【应用】鸿富诚超薄吸波材料HFC-A2030助力解决家庭网关产品的5G无线空口干扰问题

时间： 2021-01-06 来源：世强

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笔者设计的一款wifi双频家庭网关产品，遇到了wifi干扰问题，通过采用鸿富诚(HFC)的吸波材料 HFC-A2030，顺利解决了问题。笔者设计的产品用户侧支持wifi 2.4G和5G双频，1个USB2.0接口，4个GE口，网络侧支持1个DSL口，产品采用卧式结构放置。

图1 产品系统框图

问题描述

笔者在进行产品测试时，发现wifi 2.4G和5G的天线空口RX（接收）灵敏度指标比较差。2.4G的2根天线空口RX灵敏度指标比传导恶化了6dB左右，5G天线1空口RX灵敏度比传导恶化了10dB，天线2的空口指标恶化了8dB。根据之前wifi调试经验，要求wifi天线空口接收灵敏度比传导恶化控制在3dB以内，否则会影响wifi的无线覆盖。

图2 产品天线布局

问题分析

笔者设计的该款家庭网关产品，PCB采用的是2层板设计，信号走线参考地不如4层板完整，同时天线采用的是板上铁皮天线，天线位置距离CPU和DDR都较近，很容易受到干扰。所以最初设计时，CPU和DDR部分预留了屏蔽罩位置。

根据以往经验，2.4G的干扰源通常和DDR相关，将单板中间CPU和DDR的屏蔽罩上件后，2.4G的两个天线空口指标改善明显。单板2.4G两个通道在20M带宽，MCS7模式6信道的传导RX灵敏度为-74dBm。

单板5G两个通道在80M带宽，MCS0模式106信道的传导RX灵敏度为-87dBm左右。上了CPU和DDR的屏蔽罩后，5G两个通道的空口RX接收灵敏度都有改善，但是仍然不满足和传导差距3dB的要求。

单板设计时，CPU和DDR的bottom层也预留了屏蔽罩，将背面的屏蔽罩焊接上后，5G两个通道106信道HT80 MCS0模式的空口RX灵敏度比传导分别恶化了2dB和1.5dB。但是同时增加两个屏蔽罩，对单板的成本增加较多，需要考虑其他方式。

根据以往的调试经验，5G天线很容易受到单板的PCIE信号干扰，所有重点分析下PCIE走线。由于芯片的管脚设计问题，PCIE1的clock信号无法从top走，只能从bottom层走，图3中的黄色高亮线就是PCIE1的clock信号。从图中可以看出top层的2对PCIE TX和RX差分线参考地被打断了，阻抗会不连续，并且PCIE1的clock信号从bottom层打孔走到top层，过孔也很容易辐射干扰信号，所以只屏蔽top层，无法完全屏蔽掉干扰。使用频谱仪探头探测这块区域的bottom层，5G部分的干扰确实很大。

图3 CPU旁边的PICE走线

解决方案

由于成本问题，只能接受top层加屏蔽罩。考虑不能采用屏蔽罩，是否能采用吸波的方式，直接从源头降低干扰，之前其他项目有过类似的案例。咨询鸿富诚厂家，推荐了HFC-2030的吸波材料，该材料的厚度只有0.3mm，工作频段比较宽，覆盖了5G频段，并且不导电，可以直接贴在单板上，但是具体效果还需要上板测试。

图4 吸波材料反射损耗曲线

如图5所示，使用吸波材料将CPU左下角的PCIE走线贴住。根据屏蔽罩内PCIE走线的面积，并考虑生产的可操作性，采用10*10mm的尺寸，基本可以覆盖到大部分走线。最终实际测试5G两个通道106信道HT80 MCS0模式的空口RX灵敏度比传导分别恶化了2.5dB和2.1dB，和上两个屏蔽罩的效果接近，满足和传导差异3dB的要求。

图5 吸波材料在单板使用

除了考虑吸波材料的吸波特性，还要考虑吸波材料的可靠性和可生产性。该吸波材料的工作温度为-25~120度，单板经过-10~55度长时间温度循环测试，吸波材料不会出现脱落和性能下降的问题，对PCIE信号无影响，并且成本比屏蔽罩方案有优势。最终的解决方案就是top层加屏蔽罩，同时PCB上贴一块吸波材料，完美的解决了wifi 2.4G和5G天线干扰的问题。

在单板生产时，鸿富诚直接提供已裁剪成10*10mm带背胶的吸波材料，产线在盖屏蔽罩上盖前，将吸波材料直接贴在PCB板上，无需增加工位，生产效率基本无影响。