PCB 기술 - PCB사의 밀리미터파 대역선 설계에 대한 분석

PCB사의 밀리미터파 대역선 설계에 대한 분석

밀리미터파 주파수의 인쇄회로기판 (PCB) 의 설계와 제조는 회로 재료를 고려하면서 시작되었지만 전송선 기술의 선택은 고주파에서의 회로 성능에 상당한 역할을 한다.셀룰러와 무선 통신이 RF/마이크로파 주파수 대역을 계속 차지함에 따라 대역폭이 좁아지고 밀리미터파가 충분한 대역폭을 제공할 수 있어 과학 연구자들은 자동차 레이더와 5세대 (5G) 무선 네트워크와 같은 단거리, 저전력 시스템에 더욱 관심을 기울이고 있다.밀리미터파 주파수에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다.밀리미터파 주파수에서 자주 사용하는 전송선 기술로서, 회로 설계자는 먼저 마이크로밴드, 접지공면파도 (GCPW) 심지어 직사각형 파도를 생각할 수 있지만, 밴드라인의 성능은 어떻습니까?컴팩트하고 밀집된 회로에서 밴드 라인은 24GHz (많은 5G 기지국이 더 높은 주파수에서 작동할 것) 또는 더 높은 주파수에서 잘 작동합니다.밀리미터파 주파수의 밴드선 회로를 설계하고 구축할 때 기억해야 할 몇 가지 일이 있다.

밴드선의 구조는 상대적으로 독특하여 편평한 동축 케이블과 자주 비교된다.중간 컨덕터는 상하 두 개의 개전층 (회로 재료) 으로 둘러싸여 있고 개전층의 외부는 상단과 하단의 금속 차폐층으로 둘러싸여 있는 다층 구조를 가지고 있다.이러한 계층 구조는 회로의 복잡성을 증가시키지만 도체와 전송선 사이에 좋은 격리를 제공하기 때문에 PCB 재료의 특성에 따라 RF, 마이크로파 및 밀리미터파 주파수에서 매우 작은 회로를 구현 할 수 있습니다.

벨트 라인의 복잡성은 제조 시간과 비용을 증가시키지만 몇 가지 뛰어난 장점을 나타냅니다.높은 격리와 소형화 외에도 밴드 회로의 상단과 하단 접지 평면은 특히 밀리미터파 주파수 대역에서 방사능 손실을 줄이는 데 도움이됩니다.마이크로밴드 회로의 높은 방사능 손실은 때때로 그것들을 불필요한 안테나로 만든다.밴드선은 마이크로밴드선이나 GCPW처럼 간단하지 않을 수 있지만, 일부 밀리미터파 회로 설계의 경우 특히 고성능 (간섭 없음) 밀집 패키징 회로나 방사선 및 전자기 간섭 (EMI) 에 민감한 회로에서 전송선에 가장 적합한 선택일 수 있다.

다행히도 설계 및 제조 기술을 통해 밴드 라인 PCB의 우수한 성능은 항상 77GHz 이상의 주파수에서"적용"될 수 있으며 이러한 기술은 몇 번의 실험을 통해 좋은 효과를 입증했습니다.마이크로밴드선과 GCPW에 대한 빠른 이해가 필요하다면 이전 기술인 마이크로학교 동영상'밀리미터파 주파수대 마이크로밴드선과 접지공면파도의 성능 비교'(직접 점프 클릭)를 클릭해 더 많은 정보를 알 수 있다.

다른 전송선 형식과 마찬가지로 대역선 회로는 주파수가 증가함에 따라 축소되어 밀리미터파 등 소파장의 회로에 적응할 것이다.그러나 고유한 다중 레이어 구조로 인해 회로는 항상 고도의 격리를 유지할 수 있습니다.대역선 회로도 대역폭이 더 넓기 때문에 단일 밀리미터파 회로의 설계는 다양한 응용을 지원할 수 있다.밀리미터파 주파수에서 대역선 회로를 설계하고 실현할 때는 가능한 한 좋은 성능을 실현하고 광대역 커버리지와 관련된 기생 신호 모델과 같은 불필요한 신호를 피하기 위해 적절한 예방 조치를 취해야 한다.PCB 재료의 선택은 밀리미터파 주파수 대역선 회로의 성능에 중요한 역할을 한다.

