PCBA 기술 - ​낮은 PIM PCB 안테나를 위한 보드 소재 선택

각종 좋은 특성을 가진 회로기판 재료는 현대 무선 통신 시스템의 수요를 만족시킬 수 있고, 저왜곡 PCB 안테나의 기초를 다질 수 있다...

안테나는 모양과 크기가 다르지만 인쇄 회로 기판 안테나는 크기를 크게 줄이면서 성능을 유지할 수 있습니다.물론 안테나 (PCB 기반 안테나 포함) 의 설계 및 제조는 오늘날 혼잡한 신호 환경에서 최적의 성능을 발휘하기 위해 최소한의 수동 상호 조정(PIM) 지표를 확보해야 합니다.

PCB 안테나의 경우 PIM 지수가 낮은 것은 주로 안테나 설계와 관련이 있지만 회로기판 재료는 PCB 안테나의 전체 PIM 성능에도 큰 영향을 미치기 때문에 무선주파수(RF)/마이크로웨이브 회로 재료를 선택하는 방법도 고려해야 한다.

PIM은 다이오드와 유사한 비선형 효과입니다.두 개 이상의 신호가 조합될 때 (예: 다른 송신기에서) 불필요한 고조파 신호가 발생합니다.이러한 추가 고조파 신호의 레벨이 충분히 높고 수신기의 수신 가능한 주파수 범위 내에 떨어지면 문제를 일으킬 수 있으며 수신기가 주파수 대역의 신호에 대한 정상적인 검측을 방해할 수 있다.PIM은 각 응용 프로그램에 영향을 주지 않지만 특히 낮은 수준의 신호를 복원하려고 할 때 무선 통신 시스템의 정상적인 작동을 방해할 수 있습니다.

pcb 안테나

PCB 형태로 제작된 고주파 안테나는 간단한 짝극자부터 링 공명기 및 로트만 렌즈를 기반으로 한 복잡한 구조에 이르기까지 다양한 구조를 가질 수 있습니다.비교적 인기있는 PCB 안테나 중 하나는 특정 주파수 범위 내에서 간단하고 컴팩트한 안테나 구조를 설계 할 수있는 마이크로 밴드 패치 안테나입니다 (그림 1 참조).많은 제품은 여러 개의 PCB 패치 안테나 또는 공명 구조를 사용하여 빔 성형 네트워크 (BFN) 또는 위상 배열 안테나를 구현하고 레이더 또는 통신 시스템을 위해 전자 조절을 통해 얇은 PCB 안테나 구조의 진폭과 위상을 제어합니다.그리고 방향.

밀리미터파(mmWave) 주파수에서도 컴팩트형 평면 PCB 안테나가 점점 더 주목받고 있다.예를 들어, 자동차 전자 안전 시스템에 사용되는 77GHz 고급 운전자 보조 시스템 (ADAS) 은 맹점 감지 및 자동 제동 시스템과 충돌 방지 기능을 위해 안테나를 사용합니다.이 시스템의 신호 출력이 낮기 때문에 ADAS 수신기는 보행자와 다른 차량이 반사하는 레이더 반향을 안정적으로 감지하기 위해 높은 감도에 의존해야 한다.

마이크로밴드 패치 안테나 유닛은 발사 시 전자기 에너지 (EM) 를 자유 공간에 방사하고, 수신 시 전자기 에너지를 연결된 회로 (예: 수신기) 에 발사한다.그러나 패치는 PCB 안테나의 한 구성부분일 뿐 송신선은 또 다른 중요한 구성부분이다.송신선은 전자기 에너지를 전송하고 수신하기 위해 연결된 마이크로밴드 회로와 복사 패치 사이의 교량 역할을 한다.이상적인 상황에서 패치는 높은 복사를 나타내야 하고 송신선은 낮은 복사를 가지고 있어 에너지가 회로에서 패치까지의 효과적인 전송을 실현해야 한다.

PIM 정책

4G LTE 무선 네트워크와 같은 무선 통신 시스템의 경우 PIM이 높은 안테나가 데이터 손실을 초래할 수 있습니다.이 네트워크는 무선 커버리지를 확장하기 위해 분산 안테나 시스템 (DAS) 에 의존하고 있으며, 새로운 5G 무선 네트워크는 주파수가 더 높지만 실제로도 마찬가지입니다.

트랜시버 시스템의 두 주파수 대역에서 반송파 신호 주파수 f1과 f2의 경우 PIM은 nf1-mf2와 nf2-mf1의 혼합 곱으로 n과 m는 정수입니다.이러한 내보낸 PIM 고조파는 일부 규칙에 따라 분류할 수 있으며 그 단계는 m 및 n의 및 (예: 2f1-f2 및 2f2-f1)의 3단계 컴포넌트에 의해 결정됩니다(그림 3).3단계 상호 조정 결과물은 반송파 신호에 가장 가깝고 수신기의 주파수 대역에 떨어질 수 있으며 구성 요소에 더 높은 출력이 있으면 수신이 막힐 수 있기 때문에 주목할 필요가 있습니다.

