PCB技術 - ミリ波帯におけるストリップライン設計の解析

ミリ波帯におけるストリップライン設計の解析

のデザインと製造プリント基板（PCB）ミリ波周波数における回路材料の考慮から始まり、伝送線路技術の選択は高周波数での回路性能に大きな役割を果たす. セルラおよび無線通信はむせんしゅうはすうを占有し続ける/マイクロ波周波数帯, より狭い帯域幅をもたらす, ミリ波は十分な帯域幅を提供できる, 科学研究者は短距離に関心を持っている, 自動車レーダや第5世代（5 G）無線ネットワークなどの低消費電力システム。ミリ波周波数に対する関心は成長を続けている. ミリ波周波数における共通伝送線路技術として, 回路設計者は最初にマイクロストリップ線路を考えるかもしれない, 接地共面導波路（GCPW）又は更には矩形導波路、しかし、ストリップラインのパフォーマンスについて? コンパクトで密な回路で, ストリップラインは、24 GHz（多くの5 G基地局がより高周波で動作する）以上の周波数で良好に動作します。ミリ波周波数でストリップライン回路を設計し、構築するときに留意すべきことがいくつかあります.

ストリップラインの構造は比較的ユニークであり、しばしばフラット同軸ケーブルと比較される。それは多層構造を持ちます：中間のコンダクターは2つの上下の誘電層（回路材料）によって囲まれます、そして、誘電層の外側は上下に金属遮蔽層によって囲まれます。これらの積層構造は回路の複雑さを増加させるが、導体と伝送線との間の良好な分離を提供するので、非常に小さな回路は、RF、マイクロ波、およびミリ波周波数（PCB材料の特性に応じて）で実施することができる。

ストリップラインの複雑さは製造時間およびコストを増加させるが、また、いくつかの顕著な利点を示す。高アイソレーションおよび小型化に加えて、ストリップライン回路の上面および底面グランドプレーンは、特にミリ波周波数帯での放射損失を低減するのを助ける。マイクロストリップ回路の高放射損失は時々不要なアンテナを作る。ストリップラインはマイクロストリップラインまたはGCPWほど単純ではないかもしれないが、あるミリ波回路設計の場合、特に高性能（無干渉）高密度パッケージ回路、または望ましくない放射線および電磁干渉（EMI）敏感なアプリケーションである回路において、伝送線路にとって最良の選択である。

幸いにも、ストリップラインPCBの優れた性能は、いくつかの実験によって良好な結果を実証した設計および製造技術を通して、77 GHz以上の周波数で常に「適用される」ことができる。あなたがすぐにマイクロストリップ線とGCPWを理解する必要があるならば、あなたはより多くの情報のために前のテクノロジーMicroschoolビデオ「マイクロストリップ線のパフォーマンスとミリ波周波数バンドで接地された共平面導波路のパフォーマンスの比較」をクリックすることができます。

他の伝送線形式と同様, ストリップ線路回路は、ミリ波のような小さな波長の回路に適応するために周波数が増加するにつれて収縮する. しかし, 独特の多層構造, 回路は、常に高い絶縁を維持することができます. ストリップライン回路も広い帯域幅を有する, だからシングル ミリ波回路複数のアプリケーションをサポートします. ミリ波周波数におけるストリップライン回路の設計と実装, 不必要な信号を避ける最良の性能を達成するために適切な予防措置を講じなければならない, 広帯域カバレッジに関連する寄生信号パターンのような. PCB材料の選択はミリ波周波数におけるストリップライン回路の性能に重要な役割を果たす.

注意を要する事柄

ミリ波回路の波長が短いので、通常、薄い積層体が使用される。しかし、非常に薄い誘電体材料であっても、ストリップラインおよびそれらの多層回路は、一般に、与えられた周波数でマイクロストリップまたはGCPW回路よりも厚い。より高い周波数では、PCB誘電材料の一貫性は、信号伝搬の一貫性にとって重要である。ミリ波周波数では、ストリップ線路回路の多層誘電体材料構造は、マイクロストリップおよびGCPW回路より高い誘電損失および挿入損失を有する。しかしながら、低誘電損失または低損失係数（DF）回路材料を選択することによって、ミリ波周波数でさえ、ストリップライン挿入損失を制御し、最小化することができる。

ミリ波周波数のストリップライン回路については、小さな波長のため、通常薄い誘電体材料で処理されているが、銅箔導体の表面粗さは懸念である。平滑な銅箔導体表面と比較して、粗い銅箔導体表面は、導体中の電磁波の伝搬を遅くする。さらに、導体と基板PCBの表面粗さの不整合により、PCB上の信号の電磁波伝搬特性が変化し、特にミリ波周波数での位相特性の変化が生じる。

銅の表面粗さの変化は、PCB材料の分散を変化させる。PCBの分散は、導体および誘電体材料の機能である。矛盾した分散はRFまたはマイクロ波周波数での回路に影響を及ぼさないかもしれません、しかし、それはミリ波周波数でこれに敏感である若干の回路の位相反応の変化を引き起こします。

同軸コネクタからマイクロストリップまたはGCPW回路への比較的単純な信号遷移と比較して、ストリップライン回路は、同軸コネクタからPCB基板への効果的な信号遷移を達成するために適切な準備を必要とする。マイクロストリップ回路では、コネクタ中心導体と1つのグランドプレーンを有する回路伝送線路とが同一のインピーダンス（例えば50Ω）を有するとすると、通常、直接接続によりコネクタからの信号エネルギーを回路に伝達することができる。

ストリップライン回路の信号面が表面にないので、同軸コネクタからストリップライン回路への信号遷移は、複数の試みを必要とする。コネクタの中心導体をストリップライン回路導体と接続するためには、メタライズされたビア（pth）によってのみ実現することができる。動作周波数の小さな波長のため、コネクタ中心導体からストリップライン信号面への信号供給または遷移は、通常、非常に小さい直径を有する金属化ビアを通過する。ストリップライン回路において均一な接地面を形成するために、同様のpthビアが通常、異なる接地面における電流密度差の可能性を最小化するために回路の頂面と底面の接地面を接続するために使用される。もちろん、遷移pthの長さを最小にすることが重要である。ストリップライン回路において、信号経路の不要な長さは、反射及び戻り損失を低減し、寄生又は高調波信号を生成することもある。

ミリ波周波数におけるストリップライン回路に最も適した積層型? ロジャースRO3003は、積層ラミネート例です, これはセラミック充填ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）複合材料である。材料全体の誘電率はの範囲内に保たれる.00≈0.04，77 GHz自動車レーダミリ波周波数帯回路によって必要とされる整合性を持つ. RO 3003ラミネートは、0として低いDFを持っています.10ギガヘルツで0010で優れた温度安定性を有する. 同時に, この材料は3つの軸においても一貫した熱膨張係数（CTE）を有する。CTEの一貫性は、ミリ波周波数でストリップラインの非常に小さなバイアが温度範囲を通じて整合性を維持し、高いことを保証することができる.