СВЧ технология - диэлектрические константы и коэффициенты потерь на пластинах RO4350B под 24GHZ

Диэлектрическая проницаемость RO4350B относительно стабильна. Стандартное значение на частоте 10 ГГц составляет 3,48, и диэлектрическая проницаемость уменьшается с ростом частоты. На частоте 24 ГГц диэлектрическая проницаемость составляет 3,47, что на 0,01 меньше, чем на частоте 10 ГГц.

В общем случае выбор высокочастотного листа RSVS: низкая диэлектрическая проницаемость, низкий коэффициент потерь, стабильность частоты и температуры, а также стоимость (стоимость материала, стоимость проектирования-испытания-изготовления). Rogers RO4350B - это малоизнашиваемый углеводородный и керамический тисненый наполнитель и препрег с отличными высокочастотными характеристиками (обычно подходит для частот до 30 ГГц).Поскольку RO4350B обрабатывается с использованием стандартных технологий обработки эпоксидной смолы/стекла (FR-4), стоимость обработки этой линии также очень низкая.Можно сказать,что RO4350B оптимизирует стоимость и высокочастотные характеристики и является высокочастотной пленкой с наименьшими потерями.Чтобы лучше соответствовать требованиям дизайна,вносимые потери в микрополосковой линии передачи на 24 ГГц на основе RO4350B были исследованы при проектировании микромассива.

анализ потерь при вставке микрополос

потери при вставке микрополос включают главным образом потери проводника,диэлектрика,поверхностной волны и излучения, при этом основными потерями являются потери проводника и диэлектрика. поверхностный эффект позволяет концентрировать высокочастотные токи в микрополосе на тонких слоях, которые вступают в непосредственный контакт между полом и подложкой диэлектрика,а эквивалентное сопротивление переменному току намного выше низкой частоты.при работе ниже 10 ГГц потери проводников в микрополосе намного превышают потери в диэлектрике.когда рабочая частота поднимается до 24 ГГц, диэлектрик теряет больше,чем проводник.

На рисунке 1 показаны потери при вставке микрополос различной длины для расчета ГФУ.Все диэлектрические пластины равны RO4350B толщиной 20 мм. Как видно из диаграммы, потери при вставке микрополос составляют около 17 дБ / м, потери металлов,диэлектрика и другие потери соответственно 4,47 дБ / м, 11,27 дБ / м и 1,26дб / м. Для сравнения в таблице 1 показаны потери при вставке микрополос, рассчитанные MWI2016.Следует отметить,что в тех же условиях расчетный показатель MWI составляет 24,4 db. величина диэлектрических потерь близка, но величина потери проводника варьируется в 7дб. Эта разница объясняется тем, что модели ГФУ не учитывают шероховатость поверхности проводов и пола. Ниже приводятся результаты расчетов по ГФУ, в соответствии с которыми микрополосные линии включают потери:

Меры по уменьшению потерь при вставке микрополос

1) разумный выбор толщины листа, осмотрительное использование зеленого масла

Как видно из таблицы 1, потери проводников на линиях микрополос с одинаковыми характеристиками сопротивлений уменьшаются по мере увеличения толщины среды, в то время как потери в диэлектрике остаются в основном неизменными. причина в том, что чем больше толщина диэлектрика, тем более узкая ширина линии микрополос, тем более концентрированный ток высокой частоты, тем больше потери проводника. Следует отметить, что при 24 ГГц в зеленом масле имеются большие углы потерь, что увеличивает потери при вставке микрополос. Поэтому при проектировании миниатюрной антенны 24ггц необходимо открыть в антенной области окно с приваренным фотошаблоном. Результаты вычисления MWI2016 для вставки потерь в микрополосу являются следующими:

2)Предпочтительная медная фольга LoPro

шероховатость поверхности электропроводной ленты и медной фольги на полу также является важным фактором, влияющим на потери при вставке микроленты.поверхность медной фольги ровнее,потери проводника меньше.RO4350B обеспечивает два вида медной фольги: электролитическую медную фольгу (ED) и медную фольгу (LoPro) с низкой степенью шероховатости.шероховатость поверхности медной фольги Эд составляет около 3um,а шероховатость поверхности медной фольги LoPro достигает 0,4um, что позволяет эффективно уменьшить потери проводника.На рисунке 2 показано сравнение потерь при вставке этих двух тонких полос медной фольги.толщина фундамента диэлектрика составляет 0.1 мм.Как видно из диаграммы,потери при вставке проволоки из медной фольги "LoPro" под 24GHz на 40% меньше,чем потери при вставке медной фольги "ED". потери при вставке электролитической меди и обратной меди сравниваются следующим образом:

3)Разумный

технология селективной поверхностной обработки

процесс обработки поверхности также является одним из факторов,влияющих на потерю проводника. существует четыре широко распространенных поверхностных процесса: пропитка серебром,выщелачивание золота (не никеля),никелевое золото (никель 3 - 5 um,золото 2,54 - 7,62um) и выщелачивание олова. В таблице 2 показаны электрические параметры этих металлов. никель является ферромагнитным материалом с удельной магнитной диэлектрической проницаемостью 600. по формуле вычисления глубины кожи глубина скинии никеля в несколько раз меньше, чем у других металлов, и поэтому поверхностное сопротивление никеля в десятки раз больше, чем у других металлов, что приводит к гораздо большим потерям проводников процесса никеля по сравнению с другими процессами. На рисунке 3 сопоставляются потери при вводе в процесс обработки поверхности голой меди, погружения серебра и никеля с толщиной основания в 20 миллиметров.Как видно из диаграммы, потери при вводе в систему серебра аналогичны потерям голой меди, однако потери при вводе в нее микрополосных проводов,обработанных поверхностью никеля, выше на 4 дБ / м (10 ГГц). можно предположить, что разница в 24 ГГц будет выше. очень. Сопоставление удельной электропроводности,магнитных диэлектриков и поверхностных поверхностей различных металлов с потерями при вставке никелевого золота и голой меди, как показано на рисунке:

Таким образом, при разработке микрополосковой антенны или микрополосковой схемы на 24 ГГц с использованием диэлектрической подложки RO4350B необходимо учитывать толщину диэлектрика, тип медного покрытия и качество обработки поверхности в свете требований к производительности и стоимости. Этот вывод применим к большинству плат Rogers серий RO4000 и RO3000.