PCB高频电路电磁兼容特殊要求
来源：捷配
时间: 2025/12/19 09:51:37
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高频电路（通常指信号频率≥1GHz）的 PCB 设计，是对工程师的一大考验，尤其是地平面设计，直接决定了电路的 EMC 性能和信号完整性。很多高频 PCB 产品之所以通不过认证，问题往往出在地平面上。今天就针对高频电路的特点，聊聊 PCB 电磁兼容地平面设计的特殊要求和解决方案。
问题 1：高频电路中，地平面的阻抗特性为什么至关重要？在低频电路中，我们通常将地平面视为 “零阻抗” 的理想导体，但在高频电路中，地平面的阻抗特性会变得非常显著。这是因为高频信号的集肤效应和邻近效应，会导致电流集中在导体表面流动，增加地平面的等效阻抗。
地平面阻抗过高会带来两个严重问题：一是产生较大的地压降，导致电路参考电位不稳定，影响信号的幅值精度；二是增加电磁辐射，地平面上的电流会以磁场的形式向外辐射能量，成为 EMC 干扰源。
根据捷配的测试数据，当信号频率从 1GHz 提升到 10GHz 时，地平面的等效阻抗会增加 5-10 倍。因此，高频电路地平面设计的核心目标之一，就是降低地平面的等效阻抗。
问题 2：如何降低高频电路地平面的阻抗？降低高频地平面阻抗，可从材料选择、结构设计两个方面入手：第一，选择高导电率的覆铜板材料。覆铜板的铜箔纯度越高、厚度越大，导电率就越高，地平面阻抗就越低。捷配在为射频电路客户设计 PCB 时，会优先推荐采用电解铜箔（纯度≥99.9%），铜箔厚度选择 2oz（约 70μm），相比常规 1oz 铜箔，阻抗可降低 30% 以上。同时，基板材料的介电常数也会影响地平面的阻抗特性。高频电路应选择介电常数稳定、损耗角正切小的材料，如罗杰斯 RO4350B、聚四氟乙烯（PTFE）等，这些材料能减少信号在传输过程中的能量损耗，间接降低地平面的负载阻抗。
第二，优化地平面的结构设计。一是保证地平面的完整性，减少挖空和分割，避免形成阻抗不连续的区域；二是采用网格状地平面（仅适用于特定场景），网格状地平面能减少寄生电容，降低高频信号的传输损耗，但会牺牲部分屏蔽性能，需根据实际需求权衡；三是增加接地过孔的密度，接地过孔能将不同层的地平面连接成一个整体，降低整体阻抗。
问题 3：高频电路中，地平面与天线效应的关系是什么？如何避免？在高频电路中，不恰当的地平面设计会导致 PCB 本身成为 “天线”，大幅增强电磁辐射。这种现象被称为PCB 天线效应，是高频电路 EMC 测试失败的常见原因。
天线效应的产生，主要是因为地平面被分割后，形成了类似天线的 “导体结构”。例如，当地平面上存在长条形的挖空区域时，该区域的边缘会形成一个偶极子天线，在高频信号的激励下向外辐射电磁波。
避免天线效应的核心方法，就是杜绝地平面上的长条形、大面积分割。具体措施包括：
- 地平面挖空时，避免形成长度≥λ/20 的条状区域（λ 为信号波长）；
- 高速信号走线下方的地平面必须保持完整，禁止任何形式的分割；
- 在 PCB 的边缘布置接地过孔阵列，将地平面与 PCB 的金属外壳连接，形成闭环屏蔽，抑制天线效应。
问题 4：高频电路中，地平面与屏蔽罩的配合设计要点有哪些？高频电路仅靠地平面的屏蔽作用往往不够，还需要搭配金属屏蔽罩使用。地平面与屏蔽罩的配合设计，需注意两点：一是屏蔽罩的接地方式。屏蔽罩必须与地平面可靠连接，建议采用多点接地，接地间距≤λ/20。可在屏蔽罩的四周布置接地焊盘，通过焊接的方式与地平面连接，确保接触电阻最小。二是屏蔽罩内部的地平面处理。屏蔽罩内部的电路区域，地平面应保持完整，且与屏蔽罩形成良好的电气连接，让屏蔽罩内部的电磁辐射被地平面和屏蔽罩吸收，无法向外泄漏。
高频电路的地平面设计，需要理论与实践相结合。捷配凭借多年的高频 PCB 设计经验，已形成一套标准化的设计流程，能有效解决高频电路的 EMC 问题。
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