Teknologi Microwave - Faktor kebenaran dan kehilangan lembaran RO4350B pada 24GHz

Permata dielektrik RO4350B relatif stabil. Nilai piawai pada 10 GHz ialah 3.48 dan konstan dielektrik menurun dengan frekuensi meningkat. Pada 24 GHz, konstan dielektrik ialah 3.47, iaitu 0.01 lebih rendah daripada nilai pada 10 GHz.

Secara umum, plat PCB frekuensi tinggi dipilih dari aspek berikut: konstan dielektrik rendah, faktor kehilangan rendah, frekuensi dan kestabilan suhu, dan kos (kos bahan, kos hasil-ujian-penghasilan). Syarikat ROGERS RO4350B adalah bahan kehilangan rendah untuk resin hidrokarbon dan laminat dan prepreg penpenuh keramik, dengan prestasi frekuensi tinggi yang baik (biasanya berlaku di bawah 30GHz). Kerana RO4350B menggunakan teknologi pemprosesan resin/kaca epoksi piawai (FR-4) untuk pemprosesan, ia juga mempunyai biaya pemprosesan garis rendah. Boleh dikatakan bahawa RO4350B telah mencapai peningkatan dari harga dan prestasi frekuensi tinggi, dan adalah helaian frekuensi tinggi yang paling berkesan-harga kerugian rendah. Untuk menyedari lebih baik keperluan desain, penulis mempelajari kerugian penyisipan garis transmisi microstrip berdasarkan lembaran RO4350B pada 24GHz apabila merancang antena array microstrip.

Analisis kehilangan penyisihan garis microstrip

Kehilangan penyisipan garis mikrostrip terutamanya termasuk kehilangan konduktor, kehilangan dielektrik, kehilangan gelombang permukaan dan kehilangan radiasi, yang mana kehilangan konduktor dan kehilangan dielektrik adalah yang utama. Kesan kulit membuat arus frekuensi tinggi pada garis microstrip berkonsentrasi pada lapisan tipis di mana band kondukti dan plat grounding berada dalam kenalan langsung dengan substrat dielektrik, dan resistensi AC yang sama jauh lebih besar daripada kes frekuensi rendah. Apabila bekerja di bawah 10 GHz, kehilangan konduktor garis microstrip jauh lebih besar daripada kehilangan dielektrik. Apabila frekuensi kerja naik ke 24GHz, kehilangan dielektrik melebihi kehilangan konduktor.

Figur 1 menunjukkan kerugian penyisipan garis microstrip panjang berbeza dihitung oleh HFSS. Substrat dielektrik adalah semua RO4350B dengan tebal 20 mils. Ia boleh dilihat dari angka bahawa kerugian penyisipan garis microstrip adalah kira-kira 17dB/m, dan kerugian logam, kerugian dielektrik dan kerugian lain adalah 4.47dB/m, 11.27dB/m, 1.26dB/m, berdasarkan itu. Sebagai perbandingan, Jadual 1 menunjukkan kehilangan penyisipan garis microstrip dihitung oleh MWI2016. Ia boleh dilihat bahawa nilai dikira MWI adalah 24.4dB dalam keadaan yang sama. Nilai kehilangan dielektrik dekat, tetapi nilai kehilangan konduktor adalah 7dB berbeza. Alasan perbezaan adalah bahawa kelabuan permukaan band kondukti dan plat tanah tidak dianggap dalam model HFSS. Hasil pengiraan HFSS kehilangan penyisipan garis microstrip adalah seperti ini:

