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Circuits gcpw appliqués aux fréquences millimétriques
Avec le développement rapide des technologies de communication modernes et l'épuisement croissant des ressources spectrales dans les bandes de fréquences basses et micro - ondes, de plus en plus d'applications sans fil évoluent vers des fréquences millimétriques plus élevées. Par exemple, des applications telles que les communications mobiles cellulaires sans fil de cinquième génération (5G) et les systèmes avancés d’aide à la conduite (Adas) utilisent toutes des bandes de fréquences supérieures à 24 GHz. Cependant, la puissance du signal diminue généralement avec l'augmentation de la fréquence. La technologie des circuits à ondes millimétriques doit donc tirer pleinement parti de la puissance de signal existante tout en minimisant les pertes de signal. Le maintien de la puissance du signal dans un circuit à ondes millimétriques dépend non seulement du matériau de la carte de circuit imprimé (PCB), mais également du choix de la technologie de la ligne de transmission. Si les facteurs d'influence dans la conception et la fabrication du circuit sont pleinement pris en compte, l'utilisation de lignes de transmission à guide d'onde coplanaire à la Terre (gcpw) à fréquence d'onde millimétrique et de matériaux PCB à faible perte peut obtenir d'excellentes performances du circuit.
La technologie de circuit gcpw présente des avantages naturels par rapport à d'autres technologies de ligne de transmission haute fréquence telles que les lignes ruban, les lignes microruban, en particulier aux fréquences millimétriques. La structure du gcpw est simple et claire: la ligne de transmission de la couche supérieure utilise une structure « terre - signal - Terre (GSG) », la couche intermédiaire est une couche diélectrique monocouche, la couche inférieure est une couche de terre et les couches de terre supérieure et inférieure sont interconnectées par des trous métallisés (PTH). Bien que gcpw ne soit pas conforme à la structure simple d'une ligne microruban, gcpw est beaucoup plus simple qu'une ligne ruban (avec des couches diélectriques en haut et en bas). Par rapport au gcpw, la structure de la ligne microruban, bien que simple, augmente les pertes aux fréquences millimétriques. Aux fréquences millimétriques, les circuits de ligne de transmission microruban rayonnent plus facilement de l'énergie vers l'extérieur que les circuits gcpw, en particulier dans les circuits et les boîtiers compacts, avec des interférences potentielles et des problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM).
Cependant, l'application de performance finale de gcpw nécessite également une compréhension de l'impact des circuits dans le traitement réel, car le paramétrage des propriétés des matériaux est presque idéal lors de la simulation de circuits gcpw à l'aide de divers logiciels assistés par ordinateur (CAE). Ces facteurs peuvent donc conduire à une certaine différence entre les résultats simulés par le logiciel et les résultats de mesure réels des circuits gcpw réellement traités, notamment pour la conception de circuits à ondes millimétriques de grande capacité.
Même avant que le circuit ne soit traité, de légères variations du matériau du PCB peuvent affecter les performances du circuit gcpw, en particulier aux petites longueurs d'onde des fréquences millimétriques, et les longueurs d'onde sont très sensibles à ces variations. Par exemple, une variation de l'épaisseur du matériau diélectrique et de l'épaisseur du conducteur entraînera une variation des performances du gcpw à des fréquences millimétriques. La rugosité de surface dans les conducteurs en cuivre peut également affecter les performances gcpw, tout autre revêtement tel que le revêtement PTH utilisé pour fabriquer les circuits gcpw peut également affecter les performances gcpw.
Traitement des processus
Bien que la technologie de ligne de transmission gcpw soit idéale pour la production de circuits PCB avec une cohérence élevée à des fréquences d'ondes millimétriques, elle doit encore être utilisée en combinaison avec des matériaux de carte de circuit de haute fiabilité tels que la constante diélectrique DK, le facteur de perte DF. En outre, les techniques de traitement des circuits à ondes millimétriques doivent être reproductibles pour assurer une bonne cohérence des circuits dans la production de masse. Les changements dans les techniques de traitement peuvent entraîner des changements dans les performances des PCB. Par exemple, l'emplacement de la PTH utilisée pour connecter deux plans de masse dans un circuit gcpw peut varier d'un circuit à l'autre, et cette petite différence sera également la cause d'un changement de performance.
