Tecnología de PCB - Análisis del diseño de la línea de banda de onda milimétrica por PCB

Análisis del diseño de la línea de banda de onda milimétrica por PCB

Aunque el diseño y la fabricación Placa de circuito impreso (PCB) at millimeter wave frequencies start from considering the circuit materials, La selección de la tecnología de la línea de transmisión desempeña un papel importante en el rendimiento del circuito a alta frecuencia.. A medida que las comunicaciones celulares e inalámbricas siguen ocupando radiofrecuencia/Banda de microondas, Resultando en un ancho de banda más estrecho, Las ondas milimétricas pueden proporcionar suficiente ancho de banda, Los investigadores se centran más en el corto plazo, low-power systems (such as automotive radars and fifth-generation (5G) wireless networks). El interés en la frecuencia de las ondas milimétricas sigue creciendo. Como tecnología de línea de transmisión común en la frecuencia de onda milimétrica, Los diseñadores de circuitos pueden pensar primero en la línea MICROSTRIP, grounded coplanar waveguides (GCPW) or even rectangular waveguides, Pero qué hay del rendimiento de las líneas de cinta? En circuitos compactos y densos, striplines perform well at 24 GHz (many 5G base stations will operate at higher frequencies) or higher frequencies. Al diseñar y construir el circuito de banda de frecuencia de onda milimétrica, hay varias cosas que recordar.

La estructura del cable de cinta es relativamente única, generalmente en comparación con el cable coaxial plano. Tiene una estructura multicapa: el conductor intermedio está rodeado por dos capas dieléctricas superiores e inferiores (material de circuito), y el exterior de la capa dieléctrica está rodeado por una capa de blindaje metálico superior e inferior. Estas laminaciones aumentan la complejidad del Circuito, pero proporcionan un buen aislamiento entre el conductor y la línea de transmisión, permitiendo así un circuito mínimo en frecuencias RF, microondas y milimétricas (dependiendo de las características del material PCB).

Aunque la complejidad de la línea de cinta aumenta el tiempo y el costo de fabricación, también muestra algunas ventajas destacadas. Además de un alto aislamiento y miniaturización, los planos de puesta a tierra superior e inferior de los circuitos de banda ayudan a reducir las pérdidas de radiación, especialmente en la banda de onda milimétrica. Las altas pérdidas de radiación de los circuitos MICROSTRIP a veces los convierten en antenas innecesarias. La línea de banda puede no ser tan simple como la línea MICROSTRIP o gcpw, pero puede ser la mejor opción para algunos diseños de circuitos de ondas milimétricas, especialmente en circuitos densamente encapsulados de alto rendimiento (sin interferencia), o en aplicaciones no deseadas sensibles a la radiación y la interferencia electromagnética (EMI).

Afortunadamente, a través de la tecnología de diseño y fabricación, el excelente rendimiento de los PCB de línea de banda siempre se puede "aplicar" a frecuencias de 77 GHz o más, y muchos experimentos han demostrado buenos resultados. Si necesita una comprensión rápida de las líneas MICROSTRIP y gcpw, puede hacer clic en el video técnico anterior de la escuela "Comparison of the Performance of Millimeter waveband MICROSTRIP Lines and Ground coplanar waveguides" (haga clic en salto directo) para más información.

Como cualquier otro formato de línea de transporte, El circuito de línea de banda se contraerá con el aumento de la frecuencia para adaptarse a los circuitos de longitud de onda más pequeña, como la onda milimétrica.. Sin embargo,, Debido a su estructura multicapa única, El circuito siempre mantendrá un alto aislamiento. Los circuitos de línea de banda también tienen un ancho de banda más amplio, Así que soltero Circuito de onda milimétricaEl diseño puede soportar múltiples aplicaciones. Diseño e implementación de circuitos de línea de banda en frecuencias de onda milimétrica, Deben adoptarse precauciones adecuadas para lograr un rendimiento óptimo y evitar señales innecesarias., Por ejemplo, el modo de señal parasitaria relacionado con la cobertura de banda ancha. La selección del material de PCB desempeña un papel clave en el rendimiento del Circuito de línea de banda en la frecuencia de onda milimétrica..

