Yüksək tezlikli/mikrodalğalı radiotezlik siqnalı daxil olduqda PCB dövrə, dövrənin özü və dövrə materialının səbəb olduğu itki qaçılmaz olaraq müəyyən miqdarda istilik yaradacaqdır. İtki nə qədər çox olarsa, PCB materialından keçən güc bir o qədər yüksəkdir və yaranan istilik də bir o qədər çox olur. Dövrənin işləmə temperaturu nominal dəyəri aşdıqda, dövrə bəzi problemlərə səbəb ola bilər. Məsələn, PCB-lərdə yaxşı tanınan MOT tipik əməliyyat parametri maksimum işləmə temperaturudur. İşləmə temperaturu MOT-dan çox olduqda, PCB dövrəsinin performansı və etibarlılığı təhlükə altına düşəcəkdir. Elektromaqnit modelləşdirmə və eksperimental ölçmələrin birləşməsi vasitəsilə RF mikrodalğalı PCB-lərin istilik xüsusiyyətlərini başa düşmək dövrə performansının pozulmasının və yüksək temperaturun səbəb olduğu etibarlılığın pozulmasının qarşısını almağa kömək edə bilər.

Dövrə materiallarında daxiletmə itkisinin necə baş verdiyini anlamaq yüksək tezlikli PCB dövrələrinin istilik performansı ilə bağlı vacib amilləri daha yaxşı təsvir etməyə kömək edir. Bu məqalə, dövrənin istilik performansı ilə bağlı mübadilələri müzakirə etmək üçün nümunə kimi mikrozolaqlı ötürmə xətti dövrəsini götürəcəkdir. İki tərəfli PCB quruluşu olan mikrostripli bir dövrədə itkilərə dielektrik itkisi, keçirici itkisi, radiasiya itkisi və sızma itkisi daxildir. Müxtəlif itki komponentləri arasında fərq böyükdür. Bir neçə istisna olmaqla, yüksək tezlikli PCB dövrələrinin sızma itkisi ümumiyyətlə çox aşağıdır. Bu yazıda, sızma itkisi dəyəri çox aşağı olduğundan, hələlik nəzərə alınmayacaqdır.

Radiasiya itkisi

Radiasiya itkisi iş tezliyi, dövrə substratının qalınlığı, PCB dielektrik sabiti (nisbi dielektrik sabiti və ya εr) və dizayn planı kimi bir çox dövrə parametrlərindən asılıdır. Dizayn sxemlərinə gəldikdə, radiasiya itkisi çox vaxt dövrədə zəif empedans transformasiyasından və ya dövrədə elektromaqnit dalğalarının ötürülməsindəki fərqlərdən qaynaqlanır. Dövrə empedansının çevrilmə sahəsinə adətən siqnal daxil olma sahəsi, addım empedansı nöqtəsi, stub və uyğun şəbəkə daxildir. Ağlabatan dövrə dizaynı hamar empedans transformasiyasını həyata keçirə bilər və bununla da dövrənin radiasiya itkisini azaldır. Əlbəttə ki, dövrənin hər hansı bir interfeysində radiasiya itkisinə səbəb olan empedans uyğunsuzluğu ehtimalı olduğunu başa düşmək lazımdır. Əməliyyat tezliyi baxımından, adətən tezlik nə qədər yüksək olarsa, dövrənin radiasiya itkisi bir o qədər çox olar.

Şüalanma itkisi ilə əlaqəli dövrə materiallarının parametrləri əsasən dielektrik sabitliyi və PCB materialının qalınlığıdır. Dövrə substratı nə qədər qalın olarsa, radiasiya itkisinə səbəb olma ehtimalı bir o qədər çox olar; PCB materialının εr nə qədər aşağı olarsa, dövrənin radiasiya itkisi bir o qədər çox olar. Material xüsusiyyətlərini hərtərəfli ölçməklə, nazik dövrə substratlarının istifadəsi aşağı εr dövrə materiallarının yaratdığı radiasiya itkisini kompensasiya etmək üçün istifadə edilə bilər. Dövrə substratının qalınlığının və εr-nin dövrə radiasiya itkisinə təsiri onun tezlikdən asılı funksiyası olmasıdır. Dövrə substratının qalınlığı 20mil-dən çox olmadıqda və işləmə tezliyi 20GHz-dən aşağı olduqda, dövrənin radiasiya itkisi çox aşağı olur. Bu məqalədəki dövrə modelləşdirmə və ölçmə tezliklərinin əksəriyyəti 20 GHz-dən aşağı olduğundan, bu məqalədəki müzakirə dövrə istiliyinə radiasiya itkisinin təsirini nəzərə almayacaqdır.

20 GHz-dən aşağı radiasiya itkisini nəzərə almadıqdan sonra, mikrozolaqlı ötürmə xətti dövrəsinin daxiletmə itkisi əsasən iki hissədən ibarətdir: dielektrik itkisi və keçirici itkisi. İkisinin nisbəti əsasən dövrə substratının qalınlığından asılıdır. Daha nazik substratlar üçün keçirici itkisi əsas komponentdir. Bir çox səbəbə görə dirijor itkisini dəqiq proqnozlaşdırmaq ümumiyyətlə çətindir. Məsələn, dirijorun səthinin pürüzlülüyü elektromaqnit dalğalarının ötürülmə xüsusiyyətlərinə böyük təsir göstərir. Mis folqa səthinin pürüzlülüyü yalnız mikrozolaqlı dövrənin elektromaqnit dalğasının yayılma sabitini dəyişməyəcək, həm də dövrənin keçirici itkisini artıracaqdır. Dəri təsirinə görə, mis folqa pürüzlülüyünün keçirici itkisinə təsiri də tezlikdən asılıdır. Şəkil 1, müvafiq olaraq 50 mil və 6.6 mil olan müxtəlif PCB qalınlıqlarına əsaslanan 10 ohm mikrozolaqlı ötürmə xətti sxemlərinin daxiletmə itkisini müqayisə edir.

