Zrozumienie przejścia z mikrofale do fal milimetrowych w projektowaniu PCB

 

W dziedzinie inżynierii elektronicznej konstrukcja płyt drukowanych obwodów (PCB) stoi przed licznymi wyzwaniami i transformacją wraz ze wzrostem częstotliwości roboczych, a przejście z pasma częstotliwości mikrofalowej do pasma częstotliwości fali milimetrowej reprezentuje krytyczny punkt zwrotny technologiczny .

Mikrofale zwykle odnoszą się do fal elektromagnetycznych o częstotliwościach między 300 MHz a 30 GHz, szeroko stosowanymi w komunikacji (takich jak radar, komunikacja satelitarna), nawigacja i inne pola . na przykład relatywnie dojrzały system techniczny dla konstrukcji PCB w tym pasmach częstotliwości {}}, w przełomie. struktur takich jak linie mikropaskowe i linie paski oraz zapewnienie integralności sygnału .

Z drugiej strony fale milimetrowe to fale elektromagnetyczne o częstotliwościach od 30 GHz do 300 GHz . W ostatnich latach przyciągnęły znaczną uwagę ze względu na pojawiające się wymagania dotyczące aplikacji, takie jak komunikacja 5G/6G, autonomiczna radar jazdy, i wysokie obrazowanie ., jednak przy przejściowych wymaganiach dotyczących zastosowania, PC, PC-PIS-ów, adresów. nowe problemy:

 

1. Technologia linii mikropasków
Linia mikropaskowa jest jedną z najprostszych i najczęściej używanych technologii linii przesyłowej w obwodach mikrofalowych, dzięki łatwości wytwarzania i wysokiej wydajności ., gdy przejście na częstotliwości flaliczne, linie mikropaskowe napotykają wiele znaczących wyzwań . kluczem jest utrata promieniowania {3}, w częstotliwościach mikroprzestrzeniowych, mikroprzepustowe obroty. to behave like antennas, radiating energy into the surrounding air. This leads to unnecessary signal loss, which becomes more severe as the frequency increases. Additionally, the manufacturing of microstrip circuits requires extremely high precision, with strict tolerances for conductor width and copper thickness. As the frequency rises, the tolerance requirements become even bardziej surowe i małe odchylenia w procesie produkcyjnym mogą powodować poważne problemy z wydajnością .

Kolejne wyzwanie leży w charakterystyce propagacji fal elektromagnetycznych w obwodach mikropaskowych . fale elektromagnetyczne propagują się nie tylko przez materiał obwodu, ale także przez otaczające powietrze, które ma niską stałą dielektryczną . Niska stała dielektryczna powietrza wpływa na stałą dielektryczną i należy uwzględnić, gdy modelowa jest modelującą, gdy modelowa jest modelującą modelu Obwód . Przy częstotliwościach fali milimetrowej materiały obwodu o niższej stałej dielektrycznej są zwykle preferowane w celu zmniejszenia utraty sygnału, ale może to spowodować wolniejsze propagację fal i przesunięcia fazowe .

 

2. Technologia Stripline
Stripline to kolejna niezawodna technologia obwodu, zdolna do pracy przy częstotliwościach fali milimetrowej . Oferuje doskonałą izolację, ponieważ przewodnik jest całkowicie zamknięty przez materiał dielektryczny i płaszczyzny uziemienia . Ten projekt zapewnia, że fale elektromagnetyczne propagują w całości w obrębie materiału obwodu, ale nie interakcja z otaczającym powietrzem {3}. Problem z paskiem jest to, że jest to trudne jest to, że jest to trudne jest studzie sygnały do obwodu ze względu na zamkniętą strukturę .

Tworzenie złączy dla wejścia i wyjścia sygnału staje się trudniejsze, szczególnie przy częstotliwościach fali milimetrowej . Ponadto technologia ta jest bardzo wrażliwa na zmiany w procesie produkcyjnym, co utrudnia osiągnięcie wymaganych tolerancji . Z tych powodów, linia paska jest rzadziej wykorzystywana w obwodach milimetrowych, z wyjątkiem konkretnych zastosowań radiowych ..

