Teknik PCB - Pilih bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi

Dengan peningkatan permintaan untuk pergerakan dan portabiliti peralatan elektronik, miniaturisasi sirkuit frekuensi mikrogelombang tinggi dan frekuensi radio telah menjadi semakin penting. Sebelum mula merancang produk elektronik, memilih bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi yang sesuai boleh membantu merancang sirkuit RF dan gelombang mikro yang lebih kecil. Untuk julat frekuensi tertentu, penggunaan bahan papan sirkuit frekuensi tinggi dengan konstan dielektrik (Dk) yang lebih tinggi biasanya membuat saiz dan struktur rancangan sirkuit lebih kecil. Namun, penggunaan plat dengan nilai Dk yang lebih tinggi akan meningkatkan kehilangan penyisipan litar dan juga boleh mengurangkan prestasi aspek lain litar. Pada masa yang sama, nilai Dk bahan papan sirkuit juga akan mempengaruhi parameter indeks sirkuit, seperti: kerugian radiasi, dispersion, sambungan, dll.

Untuk frekuensi tertentu, panjang gelombang dalam medium akan berkurang dengan meningkat bahan papan litar Dk, menghasilkan saiz litar yang direka pada bahan papan litar dengan nilai Dk yang lebih tinggi daripada litar dengan nilai Dk yang lebih rendah Saiz litar yang direka pada bahan papan litar frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi lebih kecil. Selain itu, bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi dengan nilai Dk yang lebih tinggi juga akan mengurangkan kelajuan fasa gelombang elektromagnetik (EM) melalui bahan-bahan ini. Dk bagi bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi biasanya mengadopsi nilai yang diukur melalui arah paksi z bahan (iaitu arah tebal) pada 10 GHz. Nilai paksi z Dk bahan papan sirkuit komersial boleh menjadi 10 (atau lebih tinggi) atau rendah 2 (dibandingkan dengan udara dengan Dk sama dengan 1). Tetapi secara objektif, tetapi biasanya dengan nilai Dk 6 atau lebih tinggi, ia boleh dianggap sebagai lembaran konstan dielektrik tinggi.

Garis transmisi yang dibuat dari bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi dengan nilai Dk lebih rendah mempunyai kelajuan fasa yang lebih cepat. Untuk miniaturisasi sirkuit sensitif-fasa (seperti antena array fasa), pengaruh Dk mesti dianggap. Selain itu, bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi dengan nilai Dk yang lebih tinggi menunjukkan pembebasan yang lebih besar daripada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih rendah. Material papan sirkuit frekuensi radio gelombang-tinggi dengan nilai Dk yang lebih tinggi biasanya digunakan dalam sambungan arah dan sirkuit lain yang memerlukan koeficien sambungan yang lebih tinggi.

Secara Dk, bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi biasanya anisotropik. Walaupun nilai Dk bahan pada tiga paksi berbeza, orang biasanya digunakan menurut nilai Dk bahan dalam arah paksi z. Compare with each other. Untuk bahan-bahan dengan nilai Dk yang lebih tinggi, perbezaan di Dk antara paksi z dan aras x-y sirkuit sering lebih besar daripada bahan-bahan dengan nilai Dk yang lebih rendah. Nilai Dk dalam semua tiga dimensi bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi akan menentukan secara bersama prestasi garis trasmis (seperti garis microstrip) yang dibuat pada bahan. Untuk banyak litar frekuensi tinggi, biasanya tidak perlu mempertimbangkan ciri-ciri anisotropi bagi bahan papan litar frekuensi radio gelombang frekuensi tinggi Dk, tetapi anisotropi membawa beberapa masalah potensi yang tidak diketahui, terutama apabila nilai pesawat xy Dk dan z Apabila nilai Dk pada paksi sangat berbeza. Perbezaan ini mungkin menyebabkan masalah yang tidak dijangka dalam litar sambungan selari-pinggir, kerana sambungan bergantung dengan nilai Dk pada pesawat x-y.

Apabila cuba untuk meniaturisasi sirkuit, cara paling mudah untuk memikirkan adalah untuk menginimumkan tebal bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi, tetapi tebal bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi akan mempengaruhi prestasi pelbagai indikator sirkuit frekuensi tinggi. Walaupun kerugian radiasi sirkuit frekuensi tinggi meningkat dengan frekuensi, bahan papan sirkuit yang lebih tebal juga akan menunjukkan kerugian radiasi yang lebih tinggi daripada bahan papan sirkuit yang lebih tipis dengan nilai Dk yang sama. Untuk bentangan dan desain sirkuit tertentu, pilihan Dk juga akan mempengaruhi saiz kerugian radiasi, kerana kerugian radiasi bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi adalah lebih rendah daripada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih rendah.