Notas

Debido a que el circuito de onda milimétrica tiene una longitud de onda más corta, por lo general se utiliza un compactador de capa fina. Sin embargo, incluso con materiales dieléctricos muy delgados, las líneas de banda y sus circuitos multicapas son generalmente más gruesos en una frecuencia dada que los circuitos MICROSTRIP o gcpw. A altas frecuencias, la consistencia de los materiales dieléctricos de PCB es muy importante para la consistencia de la propagación de la señal (simulación asistida por ordenador). En la frecuencia de onda milimétrica, la estructura de materiales dieléctricos multicapa en el circuito de línea de banda tendrá una mayor pérdida dieléctrica y pérdida de inserción que los circuitos MICROSTRIP y gcpw. Sin embargo, la pérdida de inserción de la línea de banda puede controlarse y minimizarse incluso a frecuencias de onda milimétrica seleccionando un material de circuito con baja pérdida dieléctrica o bajo factor de pérdida (DF).

Para los circuitos de banda de frecuencia de onda milimétrica, la rugosidad de la superficie del conductor de cobre puede ser un problem a porque la longitud de onda es pequeña y se procesa generalmente en materiales dieléctricos más delgados. En comparación con la superficie lisa del conductor de cobre, la superficie rugosa del conductor de cobre ralentizará la propagación de ondas electromagnéticas en el conductor. Además, la inconsistencia de la rugosidad de la superficie entre el conductor y el PCB dará lugar a cambios en las características de propagación electromagnética de las señales en el PCB, especialmente en las características de fase a frecuencias de onda milimétrica.

El cambio de la rugosidad de la superficie de cobre causará el cambio de la dispersión de PCB. La dispersión de PCB es una función del conductor y del material dieléctrico. La dispersión incoherente puede no afectar a los circuitos de radiofrecuencia o incluso microondas, pero puede causar cambios en la respuesta de fase de algunos circuitos que son sensibles a la frecuencia de onda milimétrica.

En comparación con la conversión relativamente simple de la señal de un conector Coaxial a un circuito MICROSTRIP o gcpw, el circuito de línea de banda necesita una preparación adecuada para realizar la conversión efectiva de la señal del conector Coaxial al PCB. En un circuito MICROSTRIP, suponiendo que el conductor central del conector y la línea de transmisión del Circuito con un solo plano de tierra tengan la misma impedancia (por ejemplo, 50 islas), una conexión Direct a a menudo puede transmitir eficientemente la energía de la señal del conector al circuito.

Debido a que el plano de señal del Circuito de línea de cinta no está en la superficie, la conversión de señal del conector Coaxial al circuito de línea de cinta requiere muchos intentos. Con el fin de conectar el conductor central del conector con el conductor del Circuito de línea de banda, sólo se puede realizar a través del agujero metalizado (PTH). Debido a la menor longitud de onda de la frecuencia de funcionamiento, la alimentación de la señal o la transición del conductor central del conector al plano de la señal de la línea de banda suele pasar por un orificio metalizado de diámetro mínimo. Con el fin de formar un plano de puesta a tierra uniforme en un circuito de línea de banda, los planos de puesta a tierra superior e inferior de un circuito de conexión PTH similar a través de agujeros se utilizan generalmente para minimizar la posibilidad de diferencias de densidad de corriente en diferentes planos de puesta a tierra. Por supuesto, es importante minimizar la longitud de la PTH de transición. En el circuito de línea de banda, cualquier longitud innecesaria de la trayectoria de la señal puede conducir a la reducción de la reflexión y la pérdida de eco, e incluso a la generación de señales parasitarias o armónicas.

Qué tipo de laminado es el más adecuado para el circuito de banda de frecuencia de onda milimétrica? Rogers Ro3003? Laminado Es un ejemplo, which is a ceramic-filled polytetrafluoroethylene (PTFE) composite material. La constante dieléctrica de todo el material se mantiene en 3.00 ⅱ ± 0.04, Consistencia requerida para circuitos de banda de onda milimétrica con radar de automoción de 77 GHz. El DF del laminado ro 3003 es tan bajo como 0.0010, excelente estabilidad de temperatura a 10 GHz. Al mismo tiempo, the material also has a consistent coefficient of thermal expansion (CTE) on the three axes. La consistencia de Cte asegura que los agujeros mínimos a través de las líneas de banda de frecuencia de onda milimétrica mantengan la integridad y el alto rendimiento en todo el rango de temperatura. Fiabilidad.