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.

After ignoring the radiation loss below 20GHz, the insertion loss of a microstrip transmission line circuit mainly includes two parts: dielectric loss and conductor loss. The proportion of the two mainly depends on the thickness of the circuit substrate. For thinner substrates, conductor loss is the main component. For many reasons, it is generally difficult to accurately predict conductor loss. For example, the surface roughness of a conductor has a huge influence on the transmission characteristics of electromagnetic waves. The surface roughness of copper foil will not only change the electromagnetic wave propagation constant of the microstrip circuit, but also increase the conductor loss of the circuit. Due to the skin effect, the influence of copper foil roughness on conductor loss is also frequency-dependent. Figure 1 compares the insertion loss of 50 ohm microstrip transmission line circuits based on different PCB thicknesses, which are 6.6 mils and 10 mils, respectively

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.

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.