Pan fydd y signal amledd radio amledd uchel / microdon yn cael ei fwydo i’r PCB cylched, mae’n anochel y bydd y golled a achosir gan y gylched ei hun a’r deunydd cylched yn cynhyrchu rhywfaint o wres. Po fwyaf yw’r golled, yr uchaf yw’r pŵer sy’n pasio trwy’r deunydd PCB, a’r mwyaf yw’r gwres a gynhyrchir. Pan fydd tymheredd gweithredu’r gylched yn uwch na’r gwerth sydd â sgôr, gall y gylched achosi rhai problemau. Er enghraifft, y paramedr gweithredu nodweddiadol MOT, sy’n adnabyddus mewn PCBs, yw’r tymheredd gweithredu uchaf. Pan fydd y tymheredd gweithredu yn uwch na’r MOT, bydd perfformiad a dibynadwyedd y gylched PCB dan fygythiad. Trwy’r cyfuniad o fodelu electromagnetig a mesuriadau arbrofol, gall deall nodweddion thermol PCBs microdon RF helpu i osgoi diraddio perfformiad cylched a diraddio dibynadwyedd a achosir gan dymheredd uchel.

Mae deall sut mae colli mewnosodiad yn digwydd mewn deunyddiau cylched yn helpu i ddisgrifio’n well y ffactorau pwysig sy’n gysylltiedig â pherfformiad thermol cylchedau PCB amledd uchel. Bydd yr erthygl hon yn cymryd cylched y llinell drosglwyddo microstrip fel enghraifft i drafod y cyfaddawdau sy’n gysylltiedig â pherfformiad thermol y gylched. Mewn cylched microstrip gyda strwythur PCB dwy ochr, mae’r colledion yn cynnwys colled dielectrig, colli dargludydd, colli ymbelydredd, a cholli gollyngiadau. Mae’r gwahaniaeth rhwng y gwahanol gydrannau colled yn fawr. Gydag ychydig eithriadau, mae colli cylchedau PCB amledd uchel yn gollwng yn isel iawn ar y cyfan. Yn yr erthygl hon, gan fod y gwerth colli gollyngiadau yn isel iawn, bydd yn cael ei anwybyddu am y tro.

Colli ymbelydredd

Mae colli ymbelydredd yn dibynnu ar lawer o baramedrau cylched megis amledd gweithredu, trwch swbstrad cylched, cyson dielectrig PCB (cyson dielectrig cymharol neu rr) a chynllun dylunio. Cyn belled ag y mae cynlluniau dylunio yn y cwestiwn, mae colli ymbelydredd yn aml yn deillio o drawsnewid rhwystriant gwael yn y gylched neu wahaniaethau mewn trosglwyddiad tonnau electromagnetig yn y gylched. Mae ardal trawsnewid rhwystriant cylched fel arfer yn cynnwys ardal cyflenwi signal, pwynt rhwystriant cam, bonyn a rhwydwaith paru. Gall dyluniad cylched rhesymol wireddu trawsnewidiad rhwystriant llyfn, a thrwy hynny leihau colli ymbelydredd y gylched. Wrth gwrs, dylid sylweddoli bod posibilrwydd o gamgymhariad rhwystriant gan arwain at golli ymbelydredd ar unrhyw ryngwyneb o’r gylched. O safbwynt amlder gweithredu, fel arfer po uchaf yw’r amledd, y mwyaf yw colled ymbelydredd y gylched.

Mae paramedrau deunyddiau cylched sy’n gysylltiedig â cholli ymbelydredd yn gyson dielectrig a thrwch deunydd PCB. Po fwyaf trwchus yw’r swbstrad cylched, y mwyaf yw’r posibilrwydd o achosi colli ymbelydredd; yr isaf yw ther y deunydd PCB, y mwyaf yw colled ymbelydredd y gylched. Gan bwyso a mesur nodweddion deunydd yn gynhwysfawr, gellir defnyddio swbstradau cylched tenau fel ffordd i wneud iawn am y golled ymbelydredd a achosir gan ddeunyddiau cylched isel. Mae dylanwad trwch swbstrad cylched ac yn well ar golli ymbelydredd cylched oherwydd ei fod yn swyddogaeth sy’n dibynnu ar amledd. Pan nad yw trwch swbstrad y gylched yn fwy na 20mil ac mae’r amledd gweithredu yn is na 20GHz, mae colled ymbelydredd y gylched yn isel iawn. Gan fod y rhan fwyaf o’r amleddau modelu cylched a mesur yn yr erthygl hon yn is na 20GHz, bydd y drafodaeth yn yr erthygl hon yn anwybyddu dylanwad colli ymbelydredd ar wresogi cylched.

Ar ôl anwybyddu’r golled ymbelydredd o dan 20GHz, mae colli mewnosod cylched llinell drosglwyddo microstrip yn cynnwys dwy ran yn bennaf: colled dielectrig a cholli dargludydd. Mae cyfran y ddau yn dibynnu’n bennaf ar drwch y swbstrad cylched. Ar gyfer swbstradau teneuach, colli dargludydd yw’r brif gydran. Am lawer o resymau, yn gyffredinol mae’n anodd rhagweld colled dargludydd yn gywir. Er enghraifft, mae garwedd arwyneb dargludydd yn cael dylanwad enfawr ar nodweddion trawsyrru tonnau electromagnetig. Bydd garwedd arwyneb ffoil copr nid yn unig yn newid cysonyn lluosogi tonnau electromagnetig y gylched microstrip, ond hefyd yn cynyddu colled dargludydd y gylched. Oherwydd effaith y croen, mae dylanwad garwedd ffoil copr ar golli dargludydd hefyd yn dibynnu ar amlder. Mae Ffigur 1 yn cymharu colli mewnosod cylchedau llinell trawsyrru microstrip 50 ohm yn seiliedig ar wahanol drwch PCB, sef 6.6 mils a 10 mils, yn y drefn honno.

