怎样更好的降低无线应用中的空腔谐振？

如今，印刷电路板的设计变得越来越复杂，其原因之一是无线通信在商业中的广泛应用。这些商业应用加快了时钟和处理器的速度，以产生更高的频率，但同时也给设计师们带来了严峻的挑战——降低和消除空腔谐振。特别是在消费类电子产品、手提电脑、无线局域网设备、网络伺服器和交换机、无线天线系统和蜂窝基站这类的商业无线应用中，最容易碰到空腔谐振问题。现今，微波吸波材料成为了设计师们消除简单或复杂空腔谐振最有效的方法。

新的挑战

当设计师们盖上由金属或其它导电材料制成的电路板外壳时，往往会发现电路的运行并不如他们估计的那么顺利，而罪魁祸首通常都是空腔谐振。空腔谐振会严重阻碍电路板的运行，从而影响系统的总体性能(如图1所示)。

驻波模态和谐振频率振幅可能会停留在密闭的空腔内，从而产生空腔谐振。如果矩形空腔的最大尺寸大于自由空间波长或是自由空间波长的一半，就能使驻波模态停留在其空腔内。若低于此截频频率，驻波模态则无法停留。频率更高或尺寸更大的空腔可以产生多个谐振频率，使装置发射额外信号而导致空腔谐振。

阻抗在这里则是主要参数，而驻波还会使空腔内的阻抗不断变化。试想，在一个由金属或其它导电材料制成的空腔壁上，是没有横电场的，所以阻抗也就为零。但如果在离空腔壁四分之一波长的地方(假设没有任何损失)，阻抗将为无穷大。根据电压驻波比峰值和零点不同位置，这个现象也会对装置的输入和输出阻抗带来负面影响。也就是说，空腔谐振改变了电路元件中电路内的阻抗。这种改变在某些情况下会使特殊电路元件需要重新调试，而更坏的影响则是导致所有电路元件不能同时工作。

随着有效频率提高到了微波和毫米波频段，空腔谐振很快成了电路板设计师们普遍遇到的难题。导致空腔谐振问题普遍存在的原因还包括电路功能越增越多，微波模组越做越小，以及微波电路板需要用金属密封外壳对其进行屏蔽。

在很多情况下，直到完成了精确严密、成本高昂的设计后，设计者们才发现这个最初他们没考虑到的潜在问题。所以当他们发现自己精心设计的电路板被集成到屏蔽空腔(比如机芯外壳)或者机壳内后却不能正常工作时，深受打击。

吸波材料

解决空腔谐振问题的方法也的确存在，比如运用金属簧片屏蔽条、电磁屏蔽衬垫和机板级屏蔽等标准屏蔽材料。虽然这些解决方案提供了对抗空腔谐振的保护装置，但在频率升高情况下，它们就不再那么有效了。那些更传统的屏蔽方案(比如运用金属簧片屏蔽条和弹性导电体)的确可以通过为能量提供导电通道来解决谐振问题。这些屏蔽材料将能量贮存在空腔里面，而被贮存的能量会影响到电路板上其它零件，也可能会导致电路板工作不正常。

即使设计师们在电路板设计过程中遇到了空腔谐振这类的问题，他们也会迫于时间关系而不会对其采取相应措施。由于在挑选有效的空腔材料时需要建立复合谐振模型，而设计师们通常都抽不出时间去建模。

现在，那些因不能解决空腔谐振问题而处于消极被动中的设计师们有了新的选择——直接在微波模块的外壳上运用吸波材料(由可吸收微波能量的材料制成的条状物)。由于不需要重新设计电路板外壳或重置电路元件，可以直接给空腔装上吸波材料，方便快捷、造价低廉。吸波材料可以衰减甚至消除空腔谐振现象(见图2)。

通常，衰减空腔谐振最有效的吸波材料(比如硅酮橡胶块)上装载了铁氧体或纯铁。其特点是拥有高介电常数、高导磁性和高磁损失率。另一个参数则是材料厚度。材料的厚度与谐振衰减效率成正比。此外，谐振衰减效率亦跟频率成正比。有些材料在低频微波段内对衰减空腔谐振非常有效，而其它材料却在高频微波段和毫米微波段内更有效。

轻薄的材料常用于吸收高频微波。厚度为大约0.040英寸的磁性材料有利于吸收低频段微波(最高10GHz)，而0.020英寸到0.030英寸厚度的材料有利于吸收更高频段的微波。此外，厚度为0.010英寸的吸波材料在毫米微波段内有效。

产品介绍

爱默生·康明微波产品在开发和制造微波吸波材料领域拥有世界领先地位。作为一个致力于解决空腔谐振综合问题的公司，爱默生·康明微波产品提供了一系列的微波吸收方案，其中包括泡沫和硅酮橡胶块，这些产品非常适合于无线和高频应用。产品包括：

1. 泡棉介质吸波材料

泡棉吸波材料是现在市场上最便宜的吸波材料，多用于基站中。能导电，厚度在1/8英寸以上。如果电路设计能接受其材料厚度和渗气特点的话，泡棉吸波材料将是衰减空腔谐振的最佳解决方案。

a. ECCOSORB LS——高损耗、高韧性的泡棉微波吸波材料

爱默生·康明微波产品的ECCOSORB LS吸波材料是运用最为广泛的聚氨酯泡棉塑料片产品，在业界具有极高知名度并得到大力推荐。其特点是高损耗、低密度、高韧性、易于切割和塑模，而载炭系统又使其具有了导电性。虽然它不具备防水性，可用CERSEAL防水涂层来处理。与昂贵的厚橡胶吸波材料相比，ECCOSORB LS对降低射频放大器、振动器、微波设备容器、计算机房和低噪块(LNB)等产品的空腔Q值(Quality Factors)十分有效。

2. 硅酮橡胶块

硅酮橡胶块主要用于高温条件下。这种应用需要可靠性高而又不导电的薄型吸波材料(厚度0.010英寸)。鉴于上述特征及其渗气特性，硅酮橡胶块也普遍用于军事和航空航天业。

a. ECCOSORB BSR——高耗损高韧性的超薄吸波材料

高损耗高韧性的薄型系列吸波材料由两种型号的不导电硅酮橡胶块组成。ECCOSORB BSR-1和ECCOSORB BSR-2拥有典型的频率范围，从5GHz到毫米波段。易于切割，能适应复合曲线。低渗气性状使ECCOSORB BSR系列吸波材料非常适在太空中应用。这一系列产品是专门为需要减少或削除空腔谐振现象的应用而设计的。

b. ECCOSORB GDS——高损耗硅酮橡胶块

ECCOSORB GDS是一种韧性很好的非导电薄型硅酮橡胶块，其频率在6GHz到35GHz范围内(见图3)。产品具有防水防潮和抗菌性，符合MIL-STD-810E的标准，同时易于切割，能适应复合曲线。低渗气性状使ECCOSORB GDS系列吸波材料非常适合在太空中应用。当附在金属表面时，吸波材料便可以衰减微波模块内的空腔谐振。

c. ECCOSORB MCS——韧性非常好的薄型宽带吸波材料

ECCOSORB MCS是一种薄型硅酮橡胶块，其特性是韧性好、损耗高、载磁的、不导电、易切割、能适应符合曲线、频率在800MHz到18GHz范围内(见图4)。此产品能在350°F高温下持续工作，还能短时间暴露在更高温度下，同时还防水防潮，甚至能置于海拔较高的室外环境而不受影响，包括在太空中。低渗气性状使ECCOSORB MCS系列吸波材料非常适合在太空中应用。ECCOSORB MCS是减少微波模块的空腔谐振现象的最佳选择。

本文小结

由于无线通信应用的快速普及使频率的提高速度远远大于了电路板空腔的减小速度，导致空腔谐振问题变得更复杂。而更多的传统屏蔽解决方案和更先进的工程学重新设计不断推层出新，为解决空腔谐振问题提供了更多的解决方案。现在，爱默生·康明微波产品公司推出的像硅酮橡胶块、介质泡沫等吸波材料为电路设计师们提供了快捷超值的空腔谐振解决方案。

如需查询更多相关信息，请登录爱默生·康明微波产品香港有限公司网页www.eccosorb.com。销售和技术资讯，请电邮至sales@hk.eccosorb.com或致电852-2620 6389。

作者：James DelPrete ，爱默生·康明微波产品公司高级销售和应用工程师