а также позволяет пользователю легко снять корпус, чтобы получить доступ к компонентам внутри экрана. Эта запатентованная технология (патент США № 6 377 475; другие патенты США и других стран находятся на рассмотрении) предлагает экран на уровне печатной платы, который можно легко прикрепить к собранной плате после того, как она прошла процесс оплавления припоя.
Экран снаружи металлический, внутри изолятор. Сферы BGA вставляются в отверстия в экране, создавая надежное электрическое и механическое соединение с печатной платой. Периодичность размещения сферы определяется требуемой эффективностью экранирования. Поскольку внутренняя поверхность не является проводящей, любые компоненты, которые могут соприкасаться с этой поверхностью, не будут закорочены. Защитный экран SnapSHOT™ обеспечивает значительно улучшенное экранирование по сравнению с аналогичными перфорированными корпусами и большое удобство в использовании (рис. 10).
Рис. 10. Технология экранирования SnapSHOT™ основана на гибких термоформованных материалах с высокой SE на микроволновых частотах.
Источник: www.mwrf.com