25

Ffigur 1. Cymhariaeth o gylchedau llinell drosglwyddo microstrip 50 ohm yn seiliedig ar ddeunyddiau PCB o wahanol drwch

Canlyniadau wedi’u mesur a’u hefelychu

Mae’r gromlin yn Ffigur 1 yn cynnwys y canlyniadau mesuredig a’r canlyniadau efelychu. Ceir y canlyniadau efelychu trwy ddefnyddio meddalwedd cyfrifo rhwystriant microdon MWI-2010 Rogers Corporation. Mae meddalwedd MWI-2010 yn dyfynnu’r hafaliadau dadansoddol yn y papurau clasurol ym maes modelu llinell microstrip. Mae’r data prawf yn Ffigur 1 ar gael trwy ddull mesur hyd gwahaniaethol dadansoddwr rhwydwaith fector. Gellir gweld o Ffigur 1 bod canlyniadau efelychu cromlin y golled gyfan yn gyson yn y bôn â’r canlyniadau mesuredig. Gellir gweld o’r ffigur mai colled dargludydd y gylched deneuach (mae’r gromlin ar y chwith yn cyfateb i drwch o 6.6 mil) yw prif gydran cyfanswm y golled mewnosod. Wrth i drwch y gylched gynyddu (y trwch sy’n cyfateb i’r gromlin ar y dde yw 10mil), mae’r golled dielectrig a cholled y dargludydd yn tueddu i agosáu, ac mae’r ddau gyda’i gilydd yn gyfystyr â chyfanswm y golled mewnosod.

Y model efelychu yn Ffigur 1 a’r paramedrau deunydd cylched a ddefnyddir yn y gylched wirioneddol yw: cyson dielectrig 3.66, ffactor colli 0.0037, a garwedd arwyneb dargludydd copr 2.8 um RMS. Pan fydd garwedd arwyneb y ffoil copr o dan yr un deunydd cylched yn cael ei leihau, bydd colled dargludydd y cylchedau 6.6 mil a 10 mil yn Ffigur 1 yn cael ei leihau’n sylweddol; fodd bynnag, nid yw’r effaith yn amlwg ar gyfer y gylched 20 mil. Mae Ffigur 2 yn dangos canlyniadau profion dau ddeunydd cylched â gwahanol garwedd, sef deunydd cylched safonol Rogers RO4350B ™ gyda garwedd uchel a deunydd cylched Rogers RO4350B LoPro ™ gyda garwedd isel.

Mae Ffigur 2 yn dangos manteision defnyddio swbstrad wyneb ffoil copr llyfn i brosesu cylchedau microstrip. Ar gyfer swbstradau teneuach, gall defnyddio ffoil copr llyfn leihau’r golled mewnosod yn sylweddol. Ar gyfer y swbstrad 6.6mil, mae’r golled mewnosod yn cael ei leihau 0.3 dB ar 20GHz oherwydd y defnydd o ffoil copr llyfn; mae’r swbstrad 10mil yn cael ei leihau 0.22 dB yn 20GHz; a’r swbstrad 20mil, dim ond 0.11 dB y mae’r golled mewnosod yn cael ei leihau.

Fel y dangosir yn Ffigur 1 a Ffigur 2, po deneuach yw’r swbstrad cylched, yr uchaf yw colled mewnosod y gylched. Mae hyn yn golygu pan fydd y gylched yn cael ei bwydo â rhywfaint o bŵer microdon RF, y teneuach y bydd y gylched yn cynhyrchu mwy o wres. Wrth bwyso a mesur mater gwresogi cylched yn gynhwysfawr, ar y naill law, mae cylched deneuach yn cynhyrchu mwy o wres na chylched trwchus ar lefelau pŵer uchel, ond ar y llaw arall, gall cylched deneuach gael llif gwres mwy effeithiol trwy’r sinc gwres. Cadwch y tymheredd yn gymharol isel.

Er mwyn datrys problem gwresogi’r gylched, dylai’r cylched denau delfrydol feddu ar y nodweddion canlynol: ffactor colled isel y deunydd cylched, wyneb tenau copr llyfn, lowr isel a dargludedd thermol uchel. O’i gymharu â deunydd cylched uchel εr, gall lled dargludydd yr un rhwystriant a geir o dan yr amod isel r fod yn fwy, sy’n fuddiol i leihau colled dargludydd y gylched. O safbwynt afradu gwres cylched, er bod gan y mwyafrif o swbstradau cylched PCB amledd uchel ddargludedd thermol gwael iawn o’i gymharu â dargludyddion, mae dargludedd thermol deunyddiau cylched yn dal i fod yn baramedr pwysig iawn.

Ymhelaethwyd ar lawer o drafodaethau am ddargludedd thermol swbstradau cylched mewn erthyglau cynharach, a bydd yr erthygl hon yn dyfynnu rhai canlyniadau a gwybodaeth o erthyglau cynharach. Er enghraifft, mae’r hafaliad canlynol a Ffigur 3 yn ddefnyddiol i ddeall y ffactorau sy’n gysylltiedig â pherfformiad thermol deunyddiau cylched PCB. Yn yr hafaliad, k yw’r dargludedd thermol (W / m / K), A yw’r arwynebedd, TH yw tymheredd y ffynhonnell wres, TC yw tymheredd y ffynhonnell oer, a L yw’r pellter rhwng y ffynhonnell wres a y ffynhonnell oer.