Untuk sirkuit yang boleh menyebabkan resonansi atau gangguan tersesat (misalnya, antara sirkuit dalam frekuensi radio mikrogelombang frekuensi-tinggi PCB berbilang lapisan), ia berguna untuk menggunakan bahan papan sirkuit yang lebih tipis. Darjah spur resonansi biasanya bergantung pada jenis garis transmisi dalam sirkuit. Contohnya, garis penghantaran microstrip sering lebih susah untuk masalah resonansi dan penyebaran daripada jenis lain garis penghantaran RF/microwave (seperti garis garis garis, garis penghantaran CPW panduan gelombang koplanar). Bahan papan sirkuit kurus boleh membantu mengurangkan saiz papan frekuensi radio radio frekuensi-tinggi PCB, sementara mengatasi kehilangan radiasi dan masalah penyebaran garis trasmis, seperti resonansi dan intermodulasi. Pengalaman teknik biasa adalah menggunakan bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi yang lebih tipis daripada panjang gelombang empat frekuensi operasi tertinggi sirkuit. Tetapi kaedah yang lebih selamat adalah memilih bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi yang lebih tipis daripada panjang gelombang satu lapan frekuensi operasi tertinggi dalam terma tebal.

Lebar garis garis garis trasmis (seperti garis microstrip) bergantung pada tebal bagi bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi (seperti laminat sirkuit atau bahan prepreg). Sirkuit dengan substrat yang lebih tebal akan memperluas lebar konduktor, yang boleh mengurangi kehilangan konduktor dan kehilangan penyisihan sirkuit. Bagaimanapun, dalam kes ini, beberapa masalah penyebaran gelombang elektromagnetik mungkin berlaku. Untuk memilih tebal bahan papan sirkuit yang sesuai untuk desain frekuensi tinggi, biasanya lebar konduktor juga patut kurang dari panjang gelombang satu-lapan frekuensi operasi tertinggi.

Dk bahan papan sirkuit frekuensi mikrogelombang tinggi dan papan sirkuit frekuensi radio bermain peran penting dalam menentukan lebar konduktor garis trasmis, kerana konduktor saiz yang sama direka pada papan sirkuit frekuensi frekuensi radio frekuensi mikrogelombang tinggi Dk mempunyai nilai yang lebih rendah daripada sirkuit yang sama pada material ç´ impedance Dk rendah. Oleh itu, untuk menjaga sirkuit dengan keterangan 50 Ω, sirkuit yang direka pada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi akan lebih sempit.

Apabila merancang sirkuit menggunakan bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi dengan nilai Dk yang berbeza, banyak perdagangan perlu dipertimbangkan. Penggunaan bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi Dk tidak hanya boleh mengurangi saiz sirkuit, tetapi juga menyadari sirkuit miniaturized prestasi tinggi dengan menggabungkan bahan papan sirkuit Dk tinggi dan Dk rendah. Contohnya, penapis laluan-band yang terdiri dari unit resonan, saiz bergantung pada Dk bahan papan sirkuit. Kerana jarak antara setiap unit penapis, kekuatan sambungan dalam litar yang terkesan oleh bahan papan litar Dk ditentukan. Material papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi dengan Dk tinggi menyediakan sambungan yang lebih kuat dan membolehkan lebih banyak ruang antara unit resonan penapis.

Untuk mengesahkan keuntungan menggunakan bahan papan sirkuit mikrogelombang frekuensi tinggi dan sirkuit frekuensi radio dengan nilai Dk yang berbeza (menggabungkan bahan dengan nilai Dk yang berbeza ke dalam komponen komposit), bahan komposit papan sirkuit frekuensi-radio gelombang frekuensi tinggi Dk dan rendah Dk telah direka penapis pass band. Material Dk tinggi yang digunakan dalam penapis ini adalah litar RT/duroid ®6010.2LM laminat dengan nilai Dk 10.7; dan bahan Dk rendah yang digunakan adalah prepreg 2929 dengan nilai Dk 2.9, kedua-duanya dari Rogers Corporation. Kerana nilai Dk berbeza bagi bahan papan sirkuit frekuensi radio gelombang mikrofrekuensi tinggi akan membawa perbezaan dalam prestasi sirkuit, diperlukan menggunakan komputer untuk simulasi dan pemodelan untuk menentukan nisbah yang diperlukan bagi dua tebal bahan yang berbeza. Kaedah pemodelan ini boleh membantu kita merancang penapis komposit yang sempurna. Hasil percubaan menunjukkan saiz penapis yang direka oleh bahan komposit tidak hanya menyimpan saiz pada satu bahan Dk tinggi, tetapi juga telah meningkatkan prestasi elektrik. . Contohnya, resonansi harmonik tertib tinggi dikurangi secara signifikan, dan ciri-ciri band henti penapis juga telah diperbaiki secara signifikan. Studi telah menunjukkan bahawa dengan menggunakan lebih dari satu bahan papan sirkuit dalam sirkuit, miniaturisasi sirkuit sering mungkin tanpa mengorbankan prestasi.