PCB新聞 - 如何選擇衛星通信系統的PCB資料？

如何選擇衛星通信系統的PCB資料？

PCB製造商：太空是人類探索的領域, but the orbiting satellites that provide satellite communications (satcom) to the earth and its affiliated infrastructure still seem so far out of reach. 對於電子設備, 太空可能是其最惡劣的工作環境之一, 衛星的各個部件都不能出現故障. 衛星通信系統需要 PCB電路板在惡劣環境和在軌運行中保持優异效能和高可靠性的資料. 很少有PCB資料能够滿足衛星系統的苛刻和挑戰性要求, 只有具有特殊特性的PCB資料才能勝任.

什麼類型的PCB資料可以滿足空間工作環境？ 對於在真空環境中工作的衛星，PCB資料的低放氣率是一個關鍵條件。 放氣速率是指固體中截留氣體的釋放，例如PCB資料中的氣體。 一旦氣體被釋放，它會在衛星上不同設備的表面凝結，這可能導致電路和系統故障。

通常放氣過程非常緩慢，需要很長時間，並且需要精確檢測以確定PCB資料放氣量。 美國國家標準協會（ANSI）製定了排氣率的測試方法，並在ANSI/ASTM E595-84標準中對其進行了定義。 美國國家航空航太局（NASA）將本標準與其內部SP-R-022A試驗方法結合使用，以測試真空條件下放氣後資料的質量變化，以評估放氣速率。 測試發現，基於聚四氟乙烯（PTFE）的資料，如Rogers'RT/duroid和TMM碳氫化合物複合PCB資料，具有高度的抗脫氣性。

TMM系列熱固性PCB資料已被證明適用於要求高可靠性的衛星通信系統。 它由一系列陶瓷、碳氫化合物和熱固性聚合物組成。 其z軸方向（厚度方向）的介電常數（Dk值）範圍為3.27至12.85，其優异的特性非常適合軌道衛星和類似的挑戰性工作環境。

除了真空條件外，空間中的PCB資料必須能够應用於傳統應用以外的各種極端溫度。 空間環境通常是寒冷和黑暗的。 當衛星處於地球陰影下時，由於沒有大氣調節，環境溫度將非常低。 相反，當衛星暴露在陽光下時，衛星的工作環境可以達到爐子的溫度。 軌道上的衛星在如此極端的溫度下繼續迴圈。 無論是在對地靜止衛星的應用中，還是在對地靜止衛星的應用中，都會對電路板資料帶來很大的溫度衝擊，囙此要求PCB資料具有特別好的熱效能。

如何量測PCB資料是否適用於衛星? 關鍵特性名額之一是：PCB資料的介電常數隨工作溫度的變化率. 理想的, 空間使用的PCB資料不僅適用於較寬的溫度範圍, 但在這個溫度範圍內，介電常數也有很小的變化. The temperature coefficient of dielectric constant (TCDk) of the PCB 材料 can clearly reflect the stability of the 材料. 在商業上, 工業的, 軍事系統, 和空間環境, PCB資料必須能承受較大的溫度波動. 衛星通信中使用的大多數高頻傳輸線的特性阻抗為50Ω. PCB資料介電常數的變化將導致特性阻抗的變化, 導致電路效能差异, 例如振幅和相位特性的變化.

在空間電路應用中，有必要使用具有低介電常數溫度係數（TCDk）值的PCB資料，這可以减少介電常數溫度變化引起的效能變化。 TMM資料設計的工作溫度範圍為-55°C至+125°C，可應對衛星在空間環境中的極端溫度。 在極端溫度下，這些PCB資料的介電常數變化很小。 對於介電常數最低的TMM資料，介電常數將略有新增； 對於介電常數值為6或更高的TMM資料，介電常數將略有下降。

例如，對於在頻率為10 GHz的z軸（厚度）方向上介電常數為3.27的TMM3層壓板，TCDk非常低，僅為+37 ppm/K。介電常數在正方向變化的另一種TMM PCB資料是TMM4層壓板，其在頻率為10 GHz的z軸上的介電常數為4.50。 TMM6 PCB資料的介電常數隨溫度的變化幾乎可以忽略不計。 其z軸方向的介電常數為6.00，TCDk非常低，為-11 ppm/K。通常，TCDk絕對值小於或等於50 ppm/K的PCB資料被認為具有相當好的溫度特性。

TMM系列PCB資料為電路設計者提供了廣泛的可選介電常數值。 設計人員可以通過選擇PCB資料的介電常數值來實現電路小型化和節省空間。 這可以通過使用具有較高介電常數值的PCB資料來實現（當傳輸線具有相同的特性阻抗電路時，具有低介電常數值PCB資料的電路的電路尺寸相對較大）。 通常，這種電路小型化的價格是稍差的資料TCDk，儘管介電常數值較高的TMM資料並非如此。 例如，TMM10資料在10 GHz下的z軸介電常數值為9.20，其TCDk值低至-38 ppm/K。為了實現極端小型化，TMM13i PCB資料在z軸上的介電常數為12.85，其TCDk值為-70 ppm/K，這仍然是可以接受的。

TMM13i PCB資料具有高度的各向同性，其在3個方向軸（X、Y、Z）上的介電常數值均接近12.85。 大多數資料是各向異性的，z軸介電常數不同於x軸和y軸介電常數值。 對於大多數電路，如微帶線和帶狀線電路，主要關注的是z軸方向上的介電常數，因為這些傳輸線的大部分電磁場（EM）都通過資料的這個方向。 但對於在x-y平面上有電磁場的電路，各向同性資料可以提供可預測的效能。 對於需要使用各向同性資料的電路，TMM10i資料具有更好的各向同性特性，它是標準TMM10資料的升級版本。 TMM10i資料的z軸介電常數略高於TMM10資料。 TMM10i在10GHz頻率下的z軸介電常數為9.80，TMM10資料為9.20。

溫度變化在空間PCB資料的選擇中起著决定性的作用, and another key parameter that circuit designers care about is the coefficient of thermal expansion (CTE) of PCB 材料. CTE可用於量測PCB資料在加熱和冷卻時的尺寸變化. 因為大多數PCB資料都會在一定程度上膨脹和收縮, CTE為0 ppm的資料/°K非常罕見. 理想的, CTE值應盡可能低或接近導電資料的值, such as copper foil covering the PCB 材料 (CTE is about 17 ppm/°C), 囙此，介質和相互接觸的銅箔可以產生最小的溫度應力變化. The CTE value of TMM 材料 on the three axes (X, Y, Z) ranges from 15 to 26 ppm/°K, 與銅非常接近. 因此, 即使在溫度範圍較大的衛星環境中, 其電路仍具有較高的可靠性. iPCB是一種高精度, 高品質 PCB製造商, 例如：isola 370hr PCB, 高頻PCB, 高速PCB, ic基板, ic測試板, 阻抗PCB, HDI PCB, 剛柔PCB, 埋入式盲板PCB, 高級PCB, 微波PCB, telfon PCB和其他iPCB擅長PCB製造.