주의사항

밀리미터파 회로의 파장이 비교적 짧기 때문에 일반적으로 얇은 층압판을 사용한다.그러나 매우 얇은 개전 재료를 사용하더라도 밴드와 그 다중 레이어 회로는 일반적으로 주어진 주파수에서 마이크로 밴드나 GCPW 회로보다 두껍다.높은 주파수에서 PCB 전매체 재료의 일치성은 신호 전파의 일치성에 매우 중요하다 (컴퓨터 보조 시뮬레이션).밀리미터파 주파수에서 밴드 회로의 다층 개전 재료 구조는 마이크로밴드와 GCPW 회로보다 더 높은 개전 손실과 삽입 손실을 가질 것이다.그러나 저유전 손실 또는 저손실 인수(Df) 회로 재료를 선택하면 밀리미터파 주파수에서도 밴드선 삽입 손실을 제어하고 최소화할 수 있다.

밀리미터파 주파수 하의 밴드 라인 회로의 경우 파장이 작고 일반적으로 얇은 개전 재료에서 처리되기 때문에 동박 도체의 표면 거칠기가 문제가 될 수 있습니다.동박 도체 표면이 더 매끄러운 것에 비해 동박 도체 표면이 거칠어질수록 도체에서 전자파가 전파되는 속도가 느려진다.또한 도체와 PCB의 표면 조잡도가 일치하지 않으면 PCB에서 신호의 전자기 전파 특성이 변화할 수 있으며, 특히 밀리미터파 주파수에서의 위상 특성이 변화할 수 있다.

구리 표면의 거친 정도의 변화는 PCB 재료의 분산성을 변화시킬 수 있다.PCB의 색산은 도체와 개전 재료의 함수이다.불일치한 색산은 RF 또는 마이크로파 주파수의 회로에 영향을 주지 않을 수 있지만, 밀리미터파 주파수에서 이에 민감한 일부 회로의 위상 응답을 변화시킬 수 있다.

동축 커넥터에서 마이크로밴드 또는 GCPW 회로로의 비교적 간단한 신호 변환에 비해 밴드 회로는 동축 커넥터에서 PCB로의 효과적인 신호 변환을 위해 적절한 준비가 필요합니다.마이크로밴드 회로에서 커넥터 중심 도체와 단일 접지 평면을 가진 회로 전송선이 동일한 임피던스 (예: 50섬) 를 가지고 있다고 가정하면 직접 연결은 일반적으로 커넥터에서 회로로 신호 에너지를 효과적으로 전송할 수 있습니다.

밴드 회로의 신호 평면이 표면에 없기 때문에 동축 커넥터에서 밴드 회로 사이의 신호 변환은 여러 번 시도해야 합니다.커넥터의 중심 컨덕터를 리본 라인 컨덕터에 연결하려면 금속화 오버홀(PTH)을 통해서만 가능합니다.작동 주파수의 작은 파장 때문에 커넥터 중심 도체에서 밴드선 신호 평면으로의 신호 송신 또는 변환은 일반적으로 극소 지름의 금속화 구멍을 통해 이루어집니다.벨트 라인 회로에서 균일한 접지 평면을 형성하기 위해 일반적으로 유사한 PTH 오버홀을 사용하여 회로의 상단과 하단 접지 평면을 연결하여 서로 다른 접지 평면에서 전류 밀도 차이의 가능성을 최소화합니다.물론 변환 PTH의 길이를 최소화하는 것이 중요합니다.대역선 회로에서는 신호 경로의 불필요한 길이로 인해 반사 및 반향 손실이 감소하고 기생 또는 고조파 신호가 발생할 수 있습니다.

어떤 종류의 층압판이 밀리미터파 주파수 아래의 띠선 회로에 가장 적합합니까?Rogers–RO3003–¢층 압판이 그 예이며, 세라믹 충전 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 복합재료이다.전체 재료의 개전 상수는 3.00 ± 0.04 이내를 유지하며 77GHz 자동차 레이더 밀리미터파 주파수 대역 회로에 필요한 일치성을 가지고 있다.RO3003 레이어 전압판은 10GHz에서 0.0010으로 낮은 Df를 제공하며 뛰어난 온도 안정성을 제공합니다.동시에 이 재료는 세 축에서도 일관된 열팽창 계수(CTE)를 가집니다.CTE 정합성은 밀리미터파 주파수 아래의 밴드 선의 극소 오버홀이 전체 온도 범위에서 무결성과 높이를 유지할 수 있도록 보장합니다.신뢰성