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

Radiation loss depends on many circuit parameters such as operating frequency, circuit substrate thickness, PCB dielectric constant (relative dielectric constant or εr) and design plan. As far as design schemes are concerned, radiation loss often stems from poor impedance transformation in the circuit or electromagnetic waves in the circuit. The difference in transmission. Circuit impedance transformation area usually includes signal feed-in area, step impedance point, stub and matching network. Reasonable circuit design can realize smooth impedance transformation, thereby reducing the radiation loss of the circuit. Of course, it should be realized that there is the possibility of impedance mismatch leading to radiation loss at any interface of the circuit. From the point of view of operating frequency, usually the higher the frequency, the greater the radiation loss of the circuit.

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.

The simulation results are obtained using Rogers Corporation’s MWI-2010 microwave impedance calculation software. The MWI-2010 software quotes the analytical equations in the classic papers in the field of microstrip line modeling. The test data in Figure 1 is obtained by the differential length measurement method of a vector network analyzer. It can be seen from Fig. 1 that the simulation results of the total loss curve are basically consistent with the measured results. It can be seen from the figure that the conductor loss of the thinner circuit (the curve on the left corresponds to a thickness of 6.6 mil) is the main component of the total insertion loss. As the circuit thickness increases (the thickness corresponding to the curve on the right is 10mil), the dielectric loss and the conductor loss tend to approach, and the two together constitute the total insertion loss.

The circuit material parameters used in the simulation model and the actual circuit are: dielectric constant 3.66, loss factor 0.0037, and copper conductor surface roughness 2.8 um RMS. When the surface roughness of the copper foil under the same circuit material is reduced, the conductor loss of the 6.6 mil and 10 mil circuits in Figure 1 will be significantly reduced; however, the effect is not obvious for the 20 mil circuit. Figure 2 shows the test results of two circuit materials with different roughness, namely Rogers RO4350B™ standard circuit material with high roughness and Rogers RO4350B LoPro™ circuit material with low roughness.

For thinner substrates, the use of smooth copper foil can significantly reduce the insertion loss. For the 6.6mil substrate, the insertion loss is reduced by 0.3 dB due to the use of smooth copper foil at 20GHz; the 10mil substrate is reduced by 0.22 dB at 20GHz; and the 20mil substrate, the insertion loss is only reduced by 0.11 dB.

This means that when the circuit is fed with a certain amount of RF microwave power, the thinner the circuit will generate more heat. When comprehensively weighing the issue of circuit heating, on the one hand, a thinner circuit generates more heat than a thick circuit at high power levels, but on the other hand, a thinner circuit can obtain more effective heat flow through the heat sink. Keep the temperature relatively low.

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.