PCBA技術 - ​低PIM PCBアンテナ用の回路基板材料の選択

様々な良好な特性を有する回路基板材料は、現代の無線通信システムのニーズを満たすことができ、基礎を築くことができる PCBアンテナ 低い歪みで...

アンテナは異なる形状とサイズを持っているが、プリント回路基板（PCB）アンテナは、そのサイズを大幅に減少させながら性能を変化させない。もちろん、アンテナ（PCBベースのアンテナを含む）は、今日の混雑した信号環境で最もよく実行するために、最小の受動相互変調（PIM）指標を確実にするように設計され、製造されなければならない。

PCBアンテナにおいては、低PIM指数が主にアンテナ設計に関連しているが、回路基板材料はPCBアンテナの全体的なPIM性能に大きな影響を与えるので、無線周波数（RF）／マイクロ波回路材料の選択方法を考える必要がある。

pimは非線形ダイオードのような効果である。つ以上の信号が結合されると（例えば、異なる送信機から）、不要な高調波信号が生成される。これらの付加高調波信号のレベルが十分に高く、受信機の受信可能な周波数範囲内にあるとき、それは問題を引き起こし、周波数帯域の信号の受信機の正常な検出に干渉することがある。PIMはあらゆるアプリケーションに影響を及ぼさないが、特に低レベル信号を回復しようとするときに、無線通信システムの通常の動作に干渉することがある。

PCBアンテナ

PCBsの形で製造される高周波アンテナは、多くの異なる構成を有することができる, リング共振器とRotmanレンズに基づく単純双極子から複雑構造へ. 人気の一つ PCBアンテナ マイクロストリップパッチアンテナ, which can design a simple and compact antenna structure within a specific frequency range (see Figure 1). 多くの製品 PCBパッチ antennas or resonant structures to realize beamforming network (BFN) or phased array antennas, そしてその振幅と位相を制御する PCBアンテナ 電子調整によるレーダまたは通信システムのための構造. と方向.

ミリ波（mmwave）周波数では，小型平面PCBアンテナも注目を集めている。例えば、自動車の電子安全システムで使用される77 GHzの先進的なドライバー支援システム（ADAS）は、ブラインド・スポット検出および自動制動システムおよび衝突防止機能をなしとげるためにこのアンテナを使用する。このシステムの低信号電力のために、ADAS受信機は、歩行者と他の車両から反射されるレーダーエコーを確実に検出するために彼らの高感度に頼らなければなりません。

マイクロストリップパッチアンテナユニットは、送信時に電磁エネルギー（EM）を自由空間に放射し、受信時に電磁エネルギーを接続回路（例えば受信機）に送信する。しかし、パッチはPCBアンテナのコンポーネントだけであり、フィーダは別の重要な部分を構成します。フィーダは、電磁エネルギーを送受信するために、接続されたマイクロストリップ回路と放射状パッチとの間のブリッジとして機能する。理想的には、パッチは高放射線を示し、フィーダは低放射線であり、回路からパッチへのエネルギーの効果的な移動を実現する。

PIM戦略

より高いPIMを伴うアンテナは、無線通信システム（例えば4 G LTE無線ネットワーク）でデータ損失を引き起こすかもしれません。この種のネットワークは無線カバレッジを拡張するために分散アンテナシステム（DAS）に依存し、その高い周波数にもかかわらず、新興5 G無線ネットワークは実際には同じである。

トランシーバシステムの2つの周波数帯域におけるキャリア信号周波数f 1およびf 2について、PIMは、NF 1 - MF 2とNF 2 - MF 1との混合生成物であり、ここで、NおよびMは整数である。このような誘導されたPIM高調波はある規則に従って分類することができ、その順序は2 f 1−f 2と2 f 2−f 1の三次成分のようなMとNの和によって決定される（図3）。第3の相互変調プロダクトは、それらがキャリヤ信号に最も近く、受信機の周波数帯域内に落下してもよいので、注目に値する。そして、構成要素がより高い電力を有する場合、それらは受信阻止を引き起こすことがある。

pim調和成分の振幅はf 1とf 2の振幅の関数ではなく，pim秩序の関数である。pmi高調波成分の振幅は，秩序が増加すると減少する。したがって、第5、第7、および9次のPIM高調波電力レベルは、通常小さく、受信機の性能に影響を与えない。

低電力レベルは低PIMと考えられるかこの値はシステムからシステムによって異なるかもしれません。DAS機器に含まれる受動部品（コネクタやケーブルなど）を使用した4 G LTEシステムでは、−145 dbcは通常十分に低い。一般的に言って、- 140 dbc以上は貧しいPIMパフォーマンスと考えられます、一方- - 150 dbcは通常よりよくあります、そして- - 160 dbcはさらによりよいです。

特別に設計されたマイクロ波無響室のアンテナと他の受動的なコンポーネントのPIMレベルを測定するとき、- 170 dbcと同じくらい低い雑音レベルは暗室テスト環境の雑音レベルを超えるかもしれません。2つの43 dbmシングルトーン信号が測定のために使われるとき、大部分のPIMテスト暗室の実際の雑音レベルは- 165 dbcです。

同じアンテナが送受機能を達成するために共通フィーダを使用するとき、低いPIMは特に重要である。送信機と受信機の両方が同時に同じシステムにあるので、複数の送信された信号の非線形プロダクトは、受信機の性能を低下させるのに十分な振幅がしばしば必要とされていない不要な相互同調波につながる。PIMに異なる材料特性の影響を理解することにより、PCBアンテナ上のPIMの影響を低減することができる。

ほとんどの場合PIMは回路ノード（はんだ接合やコネクタなど）の不均一な材料によって引き起こされるが、粗い銅箔表面や電気メッキ表面処理の異なるタイプのような回路基板材料の特性も影響を受ける。低またはより高いPIMレベルを生成します。回路基板材料の特定のパラメータは、低PIM PCBアンテナを設計するための基準として使用することができる。

アンテナ及びその他の受動部品 PCB材料 表面めっき後のPIM性能にも影響を及ぼす. Ferromagnetic materials (such as nickel) seriously affect the performance of PIM. 浸漬錫めっきは一般にベア銅回路より優れたPIM性能を有する, while circuits using chemical nickel gold (ENIG) will have poorer PIM performance due to nickel.

回路表面の清浄性はマイクロストリップアンテナ及び他の受動部品のpim性能を低減するために有効である。はんだマスクを有する回路は、通常、ベア銅回路より良好なPIM性能を有する。清浄回路とno残余湿式化学処理はpim性能を低下させる重要な基礎である。任意の形態のイオン性汚染物質又は回路中の残留物は、PIM性能が悪い可能性がある。

同様に、回路のエッチング品質もPIM性能を改善するために非常に重要である。銅箔導体が十分に腐食されず、回路の縁部に粗さやバリが生じると、この状況はPIM性能を低下させる可能性がある。

回路基板の材料を慎重に選択すれば、受動部品または回路のPIM性能を向上させることができる。しかしながら、低いPIM材料を使用しても、特定のタイプの回路は、PIMに影響を受けやすい構造によりPIM性能を改善することができない。例えば、ロジャース社は、関連する実験を行うために32.7ミル厚のRO 4534回路基板材料を使用した。このアンテナ積層体の特性は，dkの3 . 4，10 . 5 ghzの0 . 0027の低損失係数（低損失）である。