Maiztasun handiko/mikrouhineko irrati-maiztasunaren seinalea sartzen denean PCB zirkuitua, zirkuituak berak eta zirkuituko materialak eragindako galerak bero kopuru bat sortuko du ezinbestean. Zenbat eta galera handiagoa izan, orduan eta potentzia handiagoa PCB materiala igarotzen da, eta orduan eta bero handiagoa sortzen da. Zirkuituaren funtzionamendu-tenperaturak balio nominala gainditzen duenean, zirkuituak arazo batzuk sor ditzake. Esate baterako, MOT funtzionamendu-parametro tipikoa, PCBetan ezaguna dena, funtzionamendu-tenperatura maximoa da. Funtzionamendu-tenperaturak MOT gainditzen duenean, PCB zirkuituaren errendimendua eta fidagarritasuna arriskuan egongo dira. Modelizazio elektromagnetikoen eta neurketa esperimentalen konbinazioaren bidez, RF mikrouhin-PCBen ezaugarri termikoak ulertzeak zirkuituen errendimenduaren degradazioa eta tenperatura altuek eragindako fidagarritasunaren degradazioa saihesten lagun dezake.

Zirkuitu-materialetan txertatze-galera nola gertatzen den ulertzeak maiztasun handiko PCB zirkuituen errendimendu termikoarekin lotutako faktore garrantzitsuak hobeto deskribatzen laguntzen du. Artikulu honek mikrostrip transmisio-lerroaren zirkuitua hartuko du adibide gisa zirkuituaren errendimendu termikoarekin erlazionatutako trukeak eztabaidatzeko. Alde biko PCB egitura duen mikrobanda zirkuitu batean, galerak galera dielektrikoak, eroaleen galerak, erradiazio galerak eta isurketa galerak dira. Galera-osagai desberdinen arteko aldea handia da. Salbuespenak salbuespen, maiztasun handiko PCB zirkuituen ihes-galera oso txikia da orokorrean. Artikulu honetan, ihes-galeren balioa oso baxua denez, momentuz ez da aintzat hartuko.

Erradiazio-galera

Erradiazio-galera zirkuituaren parametro askoren araberakoa da, hala nola funtzionamendu-maiztasuna, zirkuituaren substratuaren lodiera, PCB konstante dielektrikoa (konstante dielektriko erlatiboa edo εr) eta diseinu-plana. Diseinu-eskemei dagokienez, erradiazio-galera zirkuituan inpedantzia-eraldaketa eskasetik edo zirkuituan uhin elektromagnetikoen transmisio-desberdintasunetatik sortzen da sarritan. Zirkuituaren inpedantzia eraldaketa eremuak normalean seinalea elikatzeko eremua, urratseko inpedantzia puntua, zirriborroa eta bat datorren sarea barne hartzen ditu. Zirkuitu arrazoizko diseinuak inpedantzia eraldaketa leuna egin dezake, horrela zirkuituaren erradiazio-galera murriztuz. Jakina, konturatu behar da zirkuituko edozein interfazeetan erradiazio-galera ekartzeko inpedantzia-desegokitzapena izateko aukera dagoela. Funtzionamendu-maiztasunaren ikuspuntutik, normalean zenbat eta maiztasun handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da zirkuituaren erradiazio-galera.

Erradiazio-galerekin lotutako zirkuitu materialen parametroak konstante dielektrikoa eta PCB materialaren lodiera dira batez ere. Zenbat eta lodiagoa izan zirkuituaren substratua, orduan eta handiagoa izango da erradiazio-galera eragiteko aukera; PCB materialaren εr zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da zirkuituaren erradiazio-galera. Materialen ezaugarriak oso-osorik pisatzen, zirkuitu meheen substratuen erabilera εr baxuko zirkuitu materialek eragindako erradiazio-galera konpentsatzeko modu gisa erabil daiteke. Zirkuituaren substratuaren lodieraren eta εr-ren eragina zirkuituaren erradiazio-galeran maiztasunaren menpeko funtzioa delako da. Zirkuituaren substratuaren lodiera 20mil baino handiagoa ez denean eta funtzionamendu-maiztasuna 20GHz baino txikiagoa denean, zirkuituaren erradiazio-galera oso txikia da. Artikulu honetako zirkuituen modelizazio eta neurketa maiztasun gehienak 20GHz baino baxuagoak direnez, artikulu honetako eztabaidak zirkuituaren berokuntzan erradiazio-galerak duen eragina baztertuko du.

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

Emaitza neurtuak eta simulatuak

1. irudiko kurbak neurtutako emaitzak eta simulazio emaitzak jasotzen ditu. Simulazioaren emaitzak Rogers Corporation-en MWI-2010 mikrouhin-inpedantzia kalkulatzeko softwarea erabiliz lortzen dira. MWI-2010 softwareak ekuazio analitikoak aipatzen ditu mikrostrip line modelatzearen arloko paