Technique RF - Ro4350b constante diélectrique et facteur de perte à 24 GHz

La constante diélectrique du ro4350b est relativement stable. La valeur standard à 10 GHz est de 3,48. La constante diélectrique diminuera avec l'augmentation de la fréquence. À 24 GHz, la constante diélectrique diminue de 0,01 par rapport à la fréquence de 10 GHz (3,47).

En général, les cartes PCB haute fréquence sont choisies parmi plusieurs aspects: faible constante diélectrique, faible facteur de perte, stabilité en fréquence et en température et coût (coût des matériaux, coût de fabrication des tests de conception). Le ro4350b de la société Rogers est un matériau à faible perte pour les stratifiés et préimprégnés à base de résines hydrocarbonées et de charges céramiques avec d'excellentes propriétés à haute fréquence (généralement en dessous de 30 GHz). Parce que le ro4350b est traité avec la technologie de traitement époxy / verre standard (fr - 4), il est également moins coûteux à traiter sur sa ligne de production. On peut dire que le ro4350b permet une optimisation des coûts et des performances à haute fréquence et est la feuille haute fréquence à faible perte la plus rentable. Pour mieux répondre aux exigences de conception, les auteurs ont étudié les pertes d'insertion à 24 GHz d'une ligne de transmission microbande à base de puces ro4350b lors de la conception d'une antenne microbande.

Analyse des pertes d'insertion de ligne microruban

Les pertes d'insertion de ligne microruban comprennent principalement les pertes de conducteurs, les pertes diélectriques, les pertes d'ondes de surface et les pertes radiatives, où les pertes de conducteurs et les pertes diélectriques sont les principales pertes. L'effet dermocosmétique permet de concentrer le courant haute fréquence sur la ligne microruban sur la bande conductrice et la couche mince sur laquelle le plancher de masse est en contact direct avec le substrat diélectrique, la résistance alternative équivalente étant bien supérieure à celle du cas basse fréquence. Fonctionnant en dessous de 10 GHz, les pertes de conducteurs des lignes microruban sont beaucoup plus importantes que les pertes de média. Lorsque la fréquence de fonctionnement monte à 24 GHz, les pertes diélectriques dépassent les pertes de conducteurs.

La figure 1 montre les pertes d'insertion calculées par HFSS pour différentes longueurs de lignes microruban. Les substrats diélectriques sont tous ro4350b d'une épaisseur de 20 mils. Comme on peut le voir sur la figure, les pertes d'insertion sont de l'ordre de 17 DB / M pour une ligne microruban et de 4,47 DB / M, 11,27 DB / M et 1,26 DB / M pour les pertes métalliques, diélectriques et autres, respectivement. A titre de comparaison, le tableau 1 présente les pertes d'insertion des lignes microruban calculées par mwi2016. On voit que, dans les mêmes conditions, la valeur calculée du MWI est de 24,4 db. Les valeurs de pertes diélectriques sont proches, mais les valeurs de pertes de conducteurs diffèrent de 7 db. La différence est due au fait que la rugosité de surface de la bande de guidage et du plancher de mise à la terre n'a pas été prise en compte dans le modèle HFSS. Les résultats du calcul HFSS des pertes d'insertion de la ligne microruban sont les suivants:

Mesures visant à réduire les pertes d'insertion des lignes microruban

1) choix raisonnable de l'épaisseur de la plaque, avec prudence avec de l'huile verte

Comme on peut le voir sur le tableau 1, les pertes conductrices d'une ligne microruban de même impédance caractéristique diminuent avec l'augmentation de l'épaisseur du milieu alors que les pertes du milieu sont sensiblement constantes. La raison en est que plus le substrat diélectrique est épais, plus la largeur de la ligne microruban est étroite, plus le courant haute fréquence est concentré et plus les pertes de conducteurs sont importantes. Il est à noter que le milieu d'huile verte a un angle de tangence de perte important à 24 GHz, ce qui augmentera les pertes d'insertion de la ligne microruban. Ainsi, lors de la conception d'une antenne microruban 24 GHz, il est nécessaire d'ouvrir la fenêtre avec un masque de soudure au niveau de la zone de l'antenne. Les résultats du calcul mwi2016 des pertes d'insertion de la ligne microruban sont les suivants:

2) Feuille de cuivre lopro préférée

La rugosité de surface de la bande conductrice et de la Feuille de cuivre du plancher de masse est également un facteur important affectant les pertes d'insertion de la ligne microruban. Plus la surface de la Feuille de cuivre est lisse, moins les pertes de conducteurs sont importantes. Ro4350b propose deux types de feuilles de cuivre: la Feuille de cuivre électrolytique (ed) et la Feuille de cuivre à faible rugosité (lopro). La rugosité de surface de la Feuille de cuivre ed est d'environ 3 µm et la Feuille de cuivre lopro peut atteindre 0,4 µm, ce qui permet de réduire efficacement les pertes de conducteurs. La figure 2 montre une comparaison des pertes d'insertion de la ligne microruban pour ces deux types de feuilles de cuivre. L'épaisseur du substrat diélectrique est de 0,1 mm. Comme on peut le voir sur la figure, les pertes d'insertion à 24 GHz de la Ligne micro - ruban lopro Copper Foil sont 40% inférieures à celles de la Feuille de cuivre ed. La comparaison des pertes d'insertion du cuivre électrolytique et du cuivre inverse est la suivante:

3) raisonnable

Choisir un processus de traitement de surface

Le processus de traitement de surface est également l'un des facteurs qui influent sur les pertes de conducteurs. Il existe quatre types de processus de traitement de surface courants, divisés en argent trempé, or trempé (or non nickelé), nickel - or (nickel 3 - 5um, or 2,54 - 7,62um) et étain trempé. Le tableau 2 présente les paramètres électriques de ces métaux. Le Nickel est un matériau ferromagnétique ayant une constante diélectrique de 600. Selon la formule de calcul de la profondeur de la peau, la profondeur de la peau du nickel est inférieure d'un ordre de grandeur à celle des autres métaux, de sorte que la résistance de surface du nickel est plusieurs dizaines de fois supérieure à celle des autres métaux, ce qui entraîne des pertes de conducteurs beaucoup plus importantes dans Le processus Nickel - or que dans les autres processus. La figure 3 compare les pertes d'insertion des procédés de traitement de surface en cuivre nu, en argent trempé et en nickel - or, avec des épaisseurs de substrat de 20 mils chacune. Comme on peut le voir sur la figure, les pertes d'insertion du procédé d'imprégnation d'argent sont similaires à celles du cuivre nu, mais les pertes d'insertion des lignes microruban après traitement de surface Nickel - or sont supérieures de 4 DB / M (10 GHz). Il est prévisible que cette différence sera encore plus grande à 24 GHz. Le grand La conductivité électrique, la permittivité diélectrique et la profondeur de la chimiotaxie de différents métaux ont été comparées au processus Nickel - or et aux pertes d'insertion du cuivre nu, comme le montre la figure:

En conclusion, lorsque nous utilisons le substrat diélectrique PCB ro4350b pour concevoir une antenne microruban 24 GHz ou un circuit microruban, nous devons tenir compte de l'épaisseur du substrat diélectrique, du type de revêtement de cuivre et du processus de traitement de surface en fonction des exigences de performance et de coût. Cette conclusion s'applique également à la plupart des conseils d'administration des séries ro4000 et ro3000 de Rogers.