Quandu u segnu di freccia di freccia di alta frequenza / microonde hè alimentatu in u PCB circuit, a perdita causata da u circuitu stessu è u materiale di u circuitu inevitabbilmente generarà una certa quantità di calore. A più grande a perdita, u più altu u putere chì passa per u materiale PCB, è u più grande u calore generatu. Quandu a temperatura operativa di u circuitu supera u valore nominale, u circuitu pò causà alcuni prublemi. Per esempiu, u paràmetru di u funziunamentu tipicu MOT, chì hè ben cunnisciutu in PCB, hè a temperatura operativa massima. Quandu a temperatura operativa supera a MOT, u rendiment è l’affidabilità di u circuitu PCB seranu minacciati. Per mezu di a cumminazione di modellazione elettromagnetica è misurazioni sperimentali, capiscenu e caratteristiche termiche di i PCB di microonde RF pò aiutà à evità a degradazione di u rendiment di u circuitu è ​​a degradazione di affidabilità causata da alte temperature.

Capisce cumu si verifica a perdita di inserzione in i materiali di circuitu aiuta à descriverà megliu i fatturi impurtanti ligati à u rendiment termicu di i circuiti PCB d’alta frequenza. Questu articulu hà da piglià u circuitu di a linea di trasmissione microstrip cum’è un esempiu per discutiri i cummerci ligati à a prestazione termale di u circuitu. In un circuitu microstrip cù una struttura di PCB à doppia faccia, i perditi includenu a perdita dielettrica, a perdita di cunduttore, a perdita di radiazione è a perdita di fuga. A diffarenza trà i diversi cumpunenti di perdita hè grande. Cù uni pochi eccezzioni, a perdita di fuga di circuiti PCB d’alta frequenza hè generalmente assai bassa. In questu articulu, postu chì u valore di perdita di perdite hè assai bassu, serà ignoratu per u mumentu.

Perdita di radiazzioni

A perdita di radiazione dipende da parechji paràmetri di u circuitu cum’è a frequenza di u funziunamentu, u grossu di u sustratu di u circuitu, a constante dielettrica di PCB (custante dielettrica relativa o εr) è u pianu di design. In quantu à i schemi di cuncepimentu, a perdita di radiazione spessu deriva da una trasformazione d’impedenza povera in u circuitu o differenze in a trasmissione di l’onda elettromagnetica in u circuitu. L’area di trasformazione di l’impedenza di u circuitu include generalmente l’area di alimentazione di u segnu, u puntu d’impedenza di u passu, stub è a rete currispondente. Un disignu di circuitu ragiunate pò realizà una trasformazione di impedenza liscia, riducendu cusì a perdita di radiazione di u circuitu. Di sicuru, si deve esse realizatu chì ci hè a pussibilità di impedenza discordanza chì porta à a perdita di radiazione in ogni interfaccia di u circuitu. Da u puntu di vista di a freccia di u funziunamentu, di solitu u più altu a freccia, più grande a perdita di radiazione di u circuitu.

I paràmetri di i materiali di circuitu ligati à a perdita di radiazione sò principarmenti custanti dielettrica è spessore di materiale PCB. U più grossu u sustrato di u circuitu, più grande hè a pussibilità di pruvucà a perdita di radiazione; u più bassu u εr di u materiale PCB, u più grande a perdita di radiazzioni di u circuitu. Comprehensively pisà caratteristiche materiali, l ‘usu di sustrati circuit magre pò ièssiri usatu comu na manera di cumpensà a perdita di radiazzioni causata da materiali circuitu bassu εr. L’influenza di u spessore di u substratu di u circuitu è ​​di εr nantu à a perdita di radiazione di u circuitu hè perchè hè una funzione dipendente da a frequenza. Quandu u gruixu di u sustrato di u circuitu ùn trapassa 20mil è a frequenza operativa hè più bassa di 20GHz, a perdita di radiazione di u circuitu hè assai bassu. Siccomu a maiò parte di e frequenze di modellazione di circuiti è misurazioni in questu articulu sò più bassu di 20GHz, a discussione in questu articulu ignorarà l’influenza di a perdita di radiazione nantu à u riscaldamentu di u circuitu.

Dopu à ignurà a perdita di radiazione sottu 20GHz, a perdita d’inserzione di un circuitu di linea di trasmissione microstrip include principalmente duie parti: perdita dielettrica è perdita di cunduttore. A proporzione di i dui dipende principalmente da u grossu di u sustrato di u circuitu. Per sustrati più sottili, a perdita di u cunduttore hè u cumpunente principale. Per parechje ragioni, hè generale difficiuli di predichendu precisamente a perdita di u cunduttore. Per esempiu, a rugosità di a superficia di un cunduttore hà una grande influenza nantu à e caratteristiche di trasmissione di l’onda elettromagnetica. A rugosità di a superficia di a lamina di rame ùn solu cambià a custante di propagazione di l’onda elettromagnetica di u circuitu microstrip, ma ancu aumenterà a perdita di u cunduttore di u circuitu. A causa di l’effettu di a pelle, l’influenza di a rugosità di a foglia di rame nantu à a perdita di u cunduttore hè ancu dipendente da a frequenza. A figura 1 paraguna a perdita di inserzione di circuiti di linea di trasmissione microstrip 50 ohm basati nantu à diversi spessori di PCB, chì sò 6.6 mil è 10 mil, rispettivamente.