25

Şəkil 1. Müxtəlif qalınlıqdakı PCB materialları əsasında 50 ohm mikrozolaqlı ötürücü xətlərin sxemlərinin müqayisəsi

Ölçülmüş və simulyasiya edilmiş nəticələr

Şəkil 1-dəki əyri ölçülmüş nəticələri və simulyasiya nəticələrini ehtiva edir. Simulyasiya nəticələri Rogers Korporasiyasının MWI-2010 mikrodalğalı empedansın hesablanması proqramından istifadə etməklə əldə edilir. MWI-2010 proqramı mikrozolaqlı xətlərin modelləşdirilməsi sahəsində klassik sənədlərdə analitik tənliklərdən sitat gətirir. Şəkil 1-dəki test məlumatları vektor şəbəkə analizatorunun diferensial uzunluğu ölçmə üsulu ilə əldə edilir. Şəkil 1-dən görünə bilər ki, ümumi itki əyrisinin simulyasiya nəticələri əsasən ölçülmüş nəticələrə uyğundur. Şəkildən görünür ki, nazik dövrənin keçirici itkisi (soldakı əyri 6.6 mil qalınlığa uyğundur) ümumi daxiletmə itkisinin əsas komponentidir. Dövrə qalınlığı artdıqca (sağdakı əyriyə uyğun qalınlıq 10mil-dir), dielektrik itkisi və keçirici itki yaxınlaşmağa meyllidir və ikisi birlikdə ümumi daxiletmə itkisini təşkil edir.

Şəkil 1-dəki simulyasiya modeli və faktiki dövrədə istifadə olunan dövrə materialının parametrləri bunlardır: dielektrik sabitliyi 3.66, itki əmsalı 0.0037 və mis keçirici səthinin pürüzlülüyü 2.8 um RMS. Eyni dövrə materialı altında mis folqa səthinin pürüzlülüyü azaldıqda, Şəkil 6.6-də göstərilən 10 mil və 1 mil dövrələrin keçirici itkisi əhəmiyyətli dərəcədə azalacaq; lakin, təsir 20 mil dövrə üçün aydın deyil. Şəkil 2 müxtəlif pürüzlülükə malik iki dövrə materialının, yəni yüksək pürüzlü Rogers RO4350B™ standart dövrə materialının və aşağı pürüzlü Rogers RO4350B LoPro™ dövrə materialının sınaq nəticələrini göstərir.

Şəkil 2 mikrostripli sxemləri emal etmək üçün hamar mis folqa səth substratından istifadənin üstünlüklərini göstərir. Daha nazik substratlar üçün hamar mis folqa istifadəsi daxiletmə itkisini əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər. 6.6mil substrat üçün, hamar mis folqa istifadəsi səbəbindən daxiletmə itkisi 0.3GHz-də 20 dB azalır; 10mil substrat 0.22GHz-də 20 dB azaldılır; və 20mil substratda daxiletmə itkisi yalnız 0.11 dB azalır.

Şəkil 1 və Şəkil 2-də göstərildiyi kimi, dövrə substratı nə qədər incə olarsa, dövrənin daxiletmə itkisi bir o qədər yüksək olar. Bu o deməkdir ki, dövrə müəyyən miqdarda RF mikrodalğalı gücü ilə qidalandıqda, dövrə nə qədər nazik olarsa, daha çox istilik əmələ gələcək. Dövrənin istiləşməsi məsələsini hərtərəfli qiymətləndirərkən, bir tərəfdən daha nazik bir dövrə yüksək güc səviyyələrində qalın dövrədən daha çox istilik yaradır, lakin digər tərəfdən, daha incə bir dövrə istilik qəbuledicisi vasitəsilə daha effektiv istilik axını əldə edə bilər. Temperaturu nisbətən aşağı saxlayın.

Dövrənin istilik problemini həll etmək üçün ideal nazik dövrə aşağıdakı xüsusiyyətlərə malik olmalıdır: dövrə materialının aşağı itki əmsalı, hamar mis nazik səth, aşağı εr və yüksək istilik keçiriciliyi. Yüksək εr dövrə materialı ilə müqayisədə, aşağı εr şərti ilə alınan eyni empedansın keçirici eni daha böyük ola bilər ki, bu da dövrənin keçirici itkisini azaltmaq üçün faydalıdır. Dövrənin istilik yayılması baxımından, yüksək tezlikli PCB dövrə substratlarının əksəriyyəti keçiricilərə nisbətən çox zəif istilik keçiriciliyinə malik olsa da, dövrə materiallarının istilik keçiriciliyi hələ də çox vacib bir parametrdir.

Dövrə substratlarının istilik keçiriciliyi ilə bağlı bir çox müzakirələr əvvəlki məqalələrdə işlənmişdir və bu məqalədə əvvəlki məqalələrdən bəzi nəticələr və məlumatlar sitat gətiriləcəkdir. Məsələn, aşağıdakı tənlik və Şəkil 3 PCB dövrə materiallarının istilik performansı ilə bağlı amilləri başa düşmək üçün faydalıdır. Tənlikdə k – istilik keçiriciliyi (W/m/K), A – sahə, TH – istilik mənbəyinin temperaturu, TC – soyuq mənbənin temperaturu, L – istilik mənbəyi ilə istilik mənbəyi arasındakı məsafədir. soyuq mənbə.