
射频模块内部振荡器、放大器、混频器会产生各类杂散信号。一部分杂散通过射频端口向外输出,另一部分以电磁场形式向外辐射。金属屏蔽罩是射频模块最常用抑制辐射杂散的手段,屏蔽罩设计是否合理,直接决定模块杂散发射水平。今天就来说说屏蔽罩设计与杂散发射水平。
屏蔽罩本质是个法拉第笼,靠导电壳体把电磁场限制在内部。屏蔽效能取决于材料、缝隙、开孔、接地。完整无缝金属壳体屏蔽效能很高,但实际模块屏蔽罩需要开窗调试、留出连接器开孔,盖板和基座之间存在装配缝隙,这些缝隙、开孔是杂散电磁场泄露的主要通道。高频射频,缝隙尺寸接近信号波长 1/20,就会产生明显电磁泄露。
材质选择直接影响屏蔽效果。不锈钢导电率一般,但机械强度好,适合做主腔体;铜合金导电率高,适合做接缝处的弹片或导电胶条。磁导率高的材料对低频磁场有额外吸收损耗,但对GHz以上的电场屏蔽贡献有限。厚度方面,趋肤深度决定了有效厚度,6GHz下铜的趋肤深度约0.85μm,0.2mm的钣金已经足够,再厚只是增加成本和重量。
接地是屏蔽罩设计的重点。很多工程师把屏蔽罩焊在PCB上就完事,结果地回路阻抗太高,高频下屏蔽罩反而成了辐射天线。正确做法是沿屏蔽罩边缘每隔5-10mm打一个接地过孔,直接连到完整的地平面。如果用弹片接地,必须保证接触压力足够,氧化或松动都会导致接触电阻飙升。
SMA公头转SMA母头电缆组件,RG178

腔体谐振是另一个隐蔽的坑。屏蔽罩内部空间如果尺寸刚好匹配某个干扰频率的半波长,就会形成驻波,把原本微弱的杂散放大。这时候近场探头扫描特别有用,拿着探头在屏蔽罩表面慢慢扫,哪里场强突然跳变,哪里就是泄漏点或谐振点。
改善杂散发射,屏蔽罩要和PCB布局协同考虑。干扰源尽量远离开孔和接缝,时钟走线不要平行于屏蔽罩边缘,电源滤波电容紧靠芯片放置,减少环路面积。屏蔽罩内部可以加吸波材料,抑制腔体谐振,但要注意材料耐温性,别在回流焊时烤化了。
说到底,屏蔽罩设计得当能把杂散压下去10-20dB,给后续整改留足余量。开孔尺寸、接地密度、腔体尺寸,这些参数在画板阶段就要算清楚,别等认证不过再拆罩子飞线,那时候成本和周期都扛不住。射频设计本来就是细节决定成败,屏蔽罩这层铁皮,值得多花点心思。