La forme des conducteurs gcpw peut varier d'un circuit à l'autre, ce qui entraîne des différences de performance entre les circuits gcpw fabriqués. Lors de la modélisation d'un conducteur en feuille de cuivre, le logiciel de simulation CAE suppose généralement qu'il s'agit de la forme idéale du conducteur (rectangulaire en coupe transversale). Et sur cette base, prédire le niveau de performance d'un circuit donné. Cependant, dans l'usinage réel, les conducteurs de surface des circuits gcpw sont principalement usinés en trapèze, avec un certain degré de variation des conducteurs des différents circuits. La variation de ces conducteurs entraînera une modification des propriétés électriques du circuit gcpw, notamment en ce qui concerne les pertes d'insertion et l'angle de phase du signal, et l'effet de cette variation augmentera avec l'augmentation de la fréquence.
En raison de la différence entre le conducteur réel et le conducteur idéal, il existe une différence dans le niveau de performance du circuit réel (trapèze après traitement du conducteur) et du circuit idéal (rectangle). Comme la longueur d'onde du signal correspondante devient plus petite à la fréquence millimétrique, elle est extrêmement sensible aux circuits. Un conducteur de circuit idéal reflète une variation minimale de la permittivité diélectrique effective et de la réponse de phase relative d'un circuit, alors qu'un processus de fabrication standard de PCB entraîne inévitablement de légères variations. Des erreurs peuvent également entraîner des changements de performance entre les circuits.
En outre, les circuits gcpw ont des grandeurs de couplage différentes en fonction de la densité des espacements des parois latérales dans la structure GSG. Souvent, les conducteurs plus proches créent un couplage plus étroit. Les circuits gcpw étroitement couplés ont une plus grande densité de courant sur les parois latérales des conducteurs coplanaires que les lignes de transmission gcpw faiblement couplées. Les circuits gcpw à couplage lâche sont moins sensibles aux changements de processus de fabrication de circuits, car ils ne peuvent pas obtenir de masse supplémentaire et se comportent très bien comme des circuits de ligne de transmission microruban.
Tout matériau de carte de circuit utilisé pour la fabrication de cartes de circuit gcpw à ondes millimétriques, tel que le stratifié ro3003â® de Rogers (DK de 3,00 ± 0,04 pour l'axe Z et DF de 00010 à 10 GHz) et sa surface en feuille de cuivre (rugosité du croisement de la Feuille de cuivre et de la couche diélectrique) affectent les performances des circuits réalisés sur ce matériau, Surtout dans les fréquences plus élevées (par exemple, les fréquences millimétriques) et les circuits plus minces. Une surface de feuille de cuivre rugueuse entraînera une augmentation des pertes d'insertion de ces circuits et un ralentissement de la phase du signal. Les pertes d'insertion du conducteur sont également influencées par la largeur relative du conducteur de la Feuille de cuivre et l'épaisseur du conducteur. Un conducteur plus large affichera moins de pertes, et un conducteur plus épais fera en sorte que la ligne de transmission gcpw utilise plus d'air (valeur de DK inférieure) et transmet avec moins de pertes. Bien sûr, les matériaux de circuit avec des valeurs DK plus élevées apporteront également des vitesses de phase plus lentes.
Revêtement métallique
La fabrication de tout type de circuit gcpw nécessite un matériau PCB plaqué. Par exemple: lors de la métallisation des pores, certains trous sont percés dans le matériau de la carte et une couche de cuivre est plaquée sur les parois des trous pour obtenir une conduction électrique entre les couches de terre supérieure et inférieure. Dans ce processus, les couches supérieure et inférieure sont connectées. La couche de cuivre du PCB sera inévitablement plaquée à nouveau avec une couche de cuivre. En outre, le placage métallique peut à nouveau être effectué sur le circuit gcpw pour former le revêtement final de traitement de surface et protéger les conducteurs en cuivre. La conductivité du métal de placage utilisé pour le traitement de surface est généralement inférieure à celle du cuivre, ce qui augmenterait les pertes de conducteurs et entraînerait une augmentation des pertes d'insertion; En outre, la surface d'un tel revêtement affecte également la réponse de phase, de sorte que cette influence est nécessaire aux fréquences d'ondes millimétriques. Considéré.
Il y a nécessairement une différence entre les résultats de la simulation par le logiciel informatique et les résultats de mesure des circuits gcpw à ondes millimétriques réellement traités. L'une des clés d'une production de masse réussie de circuits gcpw à ondes millimétriques est de minimiser les variations d'erreurs diverses grâce à des caractéristiques matérielles spécifiques et à des caractéristiques de circuit spécifiques. En comprenant comment les matériaux de carte de circuit imprimé matures, tels que le stratifié ro3003, seront affectés par différents processus de fabrication gcpw, il est possible de développer des normes de tolérance significatives pour les performances de production. Ainsi, même pour un circuit Adas à ondes millimétriques à 77 GHz, un rendement élevé peut être atteint.
