Technique RF - Perte d'insertion à 24 GHz pour ligne microruban PCB ro4350b

Les ingénieurs de conception de PCB haute fréquence choisissent généralement des matériaux de PCB haute fréquence de plusieurs façons.

1. Faible constante diélectrique

2. Faible coefficient de perte

3. Fréquence stable

4. Inflation et contraction stables

5. Coût de PCB (coût matériel, coût de fabrication d'essai de conception)

Le ro4350b de Rogers est un stratifié et une feuille semi - durcissable à faible perte de résine hydrocarbonée et de remplissage céramique avec d'excellentes propriétés à haute fréquence (généralement applicables jusqu'à 30 GHz). Parce que le ro4350b est traité avec la technologie de traitement époxy / verre standard (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 à haute fréquence et est le matériau haute fréquence à faible perte le plus rentable. Afin de mieux répondre aux exigences de conception, nous avons testé les pertes d'insertion à 24 GHz d'une ligne de transmission microruban à base de matériau ro4350b lors de la conception d'une antenne réseau microruban.

Analyse des pertes d'insertion des lignes microruban

Les pertes d'insertion des lignes microruban comprennent principalement les pertes de conducteurs, les pertes diélectriques, les pertes d'ondes de surface et les pertes radiatives, les pertes de conducteurs et les pertes diélectriques étant les principales pertes. L'effet dermocosmétique permet de concentrer le courant haute fréquence sur la ligne microruban sur la couche mince de la bande conductrice et sur le plancher de masse en contact direct avec le substrat diélectrique, la résistance alternative équivalente étant bien supérieure à celle du cas basse fréquence. Lorsque la fréquence de fonctionnement est inférieure à 10 GHz, les pertes conductrices de la ligne microruban sont beaucoup plus importantes que les pertes diélectriques. Lorsque la fréquence de fonctionnement monte à 24 GHz, les pertes diélectriques dépassent les pertes de conducteurs.

Résultats du calcul HFSS des pertes d'insertion des lignes microruban

Pour les pertes d'insertion calculées par HFSS pour différentes longueurs de lignes microruban, le substrat diélectrique est ro4350b et l'épaisseur est de 20 mils. Comme on peut le voir sur la figure ci - dessus, les pertes d'insertion d'une ligne microruban sont de l'ordre de 17 DB / M, les pertes métalliques, diélectriques et autres étant respectivement de 4,47 DB / M, 11,27 DB / M et 1,26 DB / m. 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 MWI a été calculée à 24,4 DB, avec des valeurs de pertes diélectriques proches mais des valeurs de pertes conductrices 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.

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

1. Choix raisonnable de l'épaisseur de la plaque, réduisant la couche de résistance de soudage

Pour une ligne microruban de même impédance caractéristique, les pertes de conducteurs diminuent avec l'augmentation de l'épaisseur du milieu alors que les pertes de milieu sont sensiblement constantes. La raison en est que plus le substrat diélectrique est épais, plus la largeur de la ligne microruban est étroite, plus le courant haute fréquence est concentré et plus les pertes de conducteurs sont importantes. Il est à noter qu'un angle de tangence de perte plus important du support de masque de soudure à 24 GHz augmenterait les pertes d'insertion de la ligne microruban. Par conséquent, lors de la conception d'une antenne microbande 24 GHz, il est nécessaire de souder et de Fenestration de la zone de l'antenne.

2.preferred lopro feuille de cuivre

La rugosité de surface de la Feuille de cuivre de la bande de guidage et du plancher de masse 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. Le ro4350b est disponible en feuille de cuivre électrolytique (ed) et en feuille de cuivre à traitement inverse 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. L'épaisseur du substrat moyen est de 0,1 mm par rapport aux pertes d'insertion des deux feuilles de cuivre. À 24 GHz, les pertes d'insertion de la Ligne micro - ruban lopro Copper Foil sont 40% inférieures à celles des feuilles de cuivre ed.

Comparaison des pertes d'insertion du cuivre électrolytique et du cuivre inverse

3. Processus de traitement de surface raisonnablement choisi

Le processus de traitement de surface est également l'un des facteurs qui influent sur les pertes de conducteurs. Il existe quatre procédés de traitement de surface courants, notamment la précipitation d'argent, la précipitation d'or (nickel - or), la précipitation de nickel - or (nickel 3 - 5 µm, or 2,54 - 7,62 µm) et la précipitation d'étain. Le tableau 2 présente les paramètres électriques de ces métaux pour lesquels le nickel est un matériau ferromagnétique ayant une constante diélectrique 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 procédé Nickel - or que dans les autres procédés. L'épaisseur du substrat est de 20 mils en raison des pertes d'insertion du cuivre nu, de la précipitation d'argent et des procédés de traitement de surface Nickel - or. Comme on peut le voir sur la figure, les pertes d'insertion du procédé de dépôt 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) et on peut prévoir qu'elles seront plus importantes à 24 GHz.

Comparaison des pertes d'insertion du procédé Nickel - or par rapport au procédé cuivre nu

Lorsque nous concevons une antenne microruban 24 GHz ou un circuit microruban à l'aide du substrat média ro4350b, nous devons tenir compte de l'épaisseur de la plaque média, 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 matériaux des séries ro4000 et ro3000 de Rogers.