Технология PCB - печатных плат дизайн анализ полосы частот миллиметрового диапазона

Анализ конструкции страйплайна в диапазоне миллиметровых волн, выполненный компанией печатных плат

Хотя проектирование и производство печатных плат (ПП) на частотах миллиметровых волн начинается с рассмотрения материалов схемы, выбор технологии линии передачи оказывает значительное влияние на производительность высокочастотных схем. поскольку сотовая и беспроводная связь продолжает занимать рынок радиочастот/микроволновых диапазонов, что приводит к сужению полосы, миллиметровые волны могут обеспечить достаточную пропускную способность, научные исследователи уделяют больше внимания короткодействующим, маломощным системам (например, автомобильным радарам и беспроводным сетям пятого поколения (5G)). Интерес к частотам миллиметровых волн продолжает расти.В компактных и плотных цепях стриплайны хорошо работают на частоте 24 ГГц (многие базовые станции 5G будут работать на более высоких частотах) или выше.При проектировании и создании стриплайновой схемы на частотах миллиметровых волн необходимо помнить о нескольких вещах.

полосовая структура относительно уникальна, ее часто сравнивают с плоским одноосным кабелем. Она имеет многослойную структуру: средний проводник окружен двумя верхними и нижними слоями диэлектрика (материалы схемы), внешняя сторона описанного диэлектрика окружена металлическим экраном сверху и снизу. Такие многослойные структуры увеличивают сложность схемы,но обеспечивают хорошую изоляцию между проводником и линией передачи.Таким образом, можно сделать очень маленькую схему в диапазонах радиочастот,микроволновых и миллиметровых волн (в зависимости от характеристик материала печатных плат).

Хотя сложность ленточной линии увеличивает время и стоимость изготовления, она также демонстрирует некоторые выдающиеся преимущества. Помимо высокой степени изоляции и миниатюризации, перекрытие верхних и нижних этажей полосовой схемы помогает уменьшить потери радиации, особенно в диапазоне частот миллиметровых волн. высокие радиационные потери в микросхемах иногда делают их ненужными антеннами. Полосатые линии могут быть не столь просты,как микрополосные линии или GCP-W, однако для проектирования некоторых миллиметровых волновых схем они могут быть оптимальным выбором линии передачи,особенно в высокопроизводительных (без помех) компактных герметичных схемах или в схемах,не требующих чувствительных приложений с радиационными и электромагнитными помехами (EMI).

К счастью, благодаря конструкции и технологии производства, отличные характеристики PCB - полос всегда можно "применить" к 77GHZ и более высоким частотам, что было продемонстрировано в многочисленных экспериментах.Если вам нужно быстро узнать о микрополосковых линиях и GCPWs, вы можете получить больше информации, нажав на предыдущее видео технологии microschool "сравнение характеристик посадки микрополоскового и планарного волновода в миллиметровом диапазоне волн" (прямой клик).

Как и другие линии передачи, стриплайновые цепи сжимаются при увеличении частоты, чтобы адаптироваться к цепям с малой длиной волны, например, миллиметровым волнам. Однако благодаря своей уникальной многослойной структуре схема всегда сможет поддерживать высотную изоляцию. Более широкая полоса пропускания цепи, так что одна фазосдвигающая миллиметровых волн]конструкция может поддерживать несколько приложений.При проектировании и реализации полосовой цепи на частотах миллиметровых волн необходимо принять надлежащие меры предосторожности, чтобы достичь оптимальной эффективности и избежать ненужных сигналов, таких как паразитные сигналы, связанные с широкополосным охватом.Выбор материала печатной платы играет ключевую роль в производительности полосовой цепи в диапазоне частот миллиметровых волн.

Вопросы, требующие внимания

Поскольку длина волны фазосдвигающих миллиметровых волн очень мала, обычно используется тонкий ламинат. Однако даже при использовании очень тонких диэлектрических материалов на заданной частоте полосковые и их многослойные цепи имеют тенденцию отличаться по толщине. на более высоких частотах согласованность диэлектрических материалов печатной платы критична для согласованности распространения сигнала (компьютерное моделирование). миллиметровых волн, структура многослойных диэлектриков в полосковой цепи будет иметь более высокие диэлектрические потери и вносимые потери, чем микрополосковые и GCP-цепи. Однако, выбирая материалы с низкими диэлектрическими потерями или низким коэффициентом потерь (Df), даже на частоте миллиметровых волн можно контролировать и минимизировать вносимые потери полосковой линии.

для полосных схем частот миллиметровых волн, из за малой длины волны, как правило, обрабатываются на тонких диэлектриках, шероховатость поверхности проводника медной фольги может быть проблемой. по сравнению с более гладкой поверхностью проводника из медной фольги более грубая поверхность проводника медной фольги замедлит распространение электромагнитных волн в проводнике.Кроме того, несогласованность проводов и шероховатости поверхности PCB приведет к изменению электромагнитных характеристик распространения сигналов PCB,особенно фазовых характеристик на частотах миллиметровых волн.

изменение шероховатости поверхности меди может привести к изменению дисперсности материала PCB.дисперсия PCB функция проводника и диэлектрика. несогласованная дисперсия может не влиять на схемы, расположенные на радиочастотах и даже на микроволновых частотах,но приводить к изменениям фазовых откликов в некоторых схемах, чувствительных к ним под частотой миллиметровых волн.

по сравнению с относительно простым переходом сигналов от коаксиальных соединений к микрополосам или схемам GCPW для обеспечения эффективной передачи сигналов от коаксиальных соединений к PCB необходима соответствующая подготовка. в микросхемах с микрополосой предполагается,что центральный проводник разъема и линия передачи цепи с отдельным сопротивлением имеют одно и то же сопротивление (например, 50 отключений), прямое соединение обычно позволяет эффективно передавать энергию сигнала от соединителя к цепи.

Поскольку уровень сигнала в полосовой цепи не на поверхности, преобразование сигнала из коаксиального соединителя в полосовую цепь требует многократных попыток. для подключения центрального проводника к проводнику полостной схемы можно использовать только металлизированное отверстие (PTH). из - за малой длины волны рабочей частоты сигнал, подаваемый или преобразуемый от центрального проводника соединительной связи к плоскости сигналов ленточной линии, обычно проходит через металлизированное отверстие с очень небольшим диаметром. для формирования единых пластов в полосовых схемах обычно используется аналогичный PTH, соединяющий верхние и нижние слои цепи с отверстиями, с тем чтобы свести к минимуму различия в плотности тока в различных коллекторах. Разумеется, важно как можно быстрее сократить длину переходного участка PTH. в полосовой линейной цепи любая ненужная длина пути сигнала может привести к ослаблению отражения и потери эхо - сигнала или даже к паразитным или гармоническим сигналам.

Какие типы ламинатов лучше всего подходят для работы на частотах миллиметровых волн? Rogers Cornea Вот пример композитного материала из политетрафторэтилена (PTFE) с керамическим наполнением. Диэлектрическая проницаемость всего материала поддерживается в пределах 3.00 ± 0.04,что соответствует требованиям совместимости для фазировки. RO3003 слоистый Df низкий до 0.0010sub 10GHz,имеет хорошую температурную стабильность.В то же время,материал также имеет постоянный коэффициент теплового расширения (CTE) по трем осям.Постоянство CTE помогает гарантировать, что минимальное отверстие в диапазоне миллиметровых волн сохраняет целостность и высокую надежность во всем диапазоне температур.