Teknologi Microwave - Kehilangan penyisihan garis microstrip PCB RO4350B pada 24GHz

Rangkaian reka-reka PCB frekuensi tinggi biasanya memilih bahan-bahan PCB frekuensi tinggi dari aspek berikut.

1. Permanen dielektrik rendah

2. Faktor kehilangan rendah

3. Frekuensi stabil

4. Inflasi dan kontraksi stabil

5. Kost PCB (kost bahan, kost hasil-ujian-penghasilan)

RO4350B yang dihasilkan oleh Rogers merupakan bahan kehilangan rendah resin hidrokarbon dan laminat penuh keramik dan lembaran setengah sembuh, yang mempunyai prestasi frekuensi tinggi yang baik (biasanya boleh dilaksanakan di bawah 30GHz). Kerana RO4350B diproses dengan teknologi pemroses resin/kaca epoksi piawai (FR-4), ia juga mempunyai biaya pemroses garis rendah. Ia boleh dikatakan bahawa RO4350B mencapai optimasi kos dan prestasi frekuensi tinggi, dan merupakan bahan frekuensi tinggi yang paling efektif kost kehilangan rendah. Untuk memenuhi keperluan desain lebih baik, kami menguji kerugian penyisipan garis transmisi microstrip berdasarkan bahan RO4350B pada 24 GHz apabila merancang antena array microstrip.

Analisis kehilangan penyisihan garis microstrip

Kehilangan penyisipan garis microstrip 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 band konduktif dan plat tanah yang secara langsung menghubungi substrat dielektrik, dan resistensi AC yang sama jauh lebih besar daripada kes frekuensi rendah. Apabila frekuensi operasi berada di bawah 10 GHz, kehilangan konduktor garis microstrip jauh lebih besar daripada kehilangan dielektrik. Apabila frekuensi operasi meningkat ke 24GHz, kehilangan dielektrik melebihi kehilangan konduktor.

Hasil Kalkulasi HFSS Kehilangan Sisip Baris Microstrip

Untuk kerugian penyisipan garis microstrip dengan panjang berbeza dihitung oleh HFSS, substrat dielektrik adalah RO4350B dengan tebal 20 juta. Ia boleh dilihat dari figura di atas bahawa kerugian penyisipan garis microstrip adalah kira-kira 17dB/m, di mana kerugian logam, kerugian dielektrik dan kerugian lain adalah 4.47dB/m, 11.27dB/m dan 1.26dB/m respectively. Untuk 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, di mana nilai kehilangan dielektrik dekat, tetapi nilai kehilangan konduktor ialah 7dB. Alasan perbezaan adalah bahawa kelabuan permukaan band panduan dan plat tanah tidak dianggap dalam model HFSS.

Langkah untuk mengurangi kehilangan penyisihan garis microstrip

1. Pemilihan yang masuk akal tebal plat dan pengurangan lapisan perlahan penywelding

Untuk garis microstrip dengan impedance karakteristik yang sama, kehilangan konduktor menurun dengan meningkat tebal dielektrik, sementara kehilangan dielektrik pada dasarnya tidak berubah. Sebab itulah semakin tebal substrat dielektrik, semakin sempit lebar garis microstrip, semakin berkoncentrasi arus frekuensi tinggi, dan semakin besar kehilangan konduktor. Ia layak diperhatikan bahawa sudut tangen kehilangan yang lebih besar bagi media topeng askar pada 24GHz akan meningkatkan kehilangan penyisipan garis microstrip. Oleh itu, apabila merancang antena 24 GHz microstrip, kawasan antena perlu disediakan dan dibuka.

2. LoPro foil tembaga dipilih

Kekerasan permukaan foli tembaga dari garis panduan dan plat tanah juga faktor penting yang mempengaruhi kehilangan penyisipan garis microstrip. Semakin lembut permukaan foil tembaga, semakin kecil kehilangan konduktor. RO4350B menyediakan foil tembaga elektrolitik (ED) dan foil tembaga pemprosesan terbalik kelajuan rendah (LoPro). Kekerasan permukaan foil tembaga ED adalah kira-kira 3um, dan foil tembaga LoPro boleh mencapai 0.4um, jadi ia boleh mengurangi kehilangan konduktor secara efektif. Berbanding dengan kehilangan penyisipan dua foli tembaga, tebal substrat dielektrik ialah 0.1 mm. Pada 24 GHz, kehilangan penyisipan garis mikrostrip foli tembaga LoPro adalah 40% kurang dari garis foli tembaga ED.

Comparison of insertion loss between electrolytic copper and reverse copper

3. Pemilihan yang masuk akal proses rawatan permukaan

Proses rawatan permukaan juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi kehilangan konduktor. Ada empat proses perawatan permukaan biasa, termasuk penurunan perak, penurunan emas (emas nikil), penurunan emas nikil (nikil 3-5 um, emas 2.54-7.62 um) dan penurunan tin. Jadual 2 menunjukkan parameter elektrik logam ini, nickel adalah bahan ferromagnetik dengan kebenaran magnetik 600. Menurut formula pengiraan kedalaman kulit, kedalaman kulit nikil adalah satu tertib ukuran yang lebih kecil daripada yang logam lain, jadi perlawanan permukaan nikil adalah puluhan kali lebih besar daripada yang logam lain, yang menghasilkan kehilangan konduktor proses emas nikil jauh lebih besar daripada proses lain. Ketempatan substrat adalah 20 juta kerana kerugian penyisipan tembaga kosong, precipitation perak dan proses perlakuan permukaan emas nikel. Ia boleh dilihat dari gambar bahawa kerugian penyisipan proses depositi perak sama dengan proses tembaga kosong, tetapi kerugian penyisipan garis microstrip selepas rawatan permukaan emas nikel adalah 4 dB/m (10 GHz) lebih besar, yang boleh dijangka lebih besar pada 24 GHz.

Comparison of insertion loss between nickel gold process and bare copper

Apabila kita menggunakan substrat dielektrik RO4350B untuk merancang antena microstrip 24GHz atau sirkuit microstrip, kita perlu mempertimbangkan secara keseluruhan tebal plat dielektrik, jenis penutup tembaga dan proses pengubahan permukaan menurut keperluan prestasi dan kos. Kesimpulan juga berlaku untuk kebanyakan bahan dari Rogers RO4000 dan RO3000 series.