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

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.

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.

Post ignorado de la radiada perdo sub 20GHz, la enmeta perdo de mikrostripa transmisilinia cirkvito ĉefe inkluzivas du partojn: dielektrika perdo kaj konduktorperdo. La proporcio de la du plejparte dependas de la dikeco de la cirkvitosubstrato. Por pli maldikaj substratoj, konduktorperdo estas la ĉefkomponento. Pro multaj kialoj, estas ĝenerale malfacile antaŭdiri konduktorperdon. Ekzemple, la surfaca malglateco de konduktoro havas grandegan influon sur la transmisiaj trajtoj de elektromagnetaj ondoj. La surfaca malglateco de kupra folio ne nur ŝanĝos la konstantan disvastigon de elektromagneta ondo de la mikrostria cirkvito, sed ankaŭ pliigos la konduktoran perdon de la cirkvito. Pro la haŭta efiko, la influo de kupra folio malglateco sur konduktorperdo ankaŭ estas frekvenca dependa. Figuro 1 komparas la enmetperdon de 50 ohm-mikrostriaj transmisiliniaj cirkvitoj bazitaj sur malsamaj PCB-dikecoj, kiuj estas 6.6 mils kaj 10 mils, respektive.

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.

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.