Teknologi Microwave - Bagaimana untuk memilih bahan PCB yang sesuai untuk sistem komunikasi satelit?

Ruang angkasa mungkin kawasan penjelasan terakhir manusia, tetapi satelit orbit yang menyediakan komunikasi satelit (satcom) ke bumi dan infrastruktur bantuannya masih kelihatan begitu jauh. Untuk peralatan elektronik, ruang mungkin salah satu persekitaran kerjanya yang terburuk, dan pelbagai komponen satelit tidak boleh gagal. Sistem komunikasi satelit memerlukan bahan PCB untuk menjaga prestasi yang baik dan kepercayaan tinggi dalam persekitaran yang kasar dan dalam operasi orbit. Beberapa bahan PCB boleh memenuhi keperluan yang menuntut dan mencabar sistem satelit, dan hanya bahan PCB yang mempunyai ciri-ciri istimewa boleh berkuasa.

Material PCB jenis apa yang boleh memenuhi persekitaran kerja dalam ruang? Untuk satelit yang bekerja dalam persekitaran vakum, kadar penghapusan rendah bahan PCB adalah syarat penting. Kadar pengeluaran gas adalah pembebasan gas terperangkap dalam bahan kuat, seperti bahan PCB. Apabila gas dilepaskan, ia boleh berkondensasi pada permukaan peranti berbeza dalam satelit, yang boleh menyebabkan kerosakan dalam sirkuit dan sistem.

Biasanya proses deflasi sangat lambat, mengambil masa yang lama, dan memerlukan pengesan tepat untuk menentukan jumlah deflasi bahan PCB. Institut Standar Nasional Amerika (ANSI) mengembangkan kaedah ujian untuk kadar penghapusan gas dan ditakrifkannya dalam standard ANSI/ASTM E595-84. Pengarahan Aeronautik dan Ruang Angkasa Nasional (NASA) menggunakan piawai ini bersama dengan kaedah ujian SP-R-022A dalamnya untuk menguji perubahan kualiti bahan selepas gas dalam keadaan vakum untuk menilai kadar pembebasan gas. Ujian menjumpai bahawa bahan berdasarkan polytetrafluoroethylene (PTFE), seperti Rogers ™™ RT/duroid dan bahan PCB komposit TMM hidrokarbon, mempunyai darjah yang tinggi resistensi terhadap penghapusan gas.

Seri TMM bahan PCB pemancar panas telah dibuktikan berlaku pada sistem komunikasi satelit yang memerlukan kepercayaan tinggi. Ia terdiri dari siri keramik, hidrokarbon dan polimer termoset. Permanen dielektriknya (nilai Dk) dalam arah paksi z (arah tebal) berjulat dari 3.27 hingga 12.85, dan ciri-cirinya yang baik sangat sesuai untuk orbit satelit dan persekitaran kerja yang sama mencabar.

Selain keadaan kosong, bahan PCB dalam ruang mesti boleh dilaksanakan pada suhu ekstrim berbeza diluar aplikasi konvensional. Persekitaran ruang biasanya sejuk dan gelap. Apabila satelit berada dalam bayangan bumi, suhu lingkungan akan cukup rendah kerana tidak ada peraturan atmosferik. Sebaliknya, apabila satelit terkena cahaya matahari, persekitaran operasi satelit boleh mencapai suhu bak. Satelit dalam orbit terus berputar di bawah suhu yang ekstrim. Sama ada dalam aplikasi satelit geostacioner atau satelit geostacioner, ia akan membawa kejutan suhu besar kepada bahan papan sirkuit, jadi bahan PCB diperlukan untuk mempunyai sifat panas yang sangat baik.

Bagaimana mengukur sama ada bahan PCB sesuai untuk satelit? Salah satu indikator karakteristik kunci adalah: kadar perubahan konstan dielektrik bahan PCB dengan suhu operasi. Idealnya, bahan PCB yang digunakan dalam ruang tidak hanya boleh sesuai untuk julat suhu lebar, tetapi juga mempunyai perubahan yang sangat kecil dalam konstan dielektrik dalam julat suhu ini. Koeficien suhu konstan dielektrik (TCDk) bagi bahan PCB boleh jelas mencerminkan kestabilan bahan. Dalam sistem komersial, industri, tentera, dan persekitaran ruang angkasa, bahan PCB mesti menahan perubahan suhu yang besar. Keutamaan karakteristik kebanyakan garis penghantaran frekuensi tinggi yang digunakan dalam komunikasi satelit adalah 50Ω. Perubahan pada konstan dielektrik bahan PCB akan menyebabkan perubahan pada impedance karakteristik, menyebabkan perbezaan dalam prestasi sirkuit, seperti perubahan pada amplitud dan karakteristik fasa.

