マイクロ波技術 - RF回路のサイズを小さくするための正しい回路基板材料の選択

RF回路のサイズを小さくするための正しい回路基板材料の選択

電子デバイスの移動性と携帯性に対する需要の増加, 回路の小型化はますます重要になってきている. 電子製品を始める前に, 適切な選択 回路基板 材料は、より小さなRFと マイクロ波回路基板. 与えられた周波数範囲, Aの使用 回路基板 material with a higher dielectric constant (Dk) usually makes the デザイン size and structure of the circuit smaller. しかし, より高いDK値を有するプレートの使用は、回路の挿入損失を増大させ、回路の他の態様の性能を低下させる. 同時に, のDK値 回路基板 材料は回路のインデックスパラメータにも影響する, 放射損失など, 分散, カップリング, など.

所定の周波数については、回路基板材料Dkの増加に伴って媒体中の波長が減少し、DDK値が低い回路よりも高いDk値を有する回路基板材料上に設計された回路サイズになり、基板材料上に設計された回路サイズが小さくなる。さらに、Dk値が高い回路基板材料は、これらの材料を通過する電磁波（EM）の位相速度も低下させる。回路基板材料のDkは、通常、10 GHzの材料のZ軸方向（すなわち厚さ方向）で測定される値である。市販の回路基板材料のZ軸Dk値は、10（またはそれ以上）、または2と同じくらい低いことができる（DKが1に等しい空気と比較して）。しかし、客観的に話すが、通常、6以上のDK値で、それは高誘電率シートとみなされることができます。

dk値が低い回路基板材料からなる伝送線路は，位相速度が速い。位相敏感回路（フェーズドアレイアンテナなど）の小型化のためにはdkの影響を考慮する必要がある。加えて、より高いDk値を有する回路基板材料は、より低いDK値を有する回路基板材料よりも大きなばらつきを示す。より高いDK値を有する回路基板材料は、通常、方向性結合器およびより高い結合係数を必要とする他の回路で使用される。

DKに関する限り, 回路基板 材料は通常異方性. 3軸上の材料のDK値は異なるが, 人々は通常Z軸方向の材料のDK値に基づいてそれらを比較するために使用される. DK値の高い材料について, 回路のz軸とx - y平面間のDKの差は、Dk値が低い材料の場合よりも多い. のすべての3次元のDK値 回路基板 material will jointly determine the performance of the transmission line (such as the microstrip line) made on the material. 多数用 高周波回路基板, それは通常、その異方性を考慮する必要はない 回路基板 マテリアルDK, しかし異方性は潜在的な未知の問題をもたらす, 特にXY平面のDK値とZ軸上のDKが値が大きく異なるとき. この差はエッジ並列結合回路の予想外の問題を引き起こす, 結合はx‐y平面上のdk値に非常に依存する.

回路を小型化しようとするとき、回路基板材料の厚さを最小にするために最も簡単な方法は、回路基板材料の厚さが高周波回路の複数の指標の性能に影響を及ぼすことである。高周波回路の放射損失は周波数と共に増加するが、より厚い回路基板材料は、同じDk値を有するより薄い回路基板材料よりも高い放射損失を示す。与えられた回路レイアウトおよび設計のために、Dkの選択は、より高いDk値を有する回路基板材料の放射損失が低いDk値を有する回路基板材料の放射損失より低いため、放射損失の大きさにも影響を及ぼす。

共振または迷干渉（例えば、多層PCB内の回路間）を引き起こすことがある回路については、より薄い回路基板材料を使用することが有益である。共振スプリアスの度合いは回路の伝送線路の種類によって決まる。例えば、マイクロストリップ伝送線路は、他のタイプのRF／マイクロ波伝送線路（ストリップライン、コプレーナ導波路CPW伝送線路）よりも、共振及び伝搬問題に対してしばしば影響を受けやすい。薄型の回路基板材料は、放射損失および送電線伝搬問題（例えば共鳴および相互変調）を制限すると共に、PCBのサイズを減らすのを助けることができる。一般的なエンジニアリング経験は、回路の最高動作周波数の1／4波長より薄い回路基板材料を使用することである。しかし、より安全な方法は、厚さに関して最も高い動作周波数の1／8波長よりも薄い回路基板材料を選ぶことである。

The line width of a transmission line (such as a microstrip line) will depend on the thickness of the 回路基板 material (such as a circuit laminate or prepreg material). より厚い基板を有する回路は導体幅を広げる, 回路の導体損失と挿入損失を低減できる. しかし, この場合は, いくつかの電磁波伝搬問題が起こるかもしれません. の厚さを選択するには 回路基板 に適した材料 高周波ボード design, 通常、導体幅は、最高動作周波数の1／8波長未満でなければならない. のDK 回路基板 材料は伝送線路導体の幅を決定する上で重要な役割を果たす, 同じサイズの導体が高いDKの上で設計されるので 回路基板 材料は低dk材料上の同じ回路より低いインピーダンスを有する. したがって, 回路の特性インピーダンスを50アンペアで維持するために, 設計された回路 回路基板 DK値が高い材料はより細くなる.

賢明な選択

異なるDK値を有する回路基板材料を使用して回路を設計する場合、多くのトレードオフを考慮する必要がある。高dk回路基板材料の使用は，回路サイズを小さくするだけでなく，高dkと低dk回路基板材料を組み合わせて高性能小型化回路を実現できる。例えば、共振器で構成されるバンドパスフィルタは、回路基板材料のDkに依存する。各フィルタユニット間の間隔のため、回路基板材料DKの影響を受ける回路の結合強度が決定される。高いDKを有する回路基板材料は、より強い結合を提供し、フィルタ共振ユニット間のより多くのスペースを可能にする。

使用の利点を確かめるために 回路基板 materials with different Dk values (combining materials with different Dk values into a composite component), 高dkと低dkの複合材料にバンドパスフィルタを設計した 回路基板s. このフィルタで使用される高DK材料は/デュオイド.DLK値10のLM回路ラミネート.7そして、使用される低DK材料は、DK値2.9. 両材料はロジャース社 . 以来 回路基板 DK値が異なる材料は回路性能の違いをもたらす, 計算機シミュレーションはモデリングによる2つの異なる材料厚さの必要比を決定するために必要である. このモデリング法は完璧な複合フィルタを設計するのに役立つ. 実験結果は複合材料によって設計されたフィルタのサイズが単一の高DK材料上のサイズを維持するだけでなく, しかし、電気性能も向上した. . 例えば, 高次高調波共鳴は著しく低減される, また、フィルタの阻止帯域特性も大幅に改善されている. 研究は、複数を使用することによって、それを示しました 回路基板 回路の材料, 回路の小型化はしばしば性能を犠牲にすることなく可能である.