 

3. zintegrowany falowód podłoża (SIW)
Technologia zintegrowanego falowodu podłoża (SIW) zyskuje coraz większą popularność w aplikacjach fali milimetrowej, szczególnie w radarach motoryzacyjnych i innych systemach komunikacyjnych . SIW łączy korzyści z technologii falowodu i płytki drukowanej (PCB) wytwarzanie . tworzy kompaktową prostokątną warstwę metalową, dolną płaszczyznę naziemną i plamionową PLED. (PTHS) . Ten projekt umożliwia propagację sygnału o niskiej przerwę nawet przy wysokich częstotliwościach .

Jednak produkcja obwodów SIW wymaga wyjątkowo wysokiej precyzji . PTHS muszą być umieszczone w bardzo ciasnych tolerancjach, szczególnie w przypadku wyższych częstotliwości, co powoduje, że proces wytwarzania . SIW wymaga materiałów o minimalnych zmienności w stałej dielektrycznej, co dodatkowo zwiększa produkcję produkcji produkcji

 

4. uziemiony falowodów Coplanar (GCPW)
Uziemiony falowód Coplanar (GCPW) to kolejna obiecująca technologia linii przesyłowej dla obwodów fale milimetrowych . Struktura GCPW łączy materiały dielektryczne i miedziane, aby osiągnąć propagację sygnału o niskiej przeliczenia . Jest szczególnie odpowiednia dla szerokopasmowej RF, mikroive i milimetrów, takich jak systemy testowe i pomiarowe .. GCPW może być również używane w zintegrowanych projektach, w których zarówno obwody fali milimetrowej, jak i niższa częstotliwość są wymagane na tej samej płytce PCB .

Ale obwody GCPW są wrażliwe na zmiany w procesie produkcyjnym, takie jak zmiany stałej dielektrycznej materiału dielektrycznego, grubości podłoża i chropowatości powierzchni miedzi . Czynniki te mogą powodować wykrycie fazowe, które stają się bardziej krytyczne przy częstotliwościach produkującej milimetrze ., aby zapewnić optymalną wydajność, ścisła kontrola nad produkcją, w tym utrzymanie precyzyjnego postępowania w zakresie precyzyjnej. grubość .

 

Kluczowe względy w projektowaniu obwodów fali milimetrowej
W miarę wzrostu aplikacji obwodu fali milimetrowej, takich jak radar samochodowy i sieci bezprzewodowe 5G, projektanci muszą rozważyć kilka kluczowych czynników przy wyborze materiałów obwodowych i technologii linii przesyłowej:

 

Tolerancje produkcyjne:

Obwody fali milimetrowej mają wyjątkowo wysokie wymagania tolerancyjne dla szerokości przewodu, grubość warstwy dielektrycznej i jakość powierzchni miedzi .

Integralność sygnału: konieczne jest zminimalizowanie wpływu czynników, takich jak utrata promieniowania, zniekształcenie fazowe i zmiany stałej dielektrycznej materiałów, aby zapewnić niezawodną wydajność przy wysokich częstotliwościach .

Wybór materiału: Wybór materiałów PCB ma kluczowe znaczenie dla wydajności obwodów fali milimetrowej . z niską stałą dielektryczną, aby zmniejszyć utratę sygnału, ale ich właściwości muszą pozostać stabilne przy wysokich częstotliwościach .

 

Wniosek
Projektowanie obwodów częstotliwości fali milimetrowej stoją przed unikalnymi wyzwaniami, ale jednocześnie daje ogromne możliwości dla pojawiających się aplikacji, takich jak sieci 5G i zaawansowane systemy wspomagania sterowników (ADAS) . Zrozumienie zalet i ograniczeń różnych technologii linii transmisji, takich jak mikroprykalne linie, Striptki, SIW i GCPW jest zaskakujące dla decydentów z różnych technologii transmitowanych. do projektowania fali milimetrowej .