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Figura 1. Paragone di circuiti di linea di trasmissione microstrip 50 ohm basati nantu à materiali PCB di diversi spessori

Risultati misurati è simulati

A curva in a Figura 1 cuntene i risultati misurati è risultati di simulazione. I risultati di simulazione sò ottenuti utilizendu u software di calculu di impedenza di microonde MWI-2010 di Rogers Corporation. U software MWI-2010 cita l’equazioni analitiche in i documenti classici in u campu di a modellazione di linea microstrip. I dati di prova in a Figura 1 sò ottenuti da u metudu di misurazione di a lunghezza differenziale di un analizzatore di rete vettoriale. Pò esse vistu da a figura 1 chì i risultati di simulazione di a curva di perdita tutale sò basamenti cunsistenti cù i risultati misurati. Pò esse vistu da a figura chì a perdita di u cunduttore di u circuitu più diluente (a curva à a manca currisponde à un grossu di 6.6 mil) hè u cumpunente principale di a perdita di inserzione tutale. Cum’è u gruixu di u circuitu aumenta (u gruixu chì currisponde à a curva à a diritta hè 10mil), a perdita dielettrica è a perdita di u cunduttore tendenu à avvicinassi, è i dui inseme custituiscenu a perdita d’inserzione tutale.

U mudellu di simulazione in Figura 1 è i paràmetri di u materiale di u circuitu utilizatu in u circuitu attuale sò: constante dielettrica 3.66, fattore di perdita 0.0037, è rugosità di a superficia di cunduttore di rame 2.8 um RMS. Quandu a rugosità di a superficia di a foglia di ramu sottu u stessu materiale di circuitu hè ridutta, a perdita di u cunduttore di i circuiti di 6.6 mil è 10 mil in a Figura 1 serà ridutta significativamente; però, l’effettu ùn hè micca evidenti per u circuitu di 20 mil. A Figura 2 mostra i risultati di teste di dui materiali di circuitu cù rugosità sfarente, vale à dì u materiale di circuitu standard Rogers RO4350B™ cù una rugosità alta è u materiale di circuitu Rogers RO4350B LoPro™ cù una rugosità bassa.

A Figura 2 mostra i vantaghji di utilizà un sustrato di superficia di foglia di rame liscia per processà circuiti microstrip. Per sustrati più sottili, l’usu di foglia di rame liscia pò riduce significativamente a perdita di inserzione. Per u sustrato 6.6mil, a perdita di inserzione hè ridutta da 0.3 dB à 20GHz per via di l’usu di foglia di rame liscia; u sustrato 10mil hè ridutta da 0.22 dB à 20GHz; è u sustrato 20mil, a perdita di inserzione hè ridutta solu da 0.11 dB.

Comu mostra in Figura 1 è Figura 2, u sustrato di u circuitu hè più diluente, u più altu hè a perdita di inserzione di u circuitu. Questu significa chì quandu u circuitu hè alimentatu cù una certa quantità di putenza di microonde RF, u più diluente u circuitu generà più calore. Quandu si pesa in modu cumpletu u prublema di u riscaldamentu di u circuitu, da una banda, un circuitu più diluente genera più calore cà un circuitu grossu à livelli elevati di putenza, ma da l’altra banda, un circuitu più sottile pò ottene un flussu di calore più efficace attraversu u dissipatore di calore. Mantene a temperatura relativamente bassa.

Per risolve u prublema di riscaldamentu di u circuitu, u circuitu magre ideale deve avè e seguenti caratteristiche: fattore di perdita bassu di u materiale di u circuitu, superficia fina di rame liscia, εr bassu è alta conduttività termica. In cunfrontu cù u materiale di circuitu di alta εr, a larghezza di u cunduttore di a listessa impedenza ottenuta sottu a cundizione di εr bassu pò esse più grande, chì hè benefica per riduce a perdita di u cunduttore di u circuitu. Da a perspettiva di a dissipazione di u calore di u circuitu, ancu se a maiò parte di i sustrati di circuiti PCB d’alta frequenza anu una conductività termale assai povera in quantu à i cunduttori, a conduttività termale di i materiali di circuitu hè sempre un paràmetru assai impurtante.

Un saccu di discussioni nantu à a conductività termale di i sustrati di circuitu sò stati elaborati in articuli precedenti, è questu articulu citarà qualchi risultati è informazioni da articuli precedenti. Per esempiu, l’equazioni seguenti è a Figura 3 sò utili per capiscenu i fatturi ligati à u rendiment termale di i materiali di circuitu PCB. In l’equazioni, k hè a conduttività termale (W/m/K), A hè l’area, TH hè a temperatura di a fonte di calore, TC hè a temperatura di a fonte di fretu, è L hè a distanza trà a fonte di calore è a fonte fridda.