Technique RF - Constante diélectrique et facteur de perte de la carte ro4350b à 24 GHz

La constante diélectrique du ro4350b est relativement stable. La valeur standard de 10 GHz est de 3,48 et la constante diélectrique diminue avec l'augmentation de la fréquence. À 24 GHz, la constante diélectrique est de 3,47, soit 0,01 de moins qu'à 10 GHz.

En général, les cartes PCB haute fréquence doivent être choisies dans plusieurs domaines: faible constante diélectrique, faible facteur de perte, stabilité en fréquence et en température et coût (coût des matériaux, coût de fabrication des tests de conception). Ro4350b de la société Rogers est un matériau à faible perte pour les stratifiés et préimprégnés à base de résines hydrocarbonées et de charges céramiques, avec d'excellentes propriétés à haute fréquence (généralement jusqu'à 30 GHz). Parce que le ro4350b est traité avec la technologie standard de traitement époxy / verre (fr - 4), il est également moins coûteux à traiter sur sa ligne de production. On peut dire que le ro4350b permet une optimisation des coûts et des performances haute fréquence et est la bande haute fréquence à faible perte la plus rentable. Afin de mieux répondre aux exigences de conception, les auteurs ont étudié les pertes d'insertion à 24 GHz d'une ligne de transmission microbande basée sur une puce ro4350b lors de la conception d'une antenne microbande.

Analyse des pertes d'insertion de ligne microruban

Les pertes d'insertion de ligne microruban comprennent principalement les pertes de conducteur, les pertes de milieu, les pertes d'onde de surface et les pertes de rayonnement, où les pertes de conducteur et les pertes de milieu sont majeures. L'effet dermocosmétique permet de concentrer le courant haute fréquence sur la ligne microruban sur la couche mince où la bande de conduction et le plancher de masse sont en contact direct avec le substrat diélectrique, la résistance alternative équivalente étant bien supérieure à celle du cas basse fréquence. Lorsque l'on travaille en dessous de 10 GHz, les pertes de conducteurs des lignes microruban sont beaucoup plus importantes que les pertes diélectriques. Lorsque la fréquence de fonctionnement atteint 24 GHz, les pertes diélectriques dépassent les pertes de conducteurs.

La figure 1 montre les pertes d'insertion calculées par HFSS pour différentes longueurs de lignes microruban. Les substrats diélectriques sont tous ro4350b et ont une épaisseur de 20 mils. Comme on peut le voir sur la figure, les pertes d'insertion sont de l'ordre de 17 DB / M pour une ligne microruban et de 4,47 DB / M, 11,27 DB / M et 1,26 DB / M pour les pertes métalliques, diélectriques et autres, respectivement. A titre de comparaison, le tableau 1 présente les pertes d'insertion des lignes microruban calculées par mwi2016. On voit que, dans les mêmes conditions, la valeur calculée du MWI est de 24,4 db. Les valeurs de pertes diélectriques sont proches, mais les valeurs de pertes de conducteurs diffèrent de 7 db. La différence est due au fait que la rugosité de surface de la bande de guidage et du plancher de mise à la terre n'a pas été prise en compte dans le modèle HFSS. Les résultats du calcul HFSS des pertes d'insertion de la ligne microruban sont les suivants:

Mesures visant à réduire les pertes d'insertion des lignes microruban

1) choix raisonnable de l'épaisseur de la plaque, utilisation prudente de l'huile verte

Comme on peut le voir sur le tableau 1, les pertes conductrices d'une ligne microruban de même impédance caractéristique diminuent avec l'augmentation de l'épaisseur du diélectrique alors que les pertes diélectriques sont sensiblement constantes. La raison en est que plus le substrat diélectrique est épais, plus la largeur de ligne microruban est étroite, plus le courant haute fréquence est concentré et plus les pertes de conducteurs sont importantes. Il est à noter que le milieu d'huile verte a un angle de perte important à 24 GHz, ce qui augmentera les pertes d'insertion de la ligne microruban. Ainsi, lors de la conception d'une antenne microruban 24 GHz, il est nécessaire d'ouvrir une fenêtre avec un masque de soudure au niveau de la zone de l'antenne. Les résultats du calcul des pertes d'insertion de la ligne microruban mwi2016 sont les suivants:

2) Feuille de cuivre lopro préférée

La rugosité de surface de la bande conductrice et de la Feuille de cuivre du plancher de mise à la terre est également un facteur important affectant les pertes d'insertion de la ligne microruban. Plus la surface de la Feuille de cuivre est lisse, moins les pertes de conducteurs sont importantes. Ro4350b propose deux types de feuilles revêtues de cuivre: la Feuille de cuivre électrolytique (ed) et la Feuille de cuivre traitée par inversion à faible rugosité (lopro). La rugosité de surface de la Feuille de cuivre ed est d'environ 3 µm et la Feuille de cuivre lopro peut atteindre 0,4 µm, ce qui permet de réduire efficacement les pertes de conducteurs. La figure 2 montre une comparaison des pertes d'insertion de la ligne microruban de ces deux feuilles de cuivre. L'épaisseur du substrat diélectrique est de 0,1 mm. Comme on peut le voir sur la figure, la Ligne micro - ruban lopro Copper Foil a 40% moins de pertes d'insertion à 24 GHz que la Feuille de cuivre ed. Les pertes d'insertion du cuivre électrolytique et du cuivre inverse sont comparées comme suit:

3) raisonnable

Choisir un processus de traitement de surface

Le processus de traitement de surface est également l'un des facteurs qui influent sur les pertes de conducteurs. Il existe quatre types de processus de traitement de surface courants, divisés en argent trempé, or trempé (or non nickelé), nickel - or (nickel 3 - 5um, or 2,54 - 7,62um) et étain trempé. Le tableau 2 présente les paramètres électriques de ces métaux. Le Nickel est un matériau ferromagnétique dont la capacité magnétique est de 600. Selon la formule de calcul de la profondeur de la peau, la profondeur de la peau du nickel est inférieure d'un ordre de grandeur à celle des autres métaux, de sorte que la résistance de surface du nickel est plusieurs dizaines de fois supérieure à celle des autres métaux, ce qui entraîne des pertes de conducteurs beaucoup plus importantes dans Le processus Nickel - or que dans les autres processus. La figure 3 compare les pertes d'insertion des procédés de traitement de surface en cuivre nu, en argent trempé et en nickel - or, avec des épaisseurs de substrat de 20 mils chacune. Comme on peut le voir sur la figure, les pertes d'insertion du procédé de trempage d'argent sont similaires à celles du cuivre nu, mais les pertes d'insertion des lignes microruban après traitement de surface Nickel - or sont supérieures de 4 DB / M (10 GHz). On peut prévoir qu'à 24 GHz, cette différence sera encore plus grande. Grand. La conductivité électrique, la permittivité diélectrique et la profondeur de la chimiotaxie de différents métaux ont été comparées au processus Nickel - or et aux pertes d'insertion du cuivre nu, comme le montre la figure:

En résumé, lorsque nous concevons une antenne microruban 24 GHz ou un circuit microruban à l'aide du substrat diélectrique PCB ro4350b, nous devons tenir compte de l'épaisseur de la plaque diélectrique, du type de revêtement de cuivre et du processus de traitement de surface en fonction des exigences de performance et de coût. Cette conclusion s'applique également à la plupart des cartes des séries ro4000 et ro3000 de Rogers.