5G移动设备的电缆和连接器的EMI辐射抑制

摘要

本文研究了5G移动设备中柔性带状电缆的超小型A(SMA)和板对板(BTB)连接器的电磁干扰(EMI)辐射。并发现了接触连接的不确定性以及SMA连接器和柔性印刷电路板(PCB)之间的间隙为共模电流提供了泄漏路径。我们通过引入更多的接地点或用导电粘合剂填充间隙可有效抑制SMA连接器的泄漏。

此外，表面电流分布和辐射图表明，来自BTB连接器的共模辐射要强得多，这主要是由于其未屏蔽的接地过渡引起的。我们通过将接地插脚替换为屏蔽壁，可以显著减少泄漏，并抑制EMI辐射。

关键词

EMI辐射，共模电流，RF连接器，接地结构。

一、引言

柔性印刷电路板(FPC)形式的薄型带状线电缆被广泛用于移动设备中，用于天线和主板之间的互连。电缆和PCB板之间的连接器存在某种不连续性，会产生辐射和电磁干扰(EMI)。在5G移动设备中，工作频率和电缆数量大大增加，因此EMI将成为严重的问题。

业界已经揭示出，RF电缆的EMI源是在电缆的外表面和地面上跟随的共模电流。在这种情况下，传输线将在“天线模式”下工作。尽管共模电流的密度可能太弱而无法在S参数响应中观察到，但是它的辐射却很明显。

移动设备有两种类型的RF连接器。第一种是SMA连接器，通常将它们连接到PCB板上并在测试中用螺钉拧紧，以便可以重复使用这些连接器。第二种是板对板(BTB)连接器，其接地结构未屏蔽。

本文研究了这两种类型的连接器的泄漏和辐射，发现了SMA连接器与PCB板接地之间的不确定接触和间隙以及BTB连接器的开放结构将为共模电流提供泄漏路径，从而导致辐射。为了有效抑制EMI辐射，应通过焊接或填充导电胶完全屏蔽地面的过渡。而表面电流分布和实现增益的仿真结果证明了该方法的有效性。

二、模拟与分析

A.SMA连接器和带状线之间的过渡

考虑图1所示的常规探针馈送的带状线，其中两个SMA连接器在两端垂直馈送带状线。带状线呈对称夹心结构，由三层12μm厚的铜和两层200μm厚的LCP电介质组成。SMA连接器的外部和内部导体分别连接到带状线的接地线和内部线。

图1. SMA带状线过渡的几何形状和共模电流泄漏的机制。(a)传输线的整体结构。(b)具有完美接地的过渡电流路径。(c)过渡的电流路径，地面之间有缝隙。

在理想情况下，如图1(b)所示，SMA连接器的法兰应完全与带状线的地面完全无间隙地接触。在这种情况下，SMA连接器外部导体内表面上的返回电流将被迫流入带状线的内侧。因此，即使存在不连续性，共模电流也不会泄漏出去。

但在实际实现中，SMA连接器可以连接并紧固到PCB板上，或者通过多点焊接实现连接。结果，如图1(c)所示，SMA法兰与地面之间将存在间隙。间隙为返回电流提供了泄漏路径，少量电流将流到接地线和同轴线的外表面，从而产生辐射。

为了演示其工作原理，我们模拟了两种类型的传输线在SMA连接器和带状线接地之间有无间隙的表面电流分布，并在10 GHz下给出了结果，如图2所示。

接触时，只能看到非常弱的共模电流，并且由于短路金属柱之间的有限距离，它们主要从带状线的两侧出来。为了进行比较，然后我们在法兰和地面之间引入间隙，并且仅通过两侧的两个螺钉将它们连接起来。如图2(b)所示，这种情况下的表面电流要强得多，尤其是在法兰和地面之间的界面处。这意味着电流只是从间隙中泄漏出来。