Kiam la altfrekvenca/mikroonda radiofrekvenca signalo estas enigita en la PCB cirkvito, la perdo kaŭzita de la cirkvito mem kaj la cirkvito materialo neeviteble generos certan kvanton da varmo. Ju pli granda la perdo, des pli alta la potenco trapasanta la PCB-materialon, kaj des pli granda la varmo generita. Kiam la funkcia temperaturo de la cirkvito superas la taksitan valoron, la cirkvito povas kaŭzi iujn problemojn. Ekzemple, la tipa operacia parametro MOT, kiu estas konata en PCBoj, estas la maksimuma funkciiga temperaturo. Kiam la funkciada temperaturo superas la MOT, la rendimento kaj fidindeco de la PCB-cirkvito estos minacataj. Per la kombinaĵo de elektromagneta modelado kaj eksperimentaj mezuradoj, kompreni la termikajn trajtojn de RF-mikroondaj PCB-oj povas helpi eviti cirkvitan rendimentodegeneron kaj fidindecon kaŭzitan de altaj temperaturoj.

Kompreni kiel enmeta perdo okazas en cirkvitaj materialoj helpas pli bone priskribi la gravajn faktorojn ligitajn al la termika agado de altfrekvencaj PCB-cirkvitoj. Ĉi tiu artikolo prenos la mikrostripan transmisilinian cirkviton kiel ekzemplon por diskuti la kompromisojn ligitajn al la termika agado de la cirkvito. En mikrostria cirkvito kun duflanka PCB-strukturo, perdoj inkludas dielektrikan perdon, direktistperdon, radiadperdon, kaj elfluperdon. La diferenco inter la malsamaj perdkomponentoj estas granda. Kun kelkaj esceptoj, la elflua perdo de altfrekvencaj PCB-cirkvitoj estas ĝenerale tre malalta. En ĉi tiu artikolo, ĉar la elflua perdovaloro estas tre malalta, ĝi estos ignorita por la momento.

Radia perdo

Radiadperdo dependas de multaj cirkvitaj parametroj kiel mastruma frekvenco, cirkvitsubstrato dikeco, PCB-dielektrika konstanto (relativa dielektrika konstanto aŭ εr) kaj dezajnoplano. Koncerne dezajnokabalojn, radiadperdo ofte devenas de malbona impedanctransformo en la cirkvito aŭ diferencoj en elektromagneta ondodissendo en la cirkvito. Cirkvita impedanca transformareo kutime inkludas signal-enfluan areon, paŝimpedancan punkton, ĝermon kaj kongruan reton. Racia cirkvitodezajno povas realigi glatan impedancan transformon, tiel reduktante la radiadan perdon de la cirkvito. Kompreneble, devus esti ekkomprenite ke ekzistas la ebleco de impedanca misagordo kondukanta al radiadperdo ĉe iu interfaco de la cirkvito. El la vidpunkto de operacia frekvenco, kutime ju pli alta la frekvenco, des pli granda la radiada perdo de la cirkvito.

La parametroj de cirkvitaj materialoj rilataj al radiada perdo estas ĉefe dielektrika konstanto kaj PCB-materiala dikeco. Ju pli dika la cirkvitosubstrato, des pli granda la ebleco kaŭzi radiada perdo; ju pli malalta la εr de la PCB-materialo, des pli granda la radiadperdo de la cirkvito. Amplekse pesante materialajn karakterizaĵojn, la uzo de maldikaj cirkvitaj substratoj povas esti uzata kiel maniero por kompensi la radiadperdon kaŭzitan de malaltaj εr cirkvitaj materialoj. La influo de cirkvitsubstrato dikeco kaj εr sur cirkvita radiadperdo estas ĉar ĝi estas frekvenc-dependa funkcio. Kiam la dikeco de la cirkvito-substrato ne superas 20mil kaj la operacia frekvenco estas pli malalta ol 20GHz, la radiada perdo de la cirkvito estas tre malalta. Ĉar la plej multaj el la cirkvitaj modeligado kaj mezurfrekvencoj en ĉi tiu artikolo estas pli malaltaj ol 20GHz, la diskuto en ĉi tiu artikolo ignoros la influon de radiada perdo sur cirkvithejtado.

