마이크로웨이브 기술 - RO4350B PCB 마이크로밴드 케이블의 24GHz 삽입 손실

고주파 PCB 설계 엔지니어는 일반적으로 다음과 같은 몇 가지 측면에서 고주파 PCB 소재를 선택합니다.

1. 개전 상수가 낮다

2. 손실 계수가 낮다

3.주파수 안정

4.안정된 인플레이션과 수축

5.PCB 비용(재료 비용, 설계 테스트 제조 비용)

로저스사가 생산하는 RO4350B는 저손실의 탄화수소수지와 세라믹충전재층 압판 및 반경화편 소재로 우수한 고주파 성능(일반적으로 30GHz 이하에서 응용 가능)을 가지고 있다.RO4350B는 표준 에폭시 수지/유리(FR-4) 가공 기술로 가공되기 때문에 생산 라인 가공 비용도 낮다.RO4350B는 원가와 고주파 성능의 최적화를 실현하여 성비 비율이 가장 높은 저손실 고주파 재료라고 말할 수 있다.설계 요구 사항을 더 잘 충족하기 위해 마이크로밴드 어레이 안테나를 설계할 때 RO4350B 소재 기반 마이크로밴드 전송선의 24GHz 삽입 손실을 테스트했습니다.

미대선의 삽입 손실 분석

마이크로밴드선의 삽입 손실은 주로 도체 손실, 개전 손실, 표면파 손실과 복사 손실을 포함하는데, 그 중 도체 손실과 개전 손실은 주요 손실이다.피부로 가는 효과는 마이크로밴드 선의 고주파 전류를 전도 밴드의 얇은 층과 직접 접촉 전매체 라이닝의 접마루에 집중시키며, 등효 교류 저항은 저주파 상황보다 훨씬 크다.작동 주파수가 10GHz 미만이면 마이크로밴드 선의 도체 손실이 매체 손실보다 훨씬 큽니다.작동 주파수가 24GHz로 상승하면 개전 손실이 도체 손실을 초과합니다.

마이크로밴드 삽입 손실에 대한 HFSS 계산 결과

HFSS가 계산한 서로 다른 길이의 마이크로밴드 선의 삽입 손실의 경우, 미디어 라이닝은 두께가 20밀리 귀인 RO4350B이다.위의 그림에서 볼 수 있듯이, 마이크로밴드 라인의 삽입 손실은 약 17dB/m이며, 그 중 금속 손실, 개전 손실, 기타 손실은 각각 4.47dB/m, 11.27dB/m, 1.26dB/m이다.비교를 위해 표 1은 MWI2016을 통해 계산된 마이크로밴드 선의 삽입 손실을 보여준다.같은 조건에서 MWI의 계산값은 24.4dB이며, 그 중 미디어 손실값은 비슷하지만 도체 손실값은 7dB임을 알 수 있다.차이가 나는 이유는 HFSS 모델에서 컨덕터와 접 바닥의 표면 거칠음을 고려하지 않았기 때문입니다.

마이크로밴드 삽입 손실 감소 조치

1. 판두께를 합리적으로 선택하여 용접저항층을 줄인다

같은 특성의 임피던스를 가진 마이크로밴드의 경우 도체 손실은 매체의 두께가 증가함에 따라 줄어들지만 매체 손실은 기본적으로 변하지 않는다.그 원인은 전기매체의 안감이 두꺼울수록 미대선의 너비가 좁고 고주파전류가 집중될수록 도체의 손실이 커지기 때문이다.특히 24GHz에서 용접 마스크 매체의 큰 손실 양절각은 마이크로밴드 선의 삽입 손실을 증가시킵니다.따라서 24GHz 마이크로밴드 안테나를 설계할 때 안테나 영역을 용접하고 창문을 열어야 한다.

2. LoPro 동박 선호

가이드와 바닥을 연결하는 동박 표면의 거칠음도 미대선의 삽입 손실에 영향을 주는 중요한 요인이다.동박 표면이 매끄러울수록 도체 손실은 작아진다.RO4350B는 전해 동박(ED)과 낮은 투박도 역처리 동박(LoPro)을 제공한다.ED 동박의 표면 거칠기는 약 3um이며, LoPro 동박은 0.4um에 달할 수 있기 때문에 도체 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.두 동박의 삽입 손실 대비 매체 라이닝 두께는 0.1mm다. 24GHz에서 로프로 동박 마이크로밴드 선의 삽입 손실은 ED 동박보다 40% 낮다.

전해 구리와 역방향 구리 삽입 손실의 비교

3. 표면처리 공정을 합리적으로 선택

표면 처리 공정도 도체 손실에 영향을 주는 요소 중의 하나이다.흔히 볼 수 있는 표면처리 공정은 침은, 침금 (니켈-금), 침니켈-금 (니켈3-5um, 금 2.54-7.62um), 침석 등 네 가지가 있다.표 2는 이 금속들의 전기 파라미터를 보여주는데, 그 중 니켈은 600의 개전 상수를 가진 철자재이다.피부깊이의 계산공식에 따르면 니켈의 피부깊이는 기타 금속보다 한개 수량급이 작기에 니켈의 표면저항은 기타 금속보다 수십배 크며 니켈금공예의 도체손실은 기타 공예보다 훨씬 크다.나동, 은 침전 및 니켈 금 표면 처리 공정의 삽입 손실로 인해 라이닝 바닥의 두께는 20 밀이입니다.그림에서 볼 수 있듯이 은 퇴적 공정의 삽입 손실은 나동 삽입 손실과 비슷하지만 니켈 금 표면 처리 후의 마이크로밴드 선 삽입 손실은 4dB/m(10GHz) 커서 24GHz일 때 더 커질 것으로 예측할 수 있다.

니켈금 공예와 나동 삽입 손실의 비교

RO4350B 미디어 기판을 사용하여 24GHz 마이크로밴드 안테나 또는 마이크로밴드 회로를 설계할 때 성능과 비용 요구 사항에 따라 미디어보드 두께, 구리 코팅 유형 및 표면 처리 공정을 종합적으로 고려해야 합니다.이 결론은 로저스 RO4000 및 RO3000 시리즈의 대부분의 재료에도 적용됩니다.