Dalam aplikasi litar angkasa, sangat diperlukan untuk menggunakan bahan PCB dengan koeficien suhu rendah konstan dielektrik (TCDk), yang boleh mengurangi perubahan prestasi disebabkan perubahan suhu konstan dielektrik. Julat suhu kerja desain bahan TMM boleh dari -55°C hingga +125°C, yang boleh menghadapi suhu ekstrim satelit dalam persekitaran ruang angkasa. Di bawah suhu ekstrim, konstan dielektrik bahan PCB ini berubah sangat sedikit. Untuk bahan TMM dengan nilai konstan dielektrik terendah, konstan dielektrik akan meningkat sedikit; bagi bahan TMM dengan nilai konstan dielektrik 6 dan lebih tinggi, konstan dielektrik konstan akan menurun sedikit.

Contohnya, untuk laminat TMM3 dengan konstan dielektrik 3.27 dalam arah paksi z (tebal) pada frekuensi 10 GHz, TCDk sangat rendah, hanya +37 ppm/° K. Material lain TMM PCB yang konstan dielektrik berubah dalam arah positif adalah TMM4 laminat, yang mempunyai konstan dielektrik 4.50 pada paksi z pada frekuensi 10 GHz. Kekurangan pada konstan dielektrik bahan PCB TMM6 dengan suhu hampir tidak dapat dilihat. Permanen dielektriknya dalam arah paksi z ialah 6.00 dan mempunyai TCDk yang sangat rendah -11 ppm/° K. Secara umum, bahan PCB dengan nilai mutlak TCDk kurang atau sama dengan 50 ppm/°K dianggap mempunyai ciri suhu yang cukup baik.

Serye TMM bahan PCB menyediakan pereka sirkuit dengan julat luas nilai kebenaran yang boleh dipilih. Penjana boleh sedar miniaturisasi sirkuit dan simpan ruang dengan memilih nilai konstan dielektrik bahan PCB. Ini boleh dicapai dengan menggunakan bahan PCB dengan nilai konstan dielektrik yang lebih tinggi (saiz sirkuit sirkuit dengan nilai konstan dielektrik rendah bahan PCB adalah relatif besar apabila garis trasmis mempunyai sirkuit impedance karakteristik yang sama). Biasanya harga miniaturisasi sirkuit tersebut adalah bahan TCDk yang sedikit lebih buruk, walaupun ini tidak berlaku dengan bahan TMM dengan nilai konstan dielektrik yang lebih tinggi. Contohnya, bahan TMM10 mempunyai nilai konstan dielektrik paksi-z 9.20 pada 10 GHz, yang mempunyai nilai TCDk yang rendah sebagai -38 ppm/°K. Untuk mencapai miniaturisasi ekstrim, konstan dielektrik bahan PCB TMM13i dalam paksi z adalah 12.85, dan nilai TCDk ialah -70 ppm/°K, yang masih diterima.

Material PCB TMM13i sangat isotropik, dan nilai konstan dielektriknya dalam paksi tiga arah (X, Y, Z) semua hampir 12.85. Kebanyakan bahan adalah anisotropik, dan konstan dielektrik paksi z berbeza dari nilai konstan dielektrik paksi x dan y. Untuk kebanyakan sirkuit, seperti sirkuit mikro dan sirkuit garis garis garis, kepentingan utama ialah konstan dielektrik dalam arah paksi z, kerana kebanyakan medan elektromagnetik (EM) garis transmisi ini melewati arah ini bahan. Tetapi untuk sirkuit dengan medan EM dalam pesawat x-y, bahan isotropik boleh menyediakan prestasi yang boleh dijangka. Untuk sirkuit yang perlu menggunakan bahan isotrop, bahan TMM10i mempunyai ciri-ciri isotrop yang lebih baik, dan ia adalah versi tertatar bahan TMM10 piawai. Nilai konstan dielektrik paksi z bagi bahan TMM10i sedikit lebih tinggi daripada bahan TMM10. TMM10i mempunyai konstan dielektrik paksi-z 9.80 pada frekuensi 10GHz, dan bahan TMM10 adalah 9.20.

Perubahan suhu memainkan peran yang menentukan dalam pilihan bahan PCB yang digunakan dalam ruang angkasa, dan parameter kunci lain yang dirawat sirkuit peduli adalah koeficien pengembangan suhu (CTE) bahan PCB. CTE boleh digunakan untuk mengukur perubahan dimensi bahan PCB apabila pemanasan dan sejuk. Kerana kebanyakan bahan PCB akan mengembangkan dan berkontrak ke arah tertentu, bahan dengan CTE 0 ppm/° K sangat jarang. Idealnya, nilai CTE sepatutnya sebanyak mungkin rendah atau dekat dengan nilai bahan konduktif, seperti foli tembaga yang meliputi bahan PCB (CTE sekitar 17 ppm/°C), sehingga medium dan foli tembaga yang berhubungan dengan foli tembaga boleh menghasilkan perubahan yang paling kecil dengan suhu. Tekanan. Nilai CTE bahan TMM pada tiga paksi (X, Y, Z) berlainan dari 15 hingga 26 ppm/° K, yang cukup dekat dengan tembaga. Oleh itu, walaupun dalam persekitaran satelit dengan julat suhu yang besar, sirkuitnya masih mempunyai kepercayaan tinggi.