PCB科技 - 應用於毫米波頻率的GCPW電路

應用於毫米波頻率的GCPW電路

隨著現代通信技術的飛速發展, 低頻和微波頻段的頻譜資源日益枯竭, and more and more wireless applications are expanding to higher millimeter wave (mmWave) frequencies. 例如, applications such as fifth-generation (5G) wireless cellular mobile communications and advanced driver assistance systems (ADAS) all use frequency bands above 24 GHz. 然而, 訊號的功率通常隨著頻率的新增而降低. 因此, 毫米波電路科技必須充分利用現有的訊號功率，同時儘量減少訊號損耗. 在毫米波電路中保持訊號功率不僅取決於列印 電路板(印刷電路板) 布料, 還有輸電線路科技的選擇. 電路設計和製造過程中的影響因素是否得到充分考慮, then the grounded coplanar waveguide (GCPW) transmission line at millimeter wave frequency and the use of low-loss 印刷電路板 資料可以獲得優异的電路效能.

與其他高頻傳輸線科技（如：帶狀線、微帶線）相比，GCPW電路科技具有天然的優勢，尤其是在毫米波頻率下。 GCPW的結構簡單明瞭：頂層傳輸線採用“地面訊號地（GSG）”結構，中間層為單層介質層，底層為接地層，頂部和底部接地層通過電鍍通孔（PTH）互連。 雖然GCPW不符合微帶線的簡單結構，但GCPW比帶狀線（頂部和底部有一個介電層）簡單得多。 與GCPW相比，雖然微帶線結構簡單，但會新增毫米波頻率下的損耗。 在毫米波頻率下，微帶傳輸線電路比GCPW電路更容易向外界輻射能量，特別是在佈局緊密的電路和外殼中，存在潜在的干擾和電磁相容性（EMC）問題。

然而，GCPW的最終效能應用還需要瞭解電路在實際加工中的影響，因為在使用各種電腦輔助（CAE）軟件類比GCPW電路時，資料效能的參數設置幾乎是理想的。 囙此，這些因素可能導致軟件的模擬結果與實際處理的GCPW電路的實際測量結果之間存在一定的差异，特別是對於大容量毫米波電路的設計。

即使在處理電路之前，印刷電路板資料中的微小變化也會影響GCPW電路的效能，尤其是在毫米波頻率的小波長下，並且波長對這些變化非常敏感。 例如，介電材料厚度和導體厚度的變化將導致GCPW在毫米波頻率下的效能變化。 銅導體的表面粗糙度也會影響GCPW效能，任何其他鍍層（如用於製造GCPW電路的PTH鍍層）也會影響GCPW效能。

工藝處理

儘管GCPW傳輸線科技非常適合在毫米波頻率下生產具有高一致性的印刷電路板電路，但它仍必須與高可靠性電路板資料（如介電常數Dk、損耗因數Df）結合使用。 此外，毫米波電路的處理科技必須是可重複的，以確保電路能够在大規模生產中保持良好的一致性。 處理科技的變化可能會導致印刷電路板效能的變化。 例如，用於連接GCPW電路中兩個接地層的PTH的位置可能因電路而异，這一微小差异也將成為效能變化的原因。

GCPW導體的形狀可能因電路而异，從而導致製造的GCPW電路之間的效能差异。 在建模銅箔導體時，CAE模擬軟件通常將其假定為理想的導體形狀（橫截面視圖為矩形）。 並以此為基礎預測給定電路的效能水准。 然而，在實際加工中，GCPW電路的表面導體大多加工成梯形，不同電路的導體有一定程度的變化。 這些導體的變化將導致GCPW電路的電力效能發生變化，尤其是對插入損耗和訊號相位角的影響，並且這種變化的影響將隨著頻率的新增而新增。

由於實際導體和理想導體之間的差异，實際電路（處理後的導體為梯形）和理想電路（矩形）的效能水准存在差异。 當相應的訊號波長在毫米波頻率下變小時，它對電路極為敏感。 理想電路導體反映了電路的有效介電常數和相對相位響應的最小變化，而標準印刷電路板制造技術不可避免地會有微小變化。 錯誤，這也可能導致電路之間的效能變化。

此外，根據GSG結構中側壁間距的密度，GCPW電路具有不同的耦合量。 通常，緊密連接的導體會產生更緊密的耦合。 與松耦合GCPW傳輸線相比，緊耦合GCPW電路在共面導體側壁上具有更大的電流密度。 鬆散耦合的GCPW電路對電路製造過程的變化不太敏感，因為它們無法獲得額外的接地，其行為非常類似於微帶傳輸線電路。

任何 電路板 布料 used to manufacture millimeter wave GCPW circuits 盤子, such as RO3003™ laminate of Rogers Corporation (Dk of z-axis is 3.00±0.04, 10 GHz時的Df為0.0010), and its copper foil surface (copper foil and dielectric The roughness of the layer intersection) will affect the 表演 of circuits made on this 材料, especially in higher frequencies (such as millimeter wave frequencies) and thinner circuits. 粗糙的銅箔表面將導致這些電路的插入損耗新增，訊號相位速度减慢. 導體插入損耗還受銅箔導體的相對寬度和導體厚度的影響. 導體越寬，損耗越小, and a thicker conductor will cause the GCPW transmission line to use more air (with a lower unit Dk value) and transmit with lower loss. 當然, Dk值較高的電路資料也會導致較慢的相速度.

金屬鍍層

製造任何類型的GCPW電路都需要電鍍 印刷電路板 材料. 例如: when doing via metallization, 將在 電路板 材料, 孔壁為電動盤子用一層銅來實現頂部和底部接地層之間的傳導. 在此過程中, 頂層和底層連接在一起. 的銅層 印刷電路板 將不可避免地 盤子再塗上一層銅. 此外, 可在GCPW電路上再次進行金屬電鍍，以形成最終表面處理鍍層並保護銅導體. 用於表面處理電鍍的金屬的電導率通常低於銅的電導率, 這將新增導體損耗並導致插入損耗新增； 此外, 該塗層的表面也會影響相位響應, 所以這種效應在毫米波頻率下是必要的. 考慮過的.

電腦軟體類比的結果與實際處理的毫米波GCPW電路的量測結果必然存在差异。 毫米波GCPW電路成功批量生產的關鍵之一是通過特定的資料特性和特定的電路特性將各種誤差變化最小化。 通過瞭解不同GCPW制造技術對成熟電路板資料（如RO3003層壓板）的影響，有可能建立有意義的生產效能公差標準。 囙此，即使對於77 GHz的毫米波ADAS電路，也可以實現高成品率。