Langkah untuk mengurangi kehilangan penyisihan garis microstrip

1) Pilih tebal papan dengan sah dan gunakan minyak hijau dengan berhati-hati

Seperti yang boleh dilihat dari Jadual 1, kerugian konduktor garis microstrip dengan impedance karakteristik yang sama menurun dengan meningkat tebal dielektrik, sementara kerugian dielektrik pada dasarnya tidak berubah. Alasan ialah semakin tebal substrat dielektrik, semakin sempit lebar garis microstrip, semakin berkonsentrasi arus frekuensi tinggi, dan semakin besar kehilangan konduktor. Ia layak diperhatikan bahawa medium minyak hijau mempunyai sudut tangen kehilangan besar pada 24 GHz, yang akan meningkatkan kehilangan penyisipan garis microstrip. Oleh itu, apabila merancang antena 24 GHz microstrip, perlu membuka tetingkap dengan topeng askar di kawasan antena. Hasil pengiraan MWI2016 dari kehilangan penyisipan garis microstrip adalah sebagai berikut:

2) Foil tembaga LoPro yang disukai

Kekerasan permukaan garis konduktif dan lembaran tembaga plat tanah adalah juga faktor penting yang mempengaruhi kerugian penyisipan garis mikrogaris. Semakin lembut permukaan foil tembaga, semakin kecil kehilangan konduktor. RO4350B menyediakan dua jenis lapisan tembaga: foil tembaga elektrolitik (ED) dan foil tembaga yang dirawat balik dengan kasar rendah (LoPro). Kekerasan permukaan foil tembaga ED adalah kira-kira 3um, dan foil tembaga LoPro boleh mencapai 0.4um, jadi ia boleh mengurangkan kehilangan konduktor secara efektif. Figur 2 menunjukkan perbandingan bagi kehilangan penyisihan garis microstrip garis dua jenis foli tembaga ini. Ketebasan substrat dielektrik adalah 0.1 mm. Ia boleh dilihat dari angka bahawa kerugian penyisipan garis mikrostrip foli tembaga LoPro pada 24GHz adalah 40% lebih kecil daripada daripada daripada foli tembaga ED. Perbandingan kehilangan penyisipan tembaga elektrolitik dan tembaga terbalik adalah seperti ini:

3) Boleh masuk akal

Pilih proses rawatan permukaan

Proses rawatan permukaan juga salah satu faktor yang mempengaruhi kehilangan konduktor. Ada empat proses perawatan permukaan yang biasa, yang dibahagi menjadi perak tenggelam, emas tenggelam (emas bukan nikel), emas nikel (nikel 3-5um, emas 2.54-7.62um) dan tin tenggelam. Jadual 2 menunjukkan parameter elektrik logam ini. Nikel adalah bahan ferromagnetik dengan kebenaran magnetik 600. Menurut formula pengiraan kedalaman kulit, kedalaman kulit nikil adalah tertib ukuran yang lebih kecil daripada yang logam lain, jadi perlawanan permukaan nikil adalah puluhan kali lebih besar daripada yang logam lain, yang menyebabkan kehilangan konduktor proses nikil-emas menjadi jauh lebih besar daripada proses lain. Figur 3 membandingkan kerugian penyisipan tembaga kosong, perak penyisipan dan proses perlawanan permukaan nickel-emas, dan tebal substrat adalah semua 20 mils. Ia boleh dilihat dari gambar bahawa kerugian penyisipan proses perak penyisipan adalah sama dengan proses tembaga kosong, tetapi kerugian penyisipan garis microstrip selepas rawatan permukaan nikel-emas adalah 4dB/m (10GHz) lebih besar. Ia boleh dijangka bahawa perbezaan ini akan lebih besar pada 24GHz. Besar. konduktiviti elektrik, kebenaran magnetik dan kedalaman kulit logam berbeza dibandingkan dengan kehilangan penyisipan proses nikel-emas dan tembaga kosong seperti yang dipaparkan dalam figur:

Secara ringkasan, apabila kita menggunakan substrat dielektrik RO4350B PCB untuk merancang antena microstrip 24GHz atau sirkuit microstrip, kita perlu mempertimbangkan tebal papan dielektrik, jenis penutup tembaga, dan proses pengubahan permukaan menurut keperluan prestasi dan kos. Kesimpulan juga berlaku untuk kebanyakan papan Rogers RO4000 dan RO3000 series.