Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
Mikrowellen-Technik

Mikrowellen-Technik - Wie wählt man PCB-Material, das für Satellitenkommunikationssysteme geeignet ist?

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Mikrowellen-Technik - Wie wählt man PCB-Material, das für Satellitenkommunikationssysteme geeignet ist?

Wie wählt man PCB-Material, das für Satellitenkommunikationssysteme geeignet ist?

2021-06-30
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Author:ipcber

Der Weltraum könnte das letzte Erkundungsgebiet der Menschheit sein, but the orbiting satellites that provide satellite communications (satcom) to the earth and its auxiliary infrastructure still seem so far away. Für elektronische Geräte, Der Raum könnte eine seiner schlechtesten Arbeitsumgebungen sein, und die verschiedenen Komponenten des Satelliten dürfen nicht versagen. Satellitenkommunikationssysteme erfordern LeiterplattenMaterial Zur Aufrechterhaltung ausgezeichneter Leistung und hoher Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen und im Umlaufbetrieb. Wenige LeiterplattenMaterial kann den anspruchsvollen und anspruchsvollen Anforderungen von Satellitensystemen gerecht werden, und nur die LeiterplattenMaterial mit besonderen Eigenschaften kompetent sein können.


Welche Art von PCB-Material kann die Arbeitsumgebung im Raum treffen? Für Satelliten, die in einer Vakuumumgebung arbeiten, die geringe Ausgasungsrate von LeiterplattenMaterial ist eine entscheidende Bedingung. Abgasgeschwindigkeit ist die Freisetzung von Gasen, die in Feststoffen eingeschlossen sind, wie diejenigen in LeiterplattenMaterial. Sobald das Gas freigesetzt ist, Es kann auf den Oberflächen verschiedener Geräte im Satelliten kondensieren, die Störungen in Schaltungen und Systemen verursachen können.


Normalerweise ist der Deflationsprozess sehr langsam, dauert eine lange Zeit und erfordert eine genaue Erkennung, um die Menge der Deflation des LeiterplattenMaterials zu bestimmen. Das American National Standards Institute (ANSI) entwickelte eine Testmethode für die Ausgasungsrate und definierte sie in der Norm ANSI/ASTM E595-84. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) verwendet diesen Standard in Verbindung mit ihrer internen Prüfmethode SP-R-022A, um die Qualitätsänderung des Materials nach der Vergasung unter Vakuumbedingungen zu testen, um die Gasfreisetzungsrate zu bewerten. Tests ergaben, dass Materialien auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE), wie RogersRT/Duroid und TMM Kohlenwasserstoff-Verbundwerkstoff PCB-Material, eine hohe Ausgasungsbeständigkeit aufweisen.


Die Duroplast-Serie TMM LeiterplattenMaterial Es wurde nachgewiesen, dass sie auf Satellitenkommunikationssysteme anwendbar sind, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Es besteht aus einer Reihe von Keramiken, Kohlenwasserstoffe und duroplastische Polymere. Its dielectric constant (Dk value) in the z-axis direction (thickness direction) ranges from 3.27 bis 12.85, und seine hervorragenden Eigenschaften sind sehr geeignet für Umlaufbahnen von Satelliten und ähnlich anspruchsvolle Arbeitsumgebungen.


Satellitenkommunikation


Neben Vakuumbedingungen muss PCB-Material im Weltraum über herkömmliche Anwendungen hinaus auf verschiedene extreme Temperaturen aufgebracht werden können. Die Raumumgebung ist in der Regel kalt und dunkel. Wenn sich der Satellit im Schatten der Erde befindet, wird die Umgebungstemperatur ziemlich niedrig sein, da es keine atmosphärische Regulierung gibt. Im Gegenteil, wenn der Satellit Sonnenlicht ausgesetzt ist, kann die Betriebsumgebung des Satelliten die Temperatur eines Ofens erreichen. Satelliten im Orbit fahren unter solchen extremen Temperaturen weiter. Ob bei der Anwendung von geostationären Satelliten oder geostationären Satelliten, es wird großen Temperaturschock auf das LeiterplattenMaterial bringen, so dass PCB-Material besonders gute thermische Eigenschaften haben muss.


Wie zu messen, ob PCBMaterial für Satelliten geeignet? Einer der wichtigsten charakteristischen Indikatoren ist: die Veränderungsrate der dielektrischen Konstante des LeiterplattenMaterial mit der Betriebstemperatur. Idealerweise, LeiterplattenMaterial Der Einsatz im Weltraum kann nicht nur für einen weiten Temperaturbereich geeignet sein, aber auch sehr geringe Änderungen der Dielektrizitätskonstante innerhalb dieses Temperaturbereichs aufweisen. The temperature coefficient of dielectric constant (TCDk) of the LeiterplattenMaterial die Stabilität der Material. Im kommerziellen Bereich, Industrie, Militärsysteme, und Weltraumumgebungen, LeiterplattenMaterial muss großen Temperaturschwankungen standhalten. Die charakteristische Impedanz der meisten Hochfrequenz-Übertragungsleitungen, die in der Satellitenkommunikation verwendet werden, beträgt 50Ω. Änderungen der dielektrischen Konstante von LeiterplattenMaterial Veränderungen der charakteristischen Impedanz verursachen, was zu Unterschieden in der Schaltungsleistung führt, wie Änderungen der Amplitude und Phasencharakteristik.


