Leiterplattentechnisch - Hochfrequenz-Leiterplatte: Vergleich der Mikrostreifenleitung und des geerdeten koplanaren Wellenleiters

Bei der Auswahl der optimalen Leiterplatte mit Hochfrequenz Material für ein bestimmtes Schaltungsdesign, die Hochfrequenz-Leiterplatte Designer muss normalerweise die Leistungsänderungen berücksichtigen, physische Größe, und Leistungspegel der Schaltung. Die Wahl der verschiedenen Übertragungsleitungstechnologie beeinflusst die endgültige Leistung des Schaltungsdesigns des hoch-Frequenz-Leiterplatte, such as the use of microstrip line or grounded coplanar waveguide (GCPW). Die meisten Designer kennen den offensichtlichen Unterschied zwischen den hoch-Frequenzmikrostreifenlinie und die Streifenlinie der Hochfrequenz-Leiterplatte, aber der koplanare Wellenleiter im geerdeten Hochfrequenz-Leiterplatte Design unterscheidet sich ganz von der traditionellen Microstrip-Linie.

Der geerdete koplanare Wellenleiter kann dem Design des Schaltungsdesigners der Hochfrequenz-Mikrowellenherd viele Vorteile und Bequemlichkeiten bringen. Bei der Auswahl verschiedener Schaltungen ist es sehr hilfreich, den Einfluss verschiedener PCB-Hochfrequenz-Leiterplattenmaterialien (Mikrowellen-Hochfrequenz-Leiterplatte) auf die Mikrostreifenleitung und geerdete koplanare Wellenleiterschaltung zu verstehen. Die verschiedenen Strukturen der beiden Schaltungen können in der Abbildung unten gesehen werden.

Wir können sehen, dass die Struktur der Mikrostreifenschaltung entworfen von der Hochfrequenz-Leiterplatte ist, dass die Signalleiterleitung auf der Oberseite der dielektrischen Schicht verarbeitet wird, und die Erdleiteroberfläche befindet sich am Boden der dielektrischen Schicht. In der geerdeten koplanaren Wellenleiterstruktur, zusätzlich zur Grundebene an der Unterseite der dielektrischen Schicht, Zwei zusätzliche Masseebenen werden auf der Oberseite der dielektrischen Schicht hinzugefügt und die Signalleiter befinden sich in diesen beiden Masseebenen und sind voneinander getrennt. Die obere und untere Erdungsebene sind durch metallgefüllte Durchkontaktierungen verbunden, um eine gleichmäßige Erdungsleistung zu erzielen. Darüber hinaus, um die Konsistenz von Schaltungsausfällen wie Gelenken zu gewährleisten, Viele geerdete koplanare Wellenleiterschaltungen verwenden geerdete Busstäbe, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden obersten Masseleitern zu erreichen.

Der Unterschied zwischen den beiden Übertragungsleitungstechnologien besteht darin, dass im geerdeten koplanaren Wellenleiter der kleine Abstand zwischen dem oberen Masseleiter und dem Signalleiter eine niedrige Impedanz der Schaltung erreichen kann, und die Impedanz der Schaltung kann durch Einstellen des Abstands geändert werden. Wenn der Abstand zwischen dem Masseleiter und dem Signalleiter zunimmt, erhöht sich auch die Impedanz. Wenn der Abstand zwischen dem oberen Masseleiter und dem Signalleiter des geerdeten koplanaren Wellenleiters zunimmt, wird der Einfluss des Masseleiters auf die Schaltung reduziert. Wenn der Abstand groß genug ist, ähnelt die geerdete koplanare Wellenleiterschaltung einer Mikrostreifenschaltung.

Warum haben bestimmte Übertragungsleitungen Vorteile gegenüber anderen Übertragungsleitungen? Offensichtlich hat die Mikrostreifenlinie im Vergleich zu geerdetem koplanarem Wellenleiter eine einfache Struktur, die für die Verarbeitung und Computermodellierung bequemer ist. Die Microstrip-Linie und Streifenlinie von Hochfrequenzschaltplatinen sind die am häufigsten verwendete Übertragungsleitungstechnologie im Mikrowellenband, aber im Millimeterwellenfrequenzband nimmt der Verlust der Microstrip-Linie und der Streifenleitungsschaltung zu. Dies reduziert die Effizienz dieser beiden Übertragungsleitungstechnologien in den Frequenzbändern von 30 GHz und höher. Der geerdete koplanare Wellenleiter hat jedoch eine solide Erdungsstruktur und einen geringeren Verlust im Hochfrequenzband. Dies bietet potenzielle Vorteile und stabile Leistung für die Auslegung von Millimeterwellenfrequenzbändern und sogar 100GHz und darüber Frequenzbändern.

