Mikrowellen-Technik - Auswahl der Mikrowelle und HF-Leiterplatte

Mit der Entwicklung der drahtlosen Kommunikation und des Breitbandnetzes verlegt PCB nicht mehr einfach Metalldrähte auf einigen isolierenden Substraten, um Verbindungen zu realisieren. In vielen Fällen sind Substrate und Metallleiter Teil von Funktionselementen geworden. Insbesondere bei HF-Anwendungen interagieren die Komponenten mit dem Substrat. Daher haben Design und Herstellung von Leiterplatten einen entscheidenden Einfluss auf die Funktion von Produkten. Wie in Abbildung 1 links gezeigt, sind die Leiter auf einem typischen Teil der Mikrowellenplatte Elemente.

Wir PCB Hersteller sind auch stärker in designbezogene Dinge involviert, insbesondere in der Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitssignalübertragung. Ähnlich, Designer müssen ein tiefes Verständnis für PCB Fertigungsprozess, um umfassend qualifizierte und leistungsstarke PCB.

Ausgehend von dieser Ausgabe werden wir einige Parameter vorstellen, mit denen wir häufig in Kontakt treten, und einige technische Diskussionen führen, von flach bis tief, in der Hoffnung, die Kommunikation und den Austausch zwischen Design und Fertigung zu vertiefen.

1. Dielektrische Konstante

Die Dielektrizitätskonstante (DK, ε, Er) bestimmt die Geschwindigkeit, mit der sich das elektrische Signal im Medium ausbreitet. Die Geschwindigkeit der elektrischen Signalausbreitung ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der dielektrischen Konstante. Je niedriger die Dielektrizitätskonstante, desto schneller ist die Signalübertragungsgeschwindigkeit. Machen wir eine Bildanalogie. Ich will nur, dass du am Strand rennst. Die Wassertiefe ertränkt deine Knöchel. Die Viskosität von Wasser ist die dielektrische Konstante. Je zähflüssiger das Wasser ist, desto höher ist die dielektrische Konstante und desto langsamer läuft man.

Dielektrische Konstante ist nicht sehr einfach zu messen oder zu definieren. Es bezieht sich nicht nur auf die Eigenschaften des Mediums selbst, sondern auch auf das Prüfverfahren, die Prüffrequenz, den Materialzustand vor und während des Tests. Die dielektrische Konstante ändert sich auch mit der Änderung der Temperatur. Der Temperaturfaktor wird bei der Entwicklung einiger spezieller Materialien berücksichtigt. Feuchtigkeit ist auch ein wichtiger Faktor, der die dielektrische Konstante beeinflusst, da die dielektrische Konstante von Wasser 70 beträgt und wenig Wasser signifikante Veränderungen verursacht

Im Folgenden sind die dielektrischen Konstanten einiger typischer Materialien (bei 1MHz):

Dielektrizitätskonstante des Materials

Es kann gesehen werden, dass für Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzanwendungen das idealste Material das Luftmedium ist, das von Kupferfolie umwickelt wird. und die Dickentoleranz ist + /.0.00001 "Als Materialentwicklung arbeiten alle in diese Richtung. Beispielsweise eignet sich die von Arlon Patent entwickelte Schaumschicht sehr gut für die Anwendung von Basisstationen-Antennen. Allerdings basieren nicht alle Konstruktionen darauf, dass je kleiner die Dielektrizitätskonstante ist, desto besser. Es hängt oft von einigen tatsächlichen Konstruktionen ab. Einige Schaltungen, die sehr kleine Volumen erfordern, erfordern oft Materialien mit Eine hohe Dielektrizitätskonstante, wie Arlons AR1000, der in miniaturisierten Schaltungen verwendet wird. Einige Entwürfe, wie Leistungsverstärker, verwenden üblicherweise dielektrische Konstante von 2.55 (wie Arlon diclad527, ad255, etc.) oder dielektrische Konstante von 3.5 (wie AD350, 25N,FR, etc.) Es gibt auch diejenigen mit einer dielektrischen Konstante von 4.5 (wie ad450), die hauptsächlich von FR-4 Design zu Hochfrequenzanwendung geändert werden, und hoffen, das vorherige Design zu verwenden.

Neben der direkten Beeinflussung der Übertragungsgeschwindigkeit des Signals bestimmt die dielektrische Konstante in hohem Maße auch die charakteristische Impedanz. In verschiedenen Teilen ist die charakteristische Impedanzanpassung besonders wichtig in der Mikrowellenkommunikation. Wenn Impedanzmissmatch vorliegt, wird die Impedanzmissmatch auch VSWR (Standing Wave Ratio) genannt.

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Cter: Da sich die Dielektrizitätskonstante mit der Temperatur ändert und die in Mikrowellenanwendungen verwendeten Materialien häufig im Freien und sogar im Weltraum vorkommen, ist cter (Wärmekoeffizient von ER) ebenfalls ein Schlüsselparameter. Einige mit Keramikpulver gefüllte PTFE können sehr gute Eigenschaften haben, wie CLTE

2. Verlust, Verlusttangente, DF, Dispersionsfaktor

Neben der dielektrischen Konstante ist der Verlustfaktor ein wichtiger Parameter, der die elektrischen Eigenschaften von Materialien beeinflusst. Dielektrischer Verlust ist auch als Verlusttangente, Verlustfaktor usw. bekannt. Er bezieht sich auf den Verlust des Signals im Medium oder Energieverlust. Dies liegt daran, dass, wenn Hochfrequenzsignale (sie wechseln ständig zwischen positiven und negativen Phasen) die dielektrische Schicht passieren, die Moleküle im Medium versuchen, sich entsprechend diesen elektromagnetischen Signalen zu orientieren, obwohl in der Tat, weil diese Moleküle vernetzt sind und nicht wirklich orientiert werden können, aber die Änderung der Frequenz bewirkt, dass sich die Moleküle ständig bewegen, Erzeugung von viel Wärme, was zu Energieverlusten führt. Einige Materialien, wie PTFE-Moleküle, sind unpolar, so dass sie nicht durch das elektromagnetische Feld beeinflusst werden, und der Verlust ist gering. Ebenso hängt der Verlustfaktor auch mit Frequenz- und Prüfmethoden zusammen. Das allgemeine Gesetz besagt, dass je höher die Häufigkeit, desto größer der Verlust

Das intuitivste Beispiel ist der Stromverbrauch im Getriebe. Wenn der Schaltungsdesignverlust gering ist, kann die Batterielebensdauer erheblich erhöht werden; Beim Empfang des Signals wird das verlustfreie Material verwendet, um die Empfindlichkeit der Antenne auf das Signal zu erhöhen und das Signal klarer zu machen

Das häufig verwendete FR4 Epoxidharz (dk4.5) hat eine relativ starke Polarität. Bei 1GHz beträgt der Verlust etwa 0.025, während der Verlust des PTFE-Substrats (dk2.17) 0.0009 ist. Verglichen mit glasgefülltem Polyimid hat Quarz gefülltes Polyimid nicht nur eine niedrige dielektrische Konstante, sondern hat auch einen geringen Verlust, weil der Gehalt an Silizium rein ist.