微波技術 - 選擇合適的電路板資料以减小射頻電路的尺寸

選擇合適的電路板資料以减小射頻電路的尺寸

隨著電子設備移動性和便攜性需求的不斷增長, 電路的小型化變得越來越重要. 在開始設計電子產品之前, 選擇合適的 電路板 資料將有助於設計更小的射頻和 微波電路板. 對於給定的頻率範圍, 使用 電路板 材料 with a higher dielectric constant (Dk) usually makes the 設計 size and structure of the circuit smaller. 然而, 使用Dk值較高的板會新增電路的插入損耗，也可能會降低電路其他方面的效能. 同時, 的Dk值 電路板 資料也會影響電路的索引參數, 比如輻射損失, 分散性, 聯軸器, 等等.

對於給定頻率，介質中的波長將隨著電路板資料Dk的新增而减小，導致在Dk值較高的電路板資料上設計的電路尺寸比在Dk值較低的電路上設計的電路尺寸小。 此外，Dk值較高的電路板資料也會降低通過這些資料的電磁波（EM）的相速度。 電路板資料的Dk通常是在10 GHz的資料z軸方向（即厚度方向）上量測的值。 商用電路板資料的z軸Dk值可高達10（或更高）或低至2（與Dk等於1的空氣相比）。 但客觀而言，通常Dk值為6或更高，可以認為是高介電常數片。

由Dk值較低的電路板資料製成的傳輸線具有較快的相速度。 對於相敏電路（如相控陣天線）的小型化，必須考慮Dk的影響。 此外，與Dk值較低的電路板資料相比，Dk值較高的電路板資料表現出更大的色散。 Dk值較高的電路板資料通常用於定向耦合器和其他需要較高耦合係數的電路中。

就Dk而言, 電路板 資料通常是各向異性的. 雖然3個軸上資料的Dk值不同, 通常，人們會根據z軸方向上材質的Dk值對其進行比較. 對於Dk值較高的資料, 電路z軸和x-y平面之間的Dk差通常大於Dk值較低的資料的Dk差. 的所有3維中的Dk值 電路板 材料 will jointly determine the performance of the transmission line (such as the microstrip line) made on the 材料. 對許多人來說 高頻電路板, 通常無需考慮 電路板 資料Dk, 但各向異性確實帶來了一些潜在的未知問題, 尤其是當xy平面上的Dk值與z軸上的Dk值相差很大時. 這種差异可能導致邊緣並聯耦合電路出現意外問題, 因為耦合高度依賴於x-y平面上的Dk值.

當試圖使電路小型化時，最容易想到的方法是儘量减小電路板資料的厚度，但電路板資料的厚度會影響高頻電路的多個名額的效能。 雖然高頻電路的輻射損耗隨著頻率的新增而新增，但與Dk值相同的較薄電路板資料相比，較厚的電路板資料也會表現出較高的輻射損耗。 對於給定的電路佈局和設計，Dk的選擇也會影響輻射損耗的大小，因為Dk值較高的電路板資料的輻射損耗低於Dk值較低的電路板資料的輻射損耗。

對於可能導致共振或雜散干擾的電路（例如，多層PCB中的電路之間），使用較薄的電路板資料是有益的。 諧振雜散的程度通常取決於電路中傳輸線的類型。 例如，微帶傳輸線通常比其他類型的射頻/微波傳輸線（例如帶狀線、共面波導CPW傳輸線）更容易發生諧振和傳播問題。 較薄的電路板資料有助於减小PCB的尺寸，同時限制輻射損耗和傳輸線傳播問題，如共振和互調。 常見的工程經驗是使用比電路最高工作頻率的四分之一波長更薄的電路板資料。 但更安全的方法是選擇厚度小於最高工作頻率八分之一波長的電路板資料。

The line width of a transmission line (such as a microstrip line) will depend on the thickness of the 電路板 材料 (such as a circuit laminate or prepreg 材料). 基板較厚的電路將加寬導體寬度, 可以减少電路的導體損耗和插入損耗. 然而, 在這種情況下, 可能會出現一些電磁波傳播問題. 為了選擇 電路板 資料適用於 高頻板 design, 通常，導體寬度也應小於最高工作頻率的八分之一波長. 的Dk 電路板 資料在確定傳輸線導體的寬度方面起著重要作用, 因為相同尺寸的導線設計在高Dk上 電路板 資料的阻抗低於低Dk資料上的相同電路. 因此, 為了保持電路的特性阻抗為50Ω©, 在上設計的電路 電路板 Dk值越高的資料越窄.

明智的選擇

當使用具有不同Dk值的電路板資料設計電路時，需要考慮許多權衡。 採用高Dk電路板資料，不僅可以减小電路尺寸，而且可以將高Dk和低Dk電路板資料結合起來，實現高性能小型化電路。 例如，一個由諧振單元組成的帶通濾波器，其尺寸取決於電路板資料的Dk。 由於每個濾波器單元之間的間距，確定了受電路板資料Dk影響的電路中的耦合强度。 高Dk的電路板資料提供更强的耦合，並允許濾波器諧振單元之間有更多的空間。

為了驗證使用 電路板 材料 with different Dk values (combining 材料 with different Dk values into a composite component), 在高Dk和低Dk複合材料上設計了一種帶通濾波器 電路板s. 此篩檢程式中使用的高Dk資料為RT/duroid'6010.Dk值為10的2LM電路層壓板.7. 使用的低Dk資料為2929預浸料，Dk值為2.9. 兩種資料均來自羅傑斯公司 . 自從 電路板 Dk值不同的資料會帶來電路效能的差异, 需要進行電腦類比，以通過建模確定兩種不同資料厚度的所需比率. 這種建模方法可以幫助我們設計出完美的複合濾波器. 實驗結果表明，用複合材料設計的篩檢程式尺寸不僅保持了高Dk資料的尺寸, 而且還改善了電力效能. . 例如, 高次諧波共振顯著降低, 並且濾波器的阻帶特性也得到了顯著改善. 研究表明，通過使用多個 電路板 電路中的資料, 在不犧牲效能的情况下，電路的小型化通常是可能的.