Kui kõrgsageduslik/mikrolaine raadiosageduslik signaal suunatakse seadmesse PCB vooluring, vooluringi enda ja ahela materjali põhjustatud kadu tekitab paratamatult teatud koguse soojust. Mida suurem on kadu, seda suurem on PCB materjali läbiv võimsus ja seda suurem on tekkiv soojus. Kui vooluahela töötemperatuur ületab nimiväärtust, võib vooluahel põhjustada probleeme. Näiteks tüüpiline tööparameeter MOT, mis on trükkplaatide puhul hästi tuntud, on maksimaalne töötemperatuur. Kui töötemperatuur ületab MOT-i, on PCB ahela jõudlus ja töökindlus ohus. Elektromagnetilise modelleerimise ja eksperimentaalsete mõõtmiste kombineerimise kaudu võib RF-mikrolaine PCB-de termiliste omaduste mõistmine aidata vältida kõrgete temperatuuride põhjustatud vooluahela jõudluse ja töökindluse halvenemist.

Arusaamine, kuidas vooluahela materjalides sisestuskadu tekib, aitab paremini kirjeldada kõrgsageduslike PCB-ahelate termilise jõudlusega seotud olulisi tegureid. Selles artiklis võetakse näitena mikroriba ülekandeliini vooluring, et arutada ahela soojusliku jõudlusega seotud kompromisse. Kahepoolse PCB struktuuriga mikroriba ahelas hõlmavad kaod dielektrikadu, juhi kadu, kiirguskadu ja lekkekadu. Erinevus erinevate kahjukomponentide vahel on suur. Kui mõned erandid välja arvata, on kõrgsageduslike PCB-ahelate lekkekadu üldiselt väga väike. Kuna lekkekao väärtus on väga madal, siis käesolevas artiklis seda esialgu eiratakse.

Kiirguskaotus

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.

Kiirguskadudega seotud ahelamaterjalide parameetrid on peamiselt dielektriline konstant ja PCB materjali paksus. Mida paksem on vooluringi substraat, seda suurem on kiirguskadude tekitamise võimalus; mida väiksem on PCB materjali εr, seda suurem on ahela kiirguskadu. Materjali omaduste põhjalik kaalumisel saab õhukeste ahelate substraatide kasutamist kasutada madala εr-i ahela materjalide põhjustatud kiirguskadude kompenseerimiseks. Ahela substraadi paksuse ja εr mõju ahela kiirguskadudele tuleneb sellest, et see on sagedusest sõltuv funktsioon. Kui vooluringi substraadi paksus ei ületa 20mil ja töösagedus on madalam kui 20GHz, on vooluringi kiirguskadu väga väike. Kuna enamik selles artiklis kirjeldatud vooluahela modelleerimis- ja mõõtmissagedusi on alla 20 GHz, eiratakse käesolevas artiklis käsitletud kiirguskadude mõju vooluringi kuumutamisele.

Pärast kiirguskao ignoreerimist alla 20 GHz koosneb mikroriba ülekandeliini ahela sisestuskadu peamiselt kahest osast: dielektriline kadu ja juhi kadu. Nende kahe osakaal sõltub peamiselt vooluringi substraadi paksusest. Õhemate aluspindade puhul on peamiseks komponendiks juhtmekadu. Paljudel põhjustel on juhtide kadu üldiselt raske täpselt ennustada. Näiteks juhi pinnakaredusel on suur mõju elektromagnetlainete ülekandeomadustele. Vaskfooliumi pinnakaredus ei muuda mitte ainult mikroriba ahela elektromagnetlainete levimiskonstanti, vaid suurendab ka vooluahela juhi kadu. Nahaefekti tõttu on vaskfooliumi kareduse mõju juhi kadudele samuti sagedusest sõltuv. Joonisel 1 võrreldakse 50-oomise mikroriba ülekandeliini ahelate sisestuskadusid, mis põhinevad erinevatel PCB paksustel, mis on vastavalt 6.6 miili ja 10 miili.

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.

Ahela kütteprobleemi lahendamiseks peaksid ideaalsel õhukesel vooluringil olema järgmised omadused: vooluahela materjali madal kadudegur, sile vasest õhuke pind, madal εr ja kõrge soojusjuhtivus. Võrreldes suure εr-iga skeemimaterjaliga võib madala εr-i tingimustes saadav sama impedantsiga juhi laius olla suurem, mis on kasulik ahela juhikadude vähendamiseks. Ahela soojuse hajumise seisukohast on vooluahela materjalide soojusjuhtivus siiski väga oluline parameeter, kuigi enamikul kõrgsageduslike PCB-ahela substraatidel on juhtmetega võrreldes väga halb soojusjuhtivus.

Varasemates artiklites on käsitletud palju arutlusi vooluringi substraatide soojusjuhtivuse üle ning see artikkel tsiteerib mõningaid tulemusi ja teavet varasematest artiklitest. Näiteks on järgmine võrrand ja joonis 3 abiks PCB ahela materjalide termilise jõudlusega seotud tegurite mõistmiseks. Võrrandis k on soojusjuhtivus (W/m/K), A on pindala, TH on soojusallika temperatuur, TC on külmaallika temperatuur ja L on soojusallika ja soojusallika vaheline kaugus. külma allikas.