Công nghệ vi sóng - Hằng số điện môi và hệ số mất mát của tấm RO4350B ở 24GHz

Hằng số điện môi của RO4350B tương đối ổn định. Giá trị chuẩn của 10 GHz là 3,48 và hằng số điện môi giảm khi tần số tăng. Ở 24 GHz, hằng số điện môi là 3,47, thấp hơn 0,01 so với giá trị ở 10 GHz.

Nói chung, bảng mạch PCB tần số cao nên được lựa chọn từ các khía cạnh sau: hằng số điện môi thấp, yếu tố tổn thất thấp, ổn định tần số và nhiệt độ và chi phí (chi phí vật liệu, chi phí sản xuất thử nghiệm thiết kế). RO4350B của ROGERS Corporation là một vật liệu có tổn thất thấp được sử dụng trong nhựa hydrocarbon và bao bì gốm laminate và pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-pre-frequency performance (thường được áp dụng dưới 30GHz). Vì RO4350B được xử lý bằng công nghệ xử lý nhựa epoxy/thủy tinh (FR-4) tiêu chuẩn, chi phí xử lý dây chuyền sản xuất của nó cũng thấp hơn. Có thể nói rằng RO4350B đạt được tối ưu hóa hiệu suất chi phí và tần số cao và là tấm tần số cao tổn thất thấp hiệu quả nhất về chi phí. Để đạt được các yêu cầu thiết kế tốt hơn, các tác giả đã nghiên cứu tổn thất chèn ở 24GHz của các đường truyền microband dựa trên chip RO4350B khi thiết kế ăng-ten mảng microband.

Phân tích tổn thất chèn dây Microband

Mất chèn dây Microband chủ yếu bao gồm mất dây dẫn, mất phương tiện truyền thông, mất bề mặt và mất bức xạ, trong đó mất dây dẫn và mất phương tiện truyền thông là chính. Hiệu ứng đánh bóng da làm cho dòng điện tần số cao trên dây vi băng tập trung vào các lớp mỏng nơi dây dẫn và sàn tiếp xúc trực tiếp với chất nền điện môi, và điện trở AC tương đương lớn hơn nhiều so với trường hợp tần số thấp. Khi làm việc dưới 10 GHz, tổn thất dây dẫn của dây microband lớn hơn nhiều so với tổn thất điện môi. Mất điện môi vượt quá mất dây dẫn khi tần số hoạt động tăng lên 24GHz.

Hình 1 cho thấy tổn thất chèn của các dây microband có độ dài khác nhau được tính toán bởi HFSS. Chất nền điện môi đều là RO4350B và dày 20 mils. Như bạn có thể thấy từ hình ảnh, tổn thất chèn của dây microband là khoảng 17dB/m và tổn thất kim loại, tổn thất điện môi và các tổn thất khác là 4,47dB/m, 11,27dB/m và 1,26dB/m tương ứng. Để so sánh, Bảng 1 cho thấy tổn thất chèn của các dây microband được tính toán tại MWI2016. Có thể thấy rằng MWI được tính toán ở mức 24,4 dB trong cùng điều kiện. Giá trị tổn thất điện môi là gần nhau, nhưng giá trị tổn thất dây dẫn khác nhau 7dB. Lý do cho sự khác biệt là độ nhám bề mặt của dây dẫn và sàn nối không được xem xét trong mô hình HFSS. HFSS tính toán tổn thất chèn dây microband như sau:

Các biện pháp để giảm tổn thất chèn dây microband

1) Chọn độ dày tấm hợp lý, sử dụng dầu xanh thận trọng

Như có thể thấy từ Bảng 1, tổn thất dây dẫn của dây microband với trở kháng đặc tính tương tự giảm khi độ dày điện môi tăng, trong khi tổn thất điện môi về cơ bản không thay đổi. Lý do là chất nền phương tiện truyền thông dày hơn, chiều rộng đường microband hẹp hơn, dòng điện tần số cao tập trung hơn và tổn thất dây dẫn lớn hơn. Điều quan trọng cần lưu ý là môi trường dầu xanh có góc tổn thất lớn ở 24GHz, điều này sẽ làm tăng tổn thất chèn của dây microband. Do đó, khi thiết kế ăng-ten microband 24GHz, cần phải mở cửa sổ với mặt nạ hàn trong khu vực ăng-ten. Kết quả tính toán tổn thất chèn dây microband MWI2016 như sau:

2) LoPro lá đồng ưa thích

Độ nhám bề mặt của dải dẫn điện và lá đồng nối sàn cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tổn thất chèn dây microband. Bề mặt lá đồng càng mịn, tổn thất dây dẫn càng nhỏ. RO4350B cung cấp hai loại lá đồng tráng: lá đồng điện phân (ED) và lá đồng xử lý độ nhám thấp (LoPro). Độ nhám bề mặt của ED Copper Foil là khoảng 3um và LoPro Copper Foil lên đến 0,4um, do đó có thể giảm tổn thất dây dẫn một cách hiệu quả. Hình 2 cho thấy sự so sánh giữa tổn thất chèn dây microband của hai loại lá đồng này. Độ dày của chất nền điện môi là 0,1mm. Như bạn có thể thấy từ hình ảnh, dây microband lá đồng LoPro mất chèn ít hơn 40% so với lá đồng ED ở 24GHz. So sánh tổn thất chèn của đồng điện phân và đồng đảo ngược như sau:

3) Hợp lý

Chọn quy trình xử lý bề mặt

Quá trình xử lý bề mặt cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến sự mất mát của dây dẫn. Có bốn loại quy trình xử lý bề mặt phổ biến, được chia thành ngâm bạc, ngâm vàng (vàng không niken), vàng niken (niken 3-5um, vàng 2,54-7,62um) và ngâm thiếc. Bảng 2 cho thấy các thông số điện của các kim loại này. Niken là một vật liệu sắt từ có điện dung từ 600. Theo công thức tính toán độ sâu da, độ sâu da của niken nhỏ hơn một bậc so với các kim loại khác, do đó điện trở bề mặt của niken lớn hơn hàng chục lần so với các kim loại khác, dẫn đến tổn thất dây dẫn của quá trình niken-vàng lớn hơn nhiều so với các quá trình khác. Hình 3 so sánh tổn thất chèn của đồng trần, ngâm bạc và quá trình xử lý bề mặt vàng niken, tất cả đều có độ dày 20 mils. Như bạn có thể thấy từ hình ảnh, tổn thất chèn của quá trình ngâm bạc tương tự như đồng trần, nhưng tổn thất chèn của dây microband sau khi xử lý bề mặt niken-vàng lớn hơn 4dB/m (10GHz). Có thể dự đoán rằng ở 24GHz, sự khác biệt này sẽ lớn hơn. Lớn. So sánh độ dẫn điện, hằng số điện môi và độ sâu da của các kim loại khác nhau với tổn thất chèn của quá trình vàng niken và đồng trần như thể hiện trong hình:

Tóm lại, khi chúng tôi sử dụng chất nền điện môi PCB RO4350B để thiết kế ăng ten microband 24GHz hoặc mạch microband, chúng tôi cần xem xét độ dày của bảng điện môi, loại lớp phủ đồng và quy trình xử lý bề mặt theo yêu cầu về hiệu suất và chi phí. Kết luận này cũng áp dụng cho hầu hết các bảng mạch trong dòng RO4000 và RO3000 của Rogers.