In Raumfahrtkreisanwendungen ist es sehr notwendig, LeiterplattenMaterial mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante (TCDk) zu verwenden, der die Leistungsänderungen verringern kann, die durch die Temperaturänderung der dielektrischen Konstante verursacht werden. Der Arbeitstemperaturbereich der TMM-Materialkonstruktion kann von -55°C bis +125°C sein, die mit der extremen Temperatur von Satelliten in der Weltraumumgebung umgehen kann. Unter extremer Temperatur ändert sich die Dielektrizitätskonstante dieses LeiterplattenMaterials sehr wenig. Bei TMM-Material mit dem niedrigsten dielektrischen Konstantwert steigt die dielektrische Konstante leicht an; Für TMM-Material mit einem dielektrischen Konstantwert von 6 und höher wird die dielektrische Konstante leicht abnehmen.


Zum Beispiel für ein TMM3 Laminat mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,27 in Richtung z (Dicke) bei einer Frequenz von 10 GHz ist der TCDk sehr niedrig, nur +37 ppm/°K. Ein weiteres TMM-LeiterplattenMaterial, dessen Dielektrizitätskonstante sich in die positive Richtung ändert, ist TMM4-Laminat, das eine Dielektrizitätskonstante von 4,50 auf der z-Achse mit einer Frequenz von 10 GHz aufweist. Die Abnahme der Dielektrizitätskonstante von TMM6 PCB Material mit Temperatur ist fast vernachlässigbar. Seine Dielektrizitätskonstante in z-Achsrichtung beträgt 6,00 und hat eine extrem niedrige TCDk von -11 ppm/°K. Im Allgemeinen gilt PCB-Material mit einem absoluten Wert von TCDk kleiner oder gleich 50 ppm/°K als relativ gute Temperatureigenschaften.


Die TMM-Serie von LeiterplattenMaterialien bietet Schaltungsentwicklern eine breite Palette von wählbaren Permittivitätswerten. Designer können Schaltungsminiaturisierung realisieren und Platz sparen, indem sie den dielektrischen Konstantwert des LeiterplattenMaterials wählen. Dies kann erreicht werden, indem ein LeiterplattenMaterial mit einem höheren dielektrischen Konstantwert verwendet wird (die Schaltungsgröße einer Schaltung mit einem niedrigen dielektrischen Konstantwert PCB-Material ist relativ groß, wenn die Übertragungsleitung die gleiche charakteristische Impedanzschaltung aufweist). Normalerweise ist der Preis einer solchen Schaltungsminiaturisierung das etwas schlechtere Material TCDk, obwohl dies bei TMM-Material mit höheren dielektrischen Konstanten nicht der Fall ist. Zum Beispiel hat TMM10-Material eine z-Achse dielektrische Konstante von 9,20 bei 10 GHz, die einen TCDk-Wert bis -38 ppm/°K hat. Um eine extreme Miniaturisierung zu erreichen, beträgt die Dielektrizitätskonstante des TMM13i LeiterplattenMaterials in der z-Achse 12,85 und sein TCDk-Wert ist -70 ppm/°K, was immer noch akzeptabel ist.


Das PCB-Material TMM13i ist hoch isotrop, und seine dielektrischen Konstanten in den drei Richtungsachsen (X, Y, Z) sind alle nahe 12.85. Die meisten Materialien sind anisotrop, und die dielektrische Konstante der z-Achse unterscheidet sich von den dielektrischen Konstanten der x- und y-Achse. Für die meisten Schaltkreise, wie Mikrostreifen- und Streifenschaltungen, ist das Hauptanliegen die Dielektrizitätskonstante in der z-Achse Richtung, da der Großteil des elektromagnetischen Feldes (EM) dieser Übertragungsleitungen durch diese Richtung des Materials verläuft. Aber für Schaltungen mit EM-Feldern in der x-y-Ebene kann isotropes Material vorhersagbare Leistung liefern. Für Schaltkreise, die isotropes Material verwenden müssen, hat TMM10i Material bessere isotrope Eigenschaften und es ist eine verbesserte Version des Standard TMM10 Materials. Die z-Achse dielektrische Konstante von TMM10i Material ist etwas höher als der von TMM10 Material. TMM10i hat eine z-Achse dielektrische Konstante von 9.80 bei einer Frequenz von 10GHz, und TMM10 Material ist 9.20.


Temperaturänderungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Wahl der LeiterplattenMaterial im Weltraum eingesetzt, and another key parameter that circuit designers care about is the coefficient of thermal expansion (CTE) of LeiterplattenMaterial. CTE kann verwendet werden, um die Dimensionsänderungen von LeiterplattenMaterial beim Heizen und Kühlen. Da die meisten LeiterplattenMaterial wird sich bis zu einem gewissen Grad ausbreiten und zusammenziehen, Material mit einem CTE von 0 ppm/°K sind sehr selten. Idealerweise, Der CTE-Wert sollte so niedrig wie möglich oder nahe dem Wert der leitfähigen Material, wie Kupferfolie, die die LeiterplattenMaterial (CTE is about 17 ppm/°C), so dass das Medium und die Kupferfolie in Kontakt mit der Kupferfolie kleinste Temperaturänderungen erzeugen können. Stress. Der CTE-Wert von TMM Material on the three axes (X, Y, Z) ranges from 15 to 26 ppm/°K, das ziemlich nah an Kupfer ist. Daher, auch in Satellitenumgebungen mit großem Temperaturbereich, seine Schaltung hat noch eine hohe Zuverlässigkeit.