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La constante dieléctrica del ro4350b es relativamente estable. El valor estándar de 10 GHz es de 3,48, y la constante dieléctrica disminuye con el aumento de la frecuencia. A 24 ghz, la constante dieléctrica es de 3,47, 0,01 por debajo del valor a 10 ghz.
En general, las placas de PCB de alta frecuencia deben seleccionarse desde los siguientes aspectos: baja permitividad, bajo factor de pérdida, estabilidad de frecuencia y temperatura y costo (costo del material, costo de diseño, prueba y fabricación). El ro4350b de Rogers es un material de baja pérdida para laminados y preimpregnados de resina de hidrocarburos y rellenos cerámicos, con excelentes propiedades de alta frecuencia (generalmente adecuadas por debajo de 30 ghz). Debido a que el ro4350b se procesa con la tecnología de procesamiento estándar de resina epoxi / vidrio (fr - 4), su costo de procesamiento de línea de producción también es bajo. Se puede decir que el ro4350b ha logrado la optimización de costos y rendimiento de alta frecuencia, y es la placa de alta frecuencia de baja pérdida más rentable. Para cumplir mejor los requisitos de diseño, los autores estudiaron la pérdida de inserción de la línea de transmisión de MICROSTRIP basada en la placa ro4350b a 24 GHz al diseñar la antena de matriz de microstrip.
Análisis de la pérdida de inserción de la línea MICROSTRIP
La pérdida de inserción de la línea MICROSTRIP incluye principalmente la pérdida del conductor, la pérdida dieléctrica, la pérdida de ondas superficiales y la pérdida de radiación, de las cuales la pérdida del conductor y la pérdida dieléctrica son las Principales. El efecto cutáneo hace que la corriente de alta frecuencia en la línea de MICROSTRIP se concentre en la capa delgada en la que la banda guía y el suelo de tierra entran en contacto directo con el sustrato dieléctrico, y la resistencia eléctrica de corriente alterna equivalente es mucho mayor que la de baja frecuencia. Cuando se trabaja por debajo de 10 ghz, la pérdida del conductor de la línea de MICROSTRIP es mucho mayor que la pérdida dieléctrica. Cuando la frecuencia de trabajo aumenta a 24 ghz, la pérdida dieléctrica supera la pérdida del conductor.
La figura 1 muestra la pérdida de inserción de las líneas de MICROSTRIP de diferentes longitudes calculadas por el hfss. Los sustratos dieléctrico son todos ro4350b, con un espesor de 20 milímetros. Como se puede ver en la imagen, la pérdida de inserción de la línea de MICROSTRIP es de aproximadamente 17 DB / m, y la pérdida de metal, la pérdida dieléctrica y otras pérdidas son de 4,47 dBm / m, 11,27 dBm / M y 1,26 dBm / m, respectivamente. Como comparación, la Tabla 1 muestra la pérdida de inserción de la línea de MICROSTRIP calculada por mwi2016. Se puede ver que en las mismas condiciones, el valor de cálculo de MWI es de 24,4 db. El valor de pérdida dieléctrica es cercano, pero la diferencia de valor de pérdida del conductor es de 7db. La diferencia se debe a que en el modelo hfss no se tiene en cuenta la rugosidad superficial de la correa guía y el suelo. Los resultados del cálculo de hfss de la pérdida de inserción de la línea de MICROSTRIP son los siguientes:
Medidas para reducir la pérdida de inserción de la línea de MICROSTRIP
1) elija razonablemente el grosor de la placa y use el aceite verde con precaución.
Como se puede ver en la tabla 1, la pérdida del conductor de las líneas de MICROSTRIP con la misma resistencia característica disminuye con el aumento del espesor del dieléctrico, mientras que la pérdida del dieléctrico se mantiene básicamente sin cambios. La razón es que cuanto más grueso es el sustrato dieléctrico, más estrecho es el ancho de la línea de microstrip, más concentrada es la corriente de alta frecuencia y mayor es la pérdida del conductor. Cabe señalar que el medio de aceite verde tiene un gran ángulo de pérdida a 24 ghz, lo que aumentará la pérdida de inserción de la línea de microstrip. Por lo tanto, al diseñar una antena MICROSTRIP de 24 ghz, es necesario abrir la ventana con una máscara de soldadura en el área de la antena. Los resultados del cálculo de la pérdida de inserción de la línea MICROSTRIP mwi2016 son los siguientes:
2) lámina de cobre lopro preferida
La rugosidad superficial de las tiras conductoras y las láminas de cobre del suelo también es un factor importante que afecta la pérdida de inserción de las líneas de microstrip. Cuanto más suave sea la superficie de la lámina de cobre, menor será la pérdida del conductor. El ro4350b ofrece dos tipos de copos recubiertos: el Cobre electrolítico (ed) y el cobre tratado con inversión de baja rugosidad (lopro). La rugosidad de la superficie de la lámina de cobre ed es de aproximadamente 3 um, y la lámina de cobre lopro puede alcanzar 0,4 um, por lo que puede reducir efectivamente la pérdida del conductor. La figura 2 muestra una comparación de las pérdidas de inserción de las líneas de MICROSTRIP de estas dos láminas de cobre. El espesor del sustrato dieléctrico es de 0,1 mm. Como se puede ver en la imagen, la pérdida de inserción de la línea de MICROSTRIP de lámina de cobre lopro a 24 GHz es un 40% menor que la de la lámina de cobre ed. La pérdida de inserción del Cobre electrolítico y el cobre inverso se compara de la siguiente manera:
3) razonable
Selección del proceso de tratamiento de superficie
El proceso de tratamiento de superficie también es uno de los factores que afectan la pérdida del conductor. Hay cuatro procesos comunes de tratamiento de superficie, que se dividen en inmersión en plata, inmersión en oro (oro no níquel), inmersión en oro de níquel (níquel 3 - 5um, oro 2.54 - 7.62um) y inmersión en Estaño. La tabla 2 muestra los parámetros eléctricos de estos metales. El níquel es un material ferromagnético con una conductividad magnética de 600. Según la fórmula de cálculo de la profundidad de la piel, la profundidad de la piel del níquel es un orden de magnitud menor que la de otros metales, por lo que la resistencia superficial del níquel es decenas de veces mayor que la de otros metales, lo que resulta en una pérdida de conductores mucho mayor en el proceso de níquel - oro que en otros procesos. La figura 3 compara la pérdida de inserción de los procesos de tratamiento de superficie de cobre desnudo, plata sumergida y níquel - oro, y el espesor del sustrato es de 20 milímetros. Como se puede ver en la imagen, la pérdida de inserción del proceso de inmersión en plata es similar a la del cobre desnudo, pero la pérdida de inserción de la línea de MICROSTRIP después del tratamiento de superficie de níquel - oro es mayor en 4db / M (10ghz). Es previsible que esta diferencia sea aún mayor a 24 ghz. Grande. La conductividad eléctrica, la constante dieléctrica y la profundidad de la piel de diferentes metales se comparan con el proceso de níquel - oro y la pérdida de inserción del cobre desnudo, como se muestra en la figura:
En resumen, cuando diseñamos una antena de MICROSTRIP de 24 GHz o un circuito de MICROSTRIP utilizando un sustrato dieléctrico de PCB ro4350b, necesitamos considerar el grosor de la placa dieléctrica, el tipo de recubrimiento de cobre y el proceso de tratamiento de superficie de acuerdo con los requisitos de rendimiento y costo. La conclusión se aplica también a la mayoría de las placas de circuito de las series Rogers ro4000 y ro3000.
