Tecnologia RF - Selezione di microonde e PCB RF

Con lo sviluppo della comunicazione wireless e della rete a banda larga, PCB non sta più semplicemente posando fili metallici su alcuni substrati isolanti per realizzare l'interconnessione. In molti casi, substrati e conduttori metallici sono diventati parte di elementi funzionali. Soprattutto nelle applicazioni RF, i componenti interagiscono con il substrato. Pertanto, la progettazione e la produzione di PCB hanno un impatto vitale sulla funzione dei prodotti. Come mostrato nella Figura 1 a sinistra, i conduttori su una parte tipica della piastra a microonde sono elementi.

Noi produttori di PCB siamo anche più coinvolti nelle cose relative alla progettazione, in particolare nella trasmissione del segnale ad alta frequenza e ad alta velocità. Allo stesso modo, i progettisti devono avere una comprensione approfondita del processo di produzione del PCB al fine di produrre in modo completo PCB qualificato e ad alte prestazioni.

Partendo da questo numero, introdurremo alcuni parametri che spesso contattiamo, e faremo alcune discussioni tecniche da poco profonde a profonde, sperando di approfondire la comunicazione e lo scambio tra progettazione e produzione.

1. Costante dielettrica

La costante dielettrica (DK, ε, Er) determina la velocità alla quale il segnale elettrico si propaga nel mezzo. La velocità di propagazione del segnale elettrico è inversamente proporzionale alla radice quadrata della costante dielettrica. Più bassa è la costante dielettrica, più veloce è la velocità di trasmissione del segnale. Facciamo un'analogia con l'immagine. Voglio solo che corri sulla spiaggia. La profondità dell'acqua annega le caviglie. La viscosità dell'acqua è la costante dielettrica. Più viscosa è l'acqua, più alta è la costante dielettrica e più lento si corre.

La costante dielettrica non è molto facile da misurare o definire. Non è solo legato alle caratteristiche del mezzo stesso, ma anche al metodo di prova, alla frequenza di prova, allo stato del materiale prima e durante la prova. La costante dielettrica cambierà anche con il cambiamento di temperatura. Il fattore di temperatura è preso in considerazione nello sviluppo di alcuni materiali speciali. L'umidità è anche un fattore importante che influenza la costante dielettrica, perché la costante dielettrica dell'acqua è 70 e poca acqua causerà cambiamenti significativi

Di seguito sono riportate le costanti dielettriche di alcuni materiali tipici (a 1MHz):

Costante dielettrica del materiale

Si può vedere che per le applicazioni ad alta velocità e ad alta frequenza, il materiale più ideale è il mezzo d'aria avvolto dal foglio di rame, e la tolleranza di spessore è + / - 0,00001 Come sviluppo materiale, tutti stanno lavorando in questa direzione. Ad esempio, il foamclad sviluppato dal brevetto Arlon è molto adatto per l'applicazione di antenne della stazione base. Tuttavia, non tutti i progetti sono basati sul fatto che più piccola è la costante dielettrica, meglio è. Spesso dipende da alcuni progetti reali. Alcuni circuiti che richiedono volumi molto piccoli spesso richiedono materiali con Alta costante dielettrica, come AR1000 di Arlon, che viene utilizzato nella progettazione di circuiti miniaturizzati. Alcuni progetti, come gli amplificatori di potenza, usano comunemente costante dielettrica di 2,55 (come Arlon diclad527, ad255, ecc.) o costante dielettrica di 3,5 (come AD350, 25N / FR, ecc.) Ci sono anche quelli con una costante dielettrica di 4,5 (come ad450), che sono principalmente cambiati dal design FR-4 all'applicazione ad alta frequenza, e sperano di utilizzare il disegno precedente

Oltre a influenzare direttamente la velocità di trasmissione del segnale, la costante dielettrica determina anche in larga misura l'impedenza caratteristica. In diverse parti, la corrispondenza caratteristica dell'impedenza è particolarmente importante nella comunicazione a microonde. Se c'è disallineamento di impedenza, il disallineamento di impedenza è chiamato anche VSWR (rapporto di onda standing)

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Cter: poiché la costante dielettrica cambia con la temperatura e i materiali utilizzati nelle applicazioni a microonde sono spesso in ambiente esterno e persino spaziale, cter (coefficiente termico di ER) è anche un parametro chiave. Alcuni PTFE riempiti con polvere ceramica possono avere caratteristiche molto buone, come CLTE

2. Perdita, perdita tangente, DF, fattore di dispersione

Oltre alla costante dielettrica, il fattore di perdita è un parametro importante che influisce sulle caratteristiche elettriche dei materiali. La perdita dielettrica è anche conosciuta come tangente di perdita, fattore di perdita, ecc Si riferisce alla perdita di segnale nel mezzo, o perdita di energia. Questo perché quando i segnali ad alta frequenza (cambiano costantemente tra fasi positive e negative) passano attraverso lo strato dielettrico, le molecole nel mezzo cercano di orientarsi secondo questi segnali elettromagnetici, anche se in realtà, Poiché queste molecole sono reticolate e non possono essere realmente orientate, ma il cambiamento di frequenza fa muovere le molecole costantemente, producendo molto calore, con conseguente perdita di energia. Alcuni materiali, come le molecole di PTFE, sono non polari, quindi non saranno influenzati dal campo elettromagnetico e la perdita è piccola. Analogamente, il fattore di perdita è anche correlato alla frequenza e ai metodi di prova. La legge generale è che maggiore è la frequenza, maggiore è la perdita

L'esempio più intuitivo è il consumo energetico nella trasmissione. Se la perdita di progettazione del circuito è piccola, la durata della batteria può essere significativamente aumentata; Quando si riceve il segnale, il materiale lossy viene utilizzato per aumentare la sensibilità dell'antenna al segnale e rendere il segnale più chiaro

La resina epossidica FR4 comunemente usata (dk4.5) ha polarità relativamente forte. A 1GHz, la perdita è di circa 0,025, mentre la perdita del substrato di PTFE (dk2,17) è di 0,0009. Rispetto alla poliimide riempita di vetro, la poliimide riempita di quarzo non solo ha una bassa costante dielettrica, ma ha anche una bassa perdita, perché il contenuto di silicio è puro.