Teknologi Microwave - Pilih bahan papan sirkuit kanan untuk mengurangkan saiz sirkuit RF

Pilih bahan papan sirkuit kanan untuk mengurangkan saiz sirkuit RF

Dengan peningkatan permintaan untuk pergerakan dan portabiliti peranti elektronik, miniaturisasi sirkuit semakin penting. Sebelum mula merancang produk elektronik, memilih bahan papan sirkuit yang sesuai akan membantu merancang papan sirkuit RF dan microwave yang lebih kecil. Untuk julat frekuensi tertentu, penggunaan bahan papan sirkuit dengan konstan dielektrik yang lebih tinggi (Dk) biasanya membuat saiz dan struktur rancangan sirkuit lebih kecil. Namun, penggunaan plat dengan nilai Dk yang lebih tinggi akan meningkatkan kehilangan penyisipan litar dan juga boleh mengurangkan prestasi aspek lain litar. Pada masa yang sama, nilai Dk bahan papan sirkuit juga akan mempengaruhi parameter indeks sirkuit, seperti kerugian radiasi, dispersion, sambungan, dan sebagainya.

Untuk frekuensi tertentu, panjang gelombang dalam medium akan berkurang dengan peningkatan bahan papan sirkuit Dk, yang menghasilkan saiz sirkuit yang direka pada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi daripada sirkuit dengan nilai Dk yang lebih rendah Saiz sirkuit yang direka pada bahan papan lebih kecil. Selain itu, bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi juga akan mengurangkan kecepatan fasa gelombang elektromagnetik (EM) melalui bahan-bahan ini. Dk bahan papan sirkuit biasanya adalah nilai yang diukur dalam arah paksi z (ie, arah tebal) bahan pada 10 GHz. Nilai paksi z Dk bahan papan sirkuit komersial boleh menjadi 10 (atau lebih tinggi) atau rendah 2 (dibandingkan dengan udara dengan Dk sama dengan 1). Tetapi secara objektif, tetapi biasanya dengan nilai Dk 6 atau lebih tinggi, ia boleh dianggap sebagai lembaran konstan dielektrik tinggi.

Garis pemindahan yang dibuat dari bahan papan sirkuit dengan nilai Dk lebih rendah mempunyai kelajuan fasa yang lebih cepat. Untuk miniaturisasi sirkuit sensitif-fasa (seperti antena array fasa), pengaruh Dk mesti dianggap. Selain itu, bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi menunjukkan pembebasan yang lebih besar daripada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih rendah. Bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi biasanya digunakan dalam pasang arah dan sirkuit lain yang memerlukan koeficien pasang yang lebih tinggi.

Secara Dk, bahan papan sirkuit biasanya anisotropik. Walaupun nilai Dk bahan pada tiga paksi berbeza, orang biasanya digunakan untuk membandingkannya berdasarkan nilai Dk bahan dalam arah paksi z. Untuk bahan-bahan dengan nilai Dk yang lebih tinggi, perbezaan di Dk antara paksi z dan aras x-y sirkuit sering lebih besar daripada bahan-bahan dengan nilai Dk yang lebih rendah. Nilai Dk dalam semua tiga dimensi bahan papan sirkuit akan bersamaan menentukan prestasi garis trasmis (seperti garis microstrip) yang dibuat pada bahan. Untuk banyak papan sirkuit frekuensi tinggi, biasanya tidak perlu mempertimbangkan anisotropi bahan papan sirkuit Dk, tetapi anisotropi membawa beberapa masalah potensi yang tidak diketahui, terutama apabila nilai Dk bagi pesawat xy dan Dk pada paksi z Apabila nilai berbeza sangat. Perbezaan ini mungkin menyebabkan masalah yang tidak dijangka dalam litar sambungan selari-pinggir, kerana sambungan bergantung dengan nilai Dk pada pesawat x-y.

Apabila cuba untuk mengurangi sirkuit, cara paling mudah untuk berfikir adalah untuk mengurangi tebal bahan papan sirkuit, tetapi tebal bahan papan sirkuit akan mempengaruhi prestasi berbilang indikator sirkuit frekuensi tinggi. Walaupun kerugian radiasi sirkuit frekuensi tinggi meningkat dengan frekuensi, bahan papan sirkuit yang lebih tebal juga akan menunjukkan kerugian radiasi yang lebih tinggi daripada bahan papan sirkuit yang lebih tipis dengan nilai Dk yang sama. Untuk bentangan dan desain sirkuit tertentu, pilihan Dk juga akan mempengaruhi saiz kerugian radiasi, kerana kerugian radiasi bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi adalah lebih rendah daripada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih rendah.