PIM 고조파 컴포넌트의 진폭은 f1 및 f2 진폭의 함수일 뿐만 아니라 PIM 단계의 함수이기도 합니다.PIM 고조파 컴포넌트의 진폭은 단계 수가 증가함에 따라 감소합니다.따라서 5 단계, 7 단계 및 9 단계 PIM 고조파 전력 레벨은 일반적으로 작으며 수신기 성능에 영향을 주지 않습니다.

저전력 레벨은 어느 정도에 저PIM으로 간주될 수 있습니까?이 값은 시스템에 따라 다를 수 있습니다.-145dBc는 DAS 장치에 포함된 커넥터 및 케이블과 같은 일부 소스 없는 구성 요소를 사용하는 4G LTE 시스템의 경우 일반적으로 충분히 낮습니다.일반적으로 -140dBc 이상이 나쁜 PIM 성능으로 간주되며, -150dBc는 일반적으로 더 좋고, -160dBc는 더 좋습니다.

특별히 설계된 마이크로파 암실에서 안테나 및 기타 소스 없는 부품의 PIM 수준을 측정할 때 -170dBc까지 낮은 소음 수준은 암실 테스트 환경의 소음 수준을 초과할 수 있습니다.두 개의 +43dBm 단음 신호를 사용하여 측정할 때 대부분의 PIM 테스트 암실의 실제 소음 수준은 -165dBc입니다.

동일한 안테나가 공용 피드백을 사용하여 송신 및 수신 기능을 구현하는 경우 낮은 PIM이 특히 중요합니다.송신기와 수신기가 동시에 같은 시스템에 있기 때문에 여러 송신 신호의 비선형 곱셈은 항상 원하지 않는 상호 조정파를 초래할 것이며, 그 진폭은 일반적으로 수신기의 성능을 떨어뜨리기에 충분하다.서로 다른 재료 특성이 PIM에 미치는 영향을 이해하면 PIM이 PCB 안테나에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.

대부분의 경우 PIM은 용접점이나 커넥터와 같은 회로 노드의 고르지 않은 재료로 인해 발생하지만 거친 동박 표면과 다양한 유형의 도금 표면 처리와 같은 보드 재료의 특성도 영향을 받을 수 있습니다.더 낮거나 더 높은 PIM 수준을 생성합니다.보드 재료의 일부 매개변수는 낮은 PIM PCB 안테나를 설계하는 데 참조할 수 있습니다.

PCB 소재로 제작된 안테나 및 기타 패시브 컴포넌트는 표면 도금 후에도 PIM 성능에 영향을 미칩니다.니켈과 같은 철자성 재료는 PIM의 성능에 심각한 영향을 미칩니다.침입식 주석 도금은 일반적으로 나동 회로보다 PIM 성능이 더 좋은데, 화학 니켈 골드 (ENIG) 를 사용하는 회로는 니켈 때문에 PIM 성능이 떨어진다.

회로 표면의 청소는 마이크로밴드 안테나와 같은 소스 없는 부품의 PIM 성능을 낮추는 데 도움이 된다.저항 용접 덮개가 있는 회로는 일반적으로 나동 회로보다 PIM 성능이 더 좋습니다.깨끗한 회로와 잔류가 없는 습식 화학 처리는 PIM 성능을 저하시키는 중요한 기초입니다.회로의 모든 형태의 이온 오염물 또는 잔류물은 PIM 성능을 저하시킬 수 있습니다.

마찬가지로 회로의 식각 품질은 PIM 성능을 개선하는 데도 매우 중요합니다.동박 도체가 충분히 부식되지 않아 회로 가장자리에 거칠고 가시가 생기면 PIM 성능도 떨어질 수 있다.

보드의 재료를 신중하게 선택하면 패시브 컴포넌트나 회로의 PIM 성능이 향상될 수 있습니다.그러나 낮은 PIM 재료를 사용하더라도 일부 유형의 회로는 PIM의 영향을 더 쉽게 받는 구조이기 때문에 PIM 성능을 향상시키지 못할 수 있습니다.예를 들어, 로저스사는 32.7밀리 귀 두께의 RO4534 회로기판 재료를 사용하여 관련 실험을 진행했다.이 안테나 레이어 프레스의 특성은 Dk 3.4, 공차 ± 0.08, 10GHz에서의 저손실 인수 (저손실) 는 0.0027이다.