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Buscando un método de prueba para la constante dieléctrica del material adecuado para ondas milimétricas
La frecuencia de las ondas milimétricas (ondas milimétricas) fue una vez parte del espectro reservado para la investigación y el desarrollo (rd). Sin embargo, las ondas milimétricas se han utilizado ampliamente ahora. Con la expansión de los sistemas avanzados de asistencia a la conducción (adas) y sus sistemas de Seguridad de radar de ondas milimétricas, así como la tecnología de comunicación celular de quinta generación (5g), las frecuencias de ondas milimétricas serán utilizadas por miles de millones de personas en todo el mundo. Esto significa que la demanda de materiales de PCB que admitan 28ghz o frecuencias más altas también seguirá creciendo. Para caracterizar este material de placa de circuito de alta frecuencia, por ejemplo, la frecuencia es de unos 80 GHz y es necesario medir la constante dieléctrica (dk) o la constante dieléctrica relativa del material a una frecuencia de onda milimétrica. Sin embargo, en un rango de frecuencia tan alto, no hay estándares claros de la industria.
La constante dieléctrica es el principal problema de la mayoría de los materiales de placas de circuito, ya que afecta el tamaño del circuito a la frecuencia de funcionamiento. Debido a que la longitud de onda disminuye con el aumento de la frecuencia, especialmente a la frecuencia de onda milimétrica, el tamaño del circuito se vuelve muy pequeño, por lo que es importante conocer con precisión el DK del material del circuito. En esencia, la DK o la Permitividad relativa del material puede definirse como la relación entre la cantidad de carga eléctrica almacenada cuando el material está entre dos placas metálicas y la cantidad de electricidad almacenada cuando la placa está en vacío o en el aire. El DK del vacío es "1", y el DK de cualquier otro material es superior al vacío.
Conocimientos básicos de DK
Los métodos de medición utilizados por la mayoría de los proveedores de materiales de placas de circuito son métodos estándar reconocidos por la industria y se miden a una frecuencia de prueba específica, como 10 GHz o menos. También hay algunos métodos para medir el material de la placa de circuito DK a frecuencias de ondas milimétricas, pero estos métodos no son tan conocidos como los métodos de prueba utilizados a bajas frecuencias.
¿¿ cuáles son las dificultades para medir con precisión DK a una frecuencia de onda milimétrica? Para medir el valor DK del material, se puede probar en la materia prima probada (mut), o se puede procesar la materia prima en algún tipo de circuito de referencia y probarla en el circuito. Ya sea la frecuencia de radiofrecuencia, microondas o ondas milimétricas, las características DK del material de la placa de circuito suelen ser isotrópicas. Por lo tanto, al utilizar el método de prueba para determinar el valor DK del material, también es necesario determinar el eje Z (dirección del grosor) del material de prueba o el DK del plano X - y (longitud y anchura del material). Para diferentes direcciones de materiales, estos valores suelen ser diferentes y suelen ser funciones de la frecuencia. Por lo tanto, para los ingenieros de diseño de circuitos de ondas milimétricas, no se puede suponer que el valor DK a 10 GHz en el eje Z sea igual al valor DK a 60 GHz en el plano XY bajo el mismo material. La medición precisa del DK del material del circuito a la frecuencia de las ondas milimétricas es muy importante para muchas de las próximas aplicaciones de ondas milimétricas y sus ingenieros de diseño de circuitos.
Criterios de selección de candidatos
Hay muchos métodos para determinar el valor DK del material a la frecuencia de onda milimétrica. Sin embargo, ningún método ha sido aceptado como tecnología de prueba estándar de la industria por organizaciones de estándares técnicos como IEEE o ipc. Sin embargo, algunos métodos de prueba DK proporcionan una muy buena precisión y repetibilidad de la medición, convirtiéndola en un candidato para el estándar de medición DK de ondas milimétricas.
El método de longitud de fase diferencial de MICROSTRIP es una de las técnicas de medición de ondas milimétricas DK y se puede utilizar como estándar potencial. Este es un método de prueba basado en circuitos. En este método, se fabrican varios circuitos de línea de transmisión MICROSTRIP de 50 ohms de diferentes longitudes en el material de prueba. De esta manera, al medir la diferencia de ángulo de fase entre los dos circuitos, se pueden obtener las características DK del material probado. Debido a que el DK del material medido puede cambiar, al determinar el DK del material, los dos circuitos de MICROSTRIP deben estar lo más cerca posible para minimizar el impacto de los cambios en el DK del material. Puede utilizar un analizador de red vectorial de alta precisión (vna) con una cobertura de frecuencia de hasta 110 GHz para probar los parámetros S y las mediciones de fase de dos circuitos de MICROSTRIP de diferentes longitudes en el mut.
Otro método para determinar el valor DK del material de la placa de circuito a una frecuencia de onda milimétrica es el método del resonador de anillo, en el que el resonador de anillo es un circuito de prueba fabricado en el mut. El tamaño y los parámetros de diseño de estos circuitos de resonancia pueden reflejar con precisión y detalle la frecuencia de resonancia. Al procesar con precisión el resonador de anillo en el mut, se puede deducir con precisión información como la constante dieléctrica del material midiendo la frecuencia de resonancia. Al medir la respuesta del resonador de anillo de acoplamiento de brecha a una frecuencia de onda milimétrica utilizando VNA y comparar estas respuestas con los resultados basados en valores proporcionados por el software comercial de cálculo de campo electromagnético, se puede extraer el valor DK del mut en función del tamaño del circuito y las condiciones introducidas en el software.
Por supuesto, en aplicaciones prácticas, especialmente para el tamaño de los circuitos de ondas milimétricas, el tamaño y la tolerancia del circuito pueden causar cambios en la frecuencia de resonancia de la medición, lo que conduce a errores en el valor DK del material de medición. Los cambios en el ancho del conductor y el grosor de la placa de circuito (mut) también pueden afectar la frecuencia del resonador anular. Además, el grosor de la lámina de cobre en el circuito del resonador anular puede variar en toda la placa de circuito. Los cambios en el espesor del cobre del circuito afectarán la frecuencia de vibración armoniosa de acoplamiento del resonador de anillo de acoplamiento de brecha. Por lo tanto, cuando se aplica el método de prueba del resonador de anillo para determinar el DK del material de la placa de circuito a la frecuencia de onda milimétrica, es necesario minimizar la variación del espesor del cobre del circuito. Clave
Los métodos anteriores son dos métodos clásicos de muchas técnicas de prueba de valor DK de materiales de placa de circuito maduros, que se pueden utilizar como métodos estándar de la industria para la medición de frecuencias de onda milimétrica y materiales de placa de circuito. Ambos se basan en métodos de prueba basados en circuitos y también se pueden utilizar otros métodos de prueba basados en materias primas.
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