PCB-Technologie - Analyse der PCB-Firma des Stripline-Designs im Millimeterwellenfrequenzband

Analyse der PCB-Firma des Stripline-Designs im Millimeterwellenfrequenzband

Obwohl die Konstruktion und Herstellung von Leiterplatte (PCB) at millimeter wave frequencies start from considering the circuit materials, Die Wahl der Übertragungsleitungstechnik spielt eine wesentliche Rolle bei der Schaltungsleistung bei hohen Frequenzen. Da Mobilfunk und drahtlose Kommunikation weiterhin die HF besetzen/Mikrowellen-Frequenzbänder, mit geringeren Bandbreiten, und Millimeterwellen können ausreichende Bandbreite bieten, Wissenschaftliche Forscher sind mehr besorgt über Kurzstrecken, low-power systems (such as automotive radars and fifth-generation (5G) wireless networks). Das Interesse an Millimeterwellenfrequenzen wächst weiter. Als übliche Übertragungsleitungstechnik bei Millimeterwellenfrequenzen, Schaltungsdesigner denken vielleicht zuerst an Mikrostreifenleitungen, grounded coplanar waveguides (GCPW) or even rectangular waveguides, Aber was ist mit der Stripline Performance?? In kompakten und dichten Schaltkreisen, striplines perform well at 24 GHz (many 5G base stations will operate at higher frequencies) or higher frequencies. Es gibt einige Dinge zu beachten, wenn Sie Stripline-Schaltkreise bei Millimeterwellenfrequenzen entwerfen und bauen.

Die Struktur der Stripline ist relativ einzigartig und wird oft mit flachen Koaxialkabeln verglichen. Es hat eine mehrschichtige Struktur: Der mittlere Leiter ist von zwei oberen und unteren dielektrischen Schichten (Schaltungsmaterialien) umgeben, und die Außenseite der dielektrischen Schicht ist von Metallabschirmungsschichten auf der Oberseite und Unterseite umgeben. Diese laminierten Strukturen erhöhen die Schaltungskomplexität, bieten aber eine gute Isolierung zwischen dem Leiter und der Übertragungsleitung, so dass extrem kleine Schaltungen bei HF-, Mikrowellen- und Millimeterwellenfrequenzen implementiert werden können (abhängig von den Eigenschaften des Leiterplattenmaterials).

Obwohl die Komplexität der Stripline Herstellungszeit und -kosten erhöht, weist sie auch einige herausragende Vorteile auf. Neben der hohen Isolation und Miniaturisierung tragen die obere und untere Grundebene von Streifenschaltungen dazu bei, den Strahlungsverlust insbesondere im Millimeterwellenfrequenzband zu reduzieren. Der hohe Strahlungsverlust von Mikrostreifenschaltungen macht sie manchmal überflüssig. Stripline ist möglicherweise nicht so einfach wie Microstrip-Leitungen oder GCPW, aber für bestimmte Millimeterwellen-Schaltungsdesigns kann es die beste Wahl für Übertragungsleitungen sein, insbesondere in hochleistungsfähigen (keine Interferenzen) dicht verpackten Schaltungen oder Schaltungen, die unerwünschte Strahlung und elektromagnetische Störungen (EMI) empfindliche Anwendungen sind.

Glücklicherweise kann die ausgezeichnete Leistung von Stripline PCB immer bei 77GHz oder höherer Frequenz durch die Design- und Fertigungstechniken "angewendet" werden, die gute Ergebnisse durch mehrere Experimente bewiesen haben. Wenn Sie die Mikrostreifenlinie und GCPW schnell verstehen müssen, können Sie auf das vorherige Technologie-Mikroschulvideo "Vergleich der Leistung von Mikrostreifenlinie und geerdetem koplanarem Wellenleiter im Millimeterwellenfrequenzband" (klicken Sie, um direkt zu springen) klicken, um weitere Informationen zu erhalten.

Wie andere Übertragungsleitungsformate, Stripline-Schaltkreise schrumpfen, wenn die Frequenz steigt, um sich an Schaltkreise mit kleinen Wellenlängen wie Millimeterwellen anzupassen. Allerdings, durch seine einzigartige mehrschichtige Struktur, die Schaltungen werden immer in der Lage sein, eine hohe Isolation aufrechtzuerhalten. Stripline-Schaltungen haben auch eine größere Bandbreite, so eine einzelne Millimeterwellenschaltung]Design kann mehrere Anwendungen unterstützen. Bei der Auslegung und Implementierung von Streifenschaltungen bei Millimeterwellenfrequenzen, Es müssen geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um die bestmögliche Leistung zu erreichen, um unnötige Signale zu vermeiden, wie parasitäre Signalmuster im Zusammenhang mit Breitbandabdeckung. Die Wahl des Leiterplattenmaterials spielt eine Schlüsselrolle bei der Leistung von Streifenschaltungen bei Millimeterwellenfrequenzen.