Die effektive dielektrische Konstante des PCB-Hochfrequenz-Leiterplattenmaterials bestimmt die Größe der Schaltungsstruktur, wie 50-Ohm-charakteristische Impedanz. Zum Beispiel basierend auf der Rogers Hochfrequenzplatine RO4350B Kohlenwasserstoff Keramik Schaltungsmaterial Microstrip Übertragungsleitung, wird die Schaltungsbreite unter der 50 Ohm charakteristischen Impedanzbedingung der Rogers Hochfrequenzplatine auf dem dielektrischen konstanten Wert des Materials 3.48 basieren. die effektive dielektrische Konstante sinkt. Da das elektromagnetische Feld mehr in der Luft über der Schaltung als im dielektrischen Material der PCB-Hochfrequenz-Leiterplatte verteilt ist, wird die effektive dielektrische Konstante des geerdeten koplanaren Wellenleiters verglichen mit der Mikrostreifenleitung reduziert. Der Unterschied zwischen der effektiven dielektrischen Konstante des geerdeten koplanaren Wellenleiters und der Mikrostreifenleitung hängt auch von der dielektrischen Dicke des geerdeten koplanaren Wellenleiters und dem Abstand zwischen der Signalleitung und der Masse der obersten Schicht ab.

Welche Rolle spielt PCB-Hochfrequenz-Leiterplattenmaterial bei der Wahl, Hochfrequenz-Mikrostreifenleitung oder geerdete koplanare Wellenleiter-Übertragungsleitungstechnologie zu verwenden? Materialparameter wie Permittivität (Dk) und Permittivitätskonsistenz beeinflussen die elektrische Leistung der Übertragungsleitung. Da sich das elektromagnetische Feld sowohl innerhalb als auch außerhalb des Materials der dielektrischen Konstante Dk ausbreiten kann, ist sein Ausbreitungsmodus in der Schaltungsstruktur unterschiedlich, was die effektive dielektrische Konstante des Schaltungsmaterials beeinflusst. Für die Mikrostreifen-Schaltungsstruktur der oberen Übertragungsleitung und der unteren Erdungsebene ist sein elektromagnetisches Feld hauptsächlich innerhalb des dielektrischen Materials zwischen den beiden Metallebenen verteilt und konzentriert sich auf den Rand des Signalleiters. Daher steht die effektive Dielektrizitätskonstante der Mikrostreifenschaltung in engem Zusammenhang mit dem Dielektrizitätskonstantenwert des Leiterplattenmaterials. Zum Beispiel RO4350B Kohlenwasserstoff Keramik PCB Material von Rogers Corporation, der Prozessstandardwert der dielektrischen Konstante in z (Dicke) Richtung bei 10GHz Es ist 3.48, und die dielektrische konstante Abweichung des gesamten Materials wird bei ±0.05 gehalten.

Leiterplatte mit Hochfrequenz Verarbeitungsfaktoren haben weniger Einfluss auf Mikrostreifenschaltung als auf geerdete koplanare Wellenleiterschaltung. Zum Beispiel, Der PCB-Kupferdickenunterschied hat wenig Einfluss auf die Leistung der Microstrip-Schaltung, aber es beeinflusst die Leistung der geerdeten koplanaren Wellenleiterschaltung. Für Mikrostreifenschaltungen, Die dickere Leiterplattenkupferschichtdicke reduziert den Einfügeverlust nur geringfügig und reduziert die effektive dielektrische Konstante der Schaltung. Wie für die geerdete koplanare Wellenleiterschaltung, Eine dickere Leiterplattenkupferschichtdicke erhöht das elektromagnetische Feld zwischen der obersten Massesignalleitung und der Masse, die elektromagnetische Feldverteilung in der Luft über dem geerdeten koplanaren Wellenleiterkreis erhöht. Die Zunahme der elektromagnetischen Feldverteilung in der Luft führt zu einer signifikanten Verringerung des Schaltungsverlusts des geerdeten koplanaren Wellenleiterkreises unter Verwendung einer dickeren Leiterplattenkupferschichtdicke und der effektiven dielektrischen Konstante der Leiterplatte.

Es kann festgestellt werden, dass, obwohl die Mikrostreifenlinie einen hohen Strahlungsverlust in den Hochfrequenz- und Millimeterwellenfrequenzbändern hat und es schwierig ist, zu erreichen hoch-Unterdrückung des Bestellmodus, Die Microstrip-Leitung kann weiterhin für Schaltungen mit relativ schmaler Mikrowellenbandbandbreite geeignet sein. Und die Mikrostreifenschaltung ist relativ unempfindlich gegenüber Leiterplatte mit Hochfrequenz Verarbeitungstechnologie und Kupferschichtdicken- und Dickenunterschiede. Im Gegensatz dazu, geerdete koplanare Wellenleiter haben relativ geringen Strahlungsverlust im Millimeterwellenband und können gute Ergebnisse erzielen hoch-Unterdrückung des Bestellmodus, Das macht geerdete koplanare Wellenleiter zu einer Kandidaten-Übertragungsleitungstechnologie für 30GHz und höher. Darüber hinaus, Die geerdete koplanare Wellenleiterschaltung hat relativ weniger strenge Anforderungen an die Verarbeitungstechnologie und Abweichung der Leiterplatte mit Hochfrequenz, Das macht den geerdeten koplanaren Wellenleiter für die Massenproduktion und Anwendung im Hochfrequenzband geeignet.