Untuk sirkuit yang boleh menyebabkan resonansi atau gangguan sesat (misalnya, antara sirkuit dalam PCB berbilang lapisan), ia berguna menggunakan bahan papan sirkuit yang lebih tipis. Darjah spur resonansi biasanya bergantung pada jenis garis transmisi dalam sirkuit. Contohnya, garis penghantaran microstrip sering lebih susah untuk masalah resonansi dan penyebaran daripada jenis lain garis penghantaran RF/microwave (seperti garis garis garis, garis penghantaran CPW panduan gelombang koplanar). Bahan papan sirkuit yang lebih ringan boleh membantu mengurangi saiz PCB sementara mengatasi kehilangan radiasi dan masalah penyebaran garis transmisi, seperti resonansi dan intermodulasi. Pengalaman teknik biasa adalah menggunakan bahan papan sirkuit yang lebih tipis daripada panjang-gelombang empat frekuensi operasi tertinggi sirkuit. Tetapi kaedah yang lebih selamat adalah memilih bahan papan sirkuit yang lebih tipis daripada panjang gelombang satu lapan frekuensi operasi tertinggi dalam terma tebal.

Lebar baris garis penghantaran (seperti garis microstrip) akan bergantung pada tebal bahan papan sirkuit (seperti laminat sirkuit atau bahan prepreg). Sirkuit dengan substrat yang lebih tebal akan memperluas lebar konduktor, yang boleh mengurangi kehilangan konduktor dan kehilangan penyisihan sirkuit. Bagaimanapun, dalam kes ini, beberapa masalah penyebaran gelombang elektromagnetik mungkin berlaku. Untuk memilih tebal bahan papan sirkuit yang sesuai untuk desain papan frekuensi tinggi, biasanya lebar konduktor juga patut kurang daripada panjang gelombang satu-lapan frekuensi operasi tertinggi. Dk bahan papan sirkuit bermain peran penting dalam menentukan lebar konduktor garis transmisi, kerana konduktor saiz yang sama direka pada bahan papan sirkuit Dk tinggi mempunyai impedance yang lebih rendah daripada sirkuit yang sama pada bahan Dk rendah. Oleh itu, untuk menjaga sirkuit dengan keterangan 50 Ω, sirkuit yang direka pada bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang lebih tinggi akan lebih sempit.

Pilihan bijak

Apabila merancang sirkuit menggunakan bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang berbeza, banyak perdagangan perlu dipertimbangkan. Penggunaan bahan papan sirkuit Dk tinggi tidak hanya boleh mengurangkan saiz sirkuit, tetapi juga menyadari sirkuit miniaturized prestasi tinggi dengan menggabungkan bahan papan sirkuit Dk tinggi dan Dk rendah. Contohnya, penapis laluan-band yang terdiri dari unit resonan, saiz bergantung pada Dk bahan papan sirkuit. Kerana jarak antara setiap unit penapis, kekuatan sambungan dalam litar yang terkesan oleh bahan papan litar Dk ditentukan. Bahan papan sirkuit dengan Dk tinggi menyediakan sambungan yang lebih kuat dan membolehkan lebih banyak ruang antara unit resonan penapis.

Untuk mengesahkan keuntungan menggunakan bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang berbeza (menggabungkan bahan dengan nilai Dk yang berbeza ke dalam komponen komposit), penapis-pass band direka pada bahan komposit papan sirkuit Dk tinggi dan Dk rendah. Material Dk-tinggi yang digunakan dalam penapis ini adalah litar RT/duroid ® 6010.2LM laminat dengan nilai Dk 10.7; dan bahan Dk rendah digunakan adalah 2929 prepreg dengan nilai Dk 2.9. Kedua-dua bahan dari Rogers Corporation. Oleh kerana bahan papan sirkuit dengan nilai Dk yang berbeza akan membawa perbezaan dalam prestasi sirkuit, simulasi komputer diperlukan untuk menentukan nisbah yang diperlukan dari dua tebal bahan berbeza melalui model. Kaedah pemodelan ini boleh membantu kita merancang penapis komposit yang sempurna. Hasil percubaan menunjukkan saiz penapis yang direka oleh bahan komposit tidak hanya menyimpan saiz pada satu bahan Dk tinggi, tetapi juga telah meningkatkan prestasi elektrik. . Contohnya, resonansi harmonik tertib tinggi dikurangi secara signifikan, dan ciri-ciri band henti penapis juga telah diperbaiki secara signifikan. Studi telah menunjukkan bahawa dengan menggunakan lebih dari satu bahan papan sirkuit dalam sirkuit, miniaturisasi sirkuit sering mungkin tanpa mengorbankan prestasi.