СВЧ технология - RO4350B Потери при вставке микрополосы PCB при 24 ГГц

Инженеры по проектированию высокочастотных PCB обычно выбирают высокочастотные PCB - материалы из следующих аспектов.

1. Низкая диэлектрическая постоянная

2. Низкий коэффициент износа

3. Стабильность частоты

4. Стабильная инфляция и сокращение

5.Себестоимость ПХБ (себестоимость материалов, себестоимость производства для проектных испытаний)

Производство Rogers RO4350B представляет собой низкоизношенный материал из углеводородных смол и керамических наполнителей, ламинатов и полутвердых листов, обладающих отличными высокочастотными свойствами (обычно применяемыми ниже 30 ГГц). Поскольку RO4350B обрабатывается с использованием стандартной технологии обработки эпоксидной смолы / стекла (FR - 4), стоимость обработки на производственных линиях также ниже. Можно сказать, что RO4350B оптимизирует затраты и высокочастотные характеристики и является наиболее экономичным высокочастотным материалом с низким уровнем потерь. Чтобы лучше соответствовать требованиям проектирования, при проектировании антенны с микроволновой решеткой мы проверили потери при вставке на частоте 24 ГГц для микроволновой линии передачи на основе материала RO4350B.

Анализ потерь при вставке микрополос

Потери вставки микрополосных линий в основном включают потери проводника, диэлектрические потери, потери поверхностных волн и потери излучения, из которых потери проводника и диэлектрические потери являются основными потерями. Кожные эффекты концентрируют высокочастотный ток в микрополосной линии на тонком слое проводящей полосы и на стыке непосредственно контактирующей диэлектрической подложки, а эквивалентное сопротивление переменного тока намного больше, чем низкочастотная ситуация. Когда рабочая частота ниже 10 ГГц, потери проводника на микроволновой линии намного больше, чем диэлектрические потери. При повышении рабочей частоты до 24 ГГц диэлектрические потери превышают потери проводника.

Расчет потерь HFSS в микрополосе

Для потерь при вставке микрополосных линий различной длины, рассчитанных HFSS, диэлектрическая подложка составляет RO4350B, а толщина - 20 миль. Как видно из диаграммы выше, потери при вставке микрополосных линий составляют около 17 дБ / м, из которых потери металла, диэлектрические потери и другие потери составляют 4,47 дБ / м, 11,27 дБ / м и 1,26 дБ / м соответственно. Для сравнения в таблице 1 показаны потери при вставке микрополосных линий, рассчитанные с помощью MWI2016. Можно видеть, что при тех же условиях расчетное значение MWI составляет 24,4 дБ, где диэлектрические потери близки, но потери проводника составляют 7 дБ. Разница объясняется тем, что в модели HFSS не учитывается шероховатость поверхности ленты и пола.

Меры по уменьшению потерь при вставке микрополос

1. Разумный выбор толщины пластины, уменьшение слоя сварного сопротивления

Для микрополосных линий с одинаковым характеристическим сопротивлением потери проводника уменьшаются с увеличением толщины среды, а потери среды в основном остаются неизменными. Причина в том, что чем толще диэлектрическая подложка, тем более узкая ширина микрополосной линии, тем более концентрированный высокочастотный ток, тем больше потеря проводника. Стоит отметить, что большой тангенс потерь в среде шаблона сварного материала при 24 ГГц увеличит потери при вставке микрополосных линий. Поэтому при проектировании микроволновой антенны с частотой 24 ГГц требуется сварка и открытие окон в районе антенны.

Предпочтительная медная фольга LoPro

шероховатость поверхности проволоки и медной фольги, соединяющей пол, также является важным фактором, влияющим на потерю вставки микрополосы. Чем гладче поверхность медной фольги, тем меньше потеря проводника. RO4350B обеспечивает электролитическую медную фольгу (ED) и обратную обработку медной фольги с низкой шероховатостью (LoPro). Поверхностная шероховатость медной фольги ED составляет около 3um, а медная фольга LoPro может достигать 0,4um, что эффективно снижает потери проводника. Толщина подложки диэлектрика составляет 0,1 мм по сравнению с потерями при вставке двух видов медной фольги. При 24 ГГц потери при вставке микрополосы из медной фольги LoPro на 40% меньше, чем потери при вставке из медной фольги ED.

Сравнение потерь при вставке электролитической меди и обратной меди

3. Рациональный выбор процесса обработки поверхностей

Процесс обработки поверхности также является одним из факторов, влияющих на потери проводника. Существует четыре распространенных процесса обработки поверхности, включая осаждение серебра, осаждение золота (никель - золото), осаждение никеля - золота (никель - 3 - 5 м, золото - 2,54 - 7,62 м) и осаждение олова. В таблице 2 показаны электрические параметры этих металлов, в которых никель является ферромагнитным материалом с диэлектрической постоянной 600. Согласно формуле расчета глубины скининга, никель имеет глубину скининга на порядок меньше, чем другие металлы, поэтому поверхностное сопротивление никеля в десятки раз больше, чем у других металлов, что приводит к гораздо большим потерям проводников в процессе никеля и золота, чем в других процессах. Толщина подложки составляет 20 миль из - за потери вставки в процессе осаждения голой меди, серебра и обработки поверхности никеля. Как видно из диаграммы, потери при вставке в процессе осаждения серебра аналогичны потерям при вставке обнаженной меди, но потери при вставке микрополосных линий после обработки поверхности никеля и золота больше на 4 дБ / м (10 ГГц), и можно предсказать, что они будут больше при 24 ГГц.

Сравнение потерь при вставке никеля и золота с процессом обнаженной меди

При проектировании 24 - ГГц микроволновой антенны или микросхемы с использованием диэлектрической матрицы RO4350B необходимо учитывать толщину диэлектрической пластины, тип медного покрытия и процесс обработки поверхности в соответствии с требованиями к производительности и стоимости. Этот вывод также относится к большинству материалов серии Rogers RO4000 и RO3000.