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

Mezuritaj kaj simulitaj rezultoj

La kurbo en Figuro 1 enhavas la mezuritajn rezultojn kaj simulajn rezultojn. La simuladrezultoj estas akiritaj uzante la MWI-2010 de Rogers Corporation mikroonda impedanca kalkulprogramaro. La MWI-2010-programaro citas la analizajn ekvaciojn en la klasikaj artikoloj en la kampo de mikrostripliniomodelado. La testdatenoj en Figuro 1 estas akiritaj per la diferenciga longo-mezura metodo de vektora reto-analizilo. Oni povas vidi el Fig. 1, ke la simulaj rezultoj de la totalperda kurbo estas esence kongruaj kun la mezuritaj rezultoj. Oni povas vidi el la figuro, ke la konduktorperdo de la pli maldika cirkvito (la kurbo maldekstre respondas al dikeco de 6.6 mil) estas la ĉefa komponanto de la totala enmetperdo. Ĉar la cirkvitodikeco pliiĝas (la dikeco egalrilatanta al la kurbo dekstre estas 10mil), la dielektrika perdo kaj la konduktorperdo tendencas alproksimiĝi, kaj la du kune konsistigas la totalan enmetperdon.

La simuladmodelo en Figuro 1 kaj la cirkvitaj materialaj parametroj uzataj en la fakta cirkvito estas: dielektrika konstanto 3.66, perdofaktoro 0.0037, kaj kupra konduktila surfaca malglateco 2.8 um RMS. Kiam la surfaca malglateco de la kupra folio sub la sama cirkvitmaterialo estas reduktita, la konduktorperdo de la 6.6 mil kaj 10 mil cirkvitoj en Figuro 1 estos signife reduktita; tamen, la efiko ne estas evidenta por la 20 mil cirkvito. Figuro 2 montras la testrezultojn de du cirkvitmaterialoj kun malsama malglateco, nome Rogers RO4350B™ norma cirkvitmaterialo kun alta krudeco kaj Rogers RO4350B LoPro™ cirkvitmaterialo kun malalta malglateco.

Kiel montrite en Figuro 1 kaj Figuro 2, ju pli maldika estas la cirkvitosubstrato, des pli alta la enmetperdo de la cirkvito. Ĉi tio signifas, ke kiam la cirkvito estas nutrata per certa kvanto da RF-mikroonda potenco, des pli maldika la cirkvito generos pli da varmo. Kiam amplekse pezas la temon de cirkvito-hejtado, unuflanke, pli maldika cirkvito generas pli da varmo ol dika cirkvito ĉe altaj potenconiveloj, sed aliflanke, pli maldika cirkvito povas akiri pli efikan varmofluon tra la varmo-lavujo. Tenu la temperaturon relative malalta.

Por solvi la hejtproblemon de la cirkvito, la ideala maldika cirkvito devus havi la jenajn karakterizaĵojn: malalta perdfaktoro de la cirkvito-materialo, glata kupra maldika surfaco, malalta εr kaj alta varmokondukteco. Kompare kun la cirkvito materialo de alta εr, la konduktora larĝo de la sama impedanco akirita sub la kondiĉo de malalta εr povas esti pli granda, kio estas utila por redukti la konduktoran perdon de la cirkvito. El la perspektivo de cirkvita varmo disipado, kvankam la plej multaj altfrekvencaj PCB-cirkvitaj substratoj havas tre malbonan varmokonduktecon rilate al konduktiloj, la varmokondukteco de cirkvitaj materialoj estas ankoraŭ tre grava parametro.

Multaj diskutoj pri la varmokondukteco de cirkvitaj substratoj estis ellaboritaj en pli fruaj artikoloj, kaj ĉi tiu artikolo citos kelkajn rezultojn kaj informojn de pli fruaj artikoloj. Ekzemple, la sekva ekvacio kaj Figuro 3 estas helpemaj por kompreni la faktorojn rilatajn al la termika agado de PCB-cirkvitaj materialoj. En la ekvacio, k estas la varmokondukteco (W/m/K), A estas la areo, TH estas la temperaturo de la varmofonto, TC estas la temperaturo de la malvarma fonto, kaj L estas la distanco inter la varmofonto kaj la malvarma fonto.