Angelegenheiten, die Aufmerksamkeit erfordern

Da die Wellenlänge des Millimeterwellenschalts kurz ist, wird in der Regel ein dünnes Laminat verwendet. Allerdings sind auch bei sehr dünnen dielektrischen Materialien Bandleitungen und deren Mehrschichtschaltungen in der Regel dicker als Mikrostreifen- oder GCPW-Schaltungen bei einer bestimmten Frequenz. Bei höheren Frequenzen ist die Konsistenz von dielektrischen Leiterplattenmaterialien entscheidend für die Konsistenz der Signalausbreitung (computergestützte Simulation). Bei Millimeterwellenfrequenzen weist die mehrschichtige dielektrische Materialstruktur in Streifenschaltungen höhere dielektrische Verluste und Einfügedämpfungen auf als Mikrostreifen- und GCPW-Schaltungen. Durch Auswahl von Schaltungsmaterialien mit niedrigem Dielektrizitätsverlust oder niedrigem Verlustfaktor (Df) kann jedoch auch bei Millimeterwellenfrequenzen die Einfügedämpfung der Stripline kontrolliert und minimiert werden.

Bei Streifenschaltungen mit Millimeterwellenfrequenzen kann die Oberflächenrauheit von Kupferfolienleitern aufgrund der geringen Wellenlänge und üblicherweise auf dünneren dielektrischen Materialien verarbeitet werden. Verglichen mit der glatteren Kupferfolienleiteroberfläche verlangsamt die rauere Kupferfolienleiteroberfläche die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Leiter. Darüber hinaus bewirkt die Inkonsistenz der Oberflächenrauheit des Leiters und der Leiterplatte, dass sich die elektromagnetischen Ausbreitungseigenschaften des Signals auf der Leiterplatte ändern, insbesondere die Änderung der Phasencharakteristiken bei der Millimeterwellenfrequenz.

Die Änderung der Kupferoberflächenrauhigkeit bewirkt, dass sich die Dispersion des Leiterplattenmaterials ändert. Die Dispersion der Leiterplatte ist eine Funktion des Leiters und der dielektrischen Materialien. Inkonsistente Dispersion kann den Schaltkreis bei HF- oder sogar Mikrowellenfrequenzen nicht beeinflussen, aber sie wird Änderungen im Phasenverhalten einiger Schaltkreise verursachen, die bei Millimeterwellenfrequenzen empfindlich darauf reagieren.

Verglichen mit dem relativ einfachen Signalübergang von einem Koaxialstecker zu einer Microstrip- oder GCPW-Schaltung erfordert eine Stripline-Schaltung die richtige Vorbereitung, um einen effektiven Signalübergang von einem Koaxialstecker zu einer Leiterplatte zu erreichen. In einer Mikrostreifenschaltung, vorausgesetzt, dass der Verbindungsmittelleiter und die Schaltungs-Übertragungsleitung mit einer einzigen Masseebene die gleiche Impedanz haben (zum Beispiel 50Ω), kann eine direkte Verbindung normalerweise Signalenergie vom Stecker zur Schaltung effektiv übertragen.

Da die Signalebene der Stripline-Schaltung nicht auf der Oberfläche ist, erfordert der Signalübergang vom Koaxialanschluss zur Stripline-Schaltung mehrere Versuche. Um den Mittelleiter des Steckers mit dem Streifenleitungskreisleiter zu verbinden, kann dies nur mittels metallisierter Durchkontaktierungen (PTH) erreicht werden. Aufgrund der geringen Wellenlänge der Betriebsfrequenz verläuft die Signalzufuhr bzw. der Übergang vom Verbindungsmittelleiter zur Stripline-Signalebene in der Regel durch metallisierte Durchkontaktierungen mit extrem kleinen Durchmessern. Um eine einheitliche Masseebene in einer Streifenschaltung zu bilden, werden ähnliche PTH-Durchgänge normalerweise verwendet, um die obere und untere Masseebene der Schaltung zu verbinden, um die Möglichkeit von Stromdichteunterschieden in verschiedenen Masseebenen zu minimieren. Natürlich ist es wichtig, die Länge des Übergangs PTH zu minimieren. In einer Stripline-Schaltung kann jede unnötige Länge im Signalweg dazu führen, dass Reflexions- und Rücklaufverluste reduziert werden und sogar parasitäre oder harmonische Signale erzeugt werden.

Welche Art von Laminat eignet sich am besten für Streifenschaltungen bei Millimeterwellenfrequenzen? Rogers RO3003™ Laminat ist ein Beispiel, which is a ceramic-filled polytetrafluoroethylene (PTFE) composite material. Die Dielektrizitätskonstante des gesamten Materials wird innerhalb von 3 gehalten.00±0.04, Das hat die Konsistenz, die von der 77GHz Automobilradar Millimeterwellenfrequenzband Schaltung erforderlich ist. RO3003 Laminat hat einen Df bis 0.0010 bei 10GHz und hat ausgezeichnete Temperaturstabilität. Zur gleichen Zeit, the material also has a consistent coefficient of thermal expansion (CTE) on the three axes. Die CTE-Konsistenz kann sicherstellen, dass die extrem kleinen Durchkontaktierungen in der Bandlinie bei der Millimeterwellenfrequenz Integrität und Hoch über den gesamten Temperaturbereich aufrechterhalten können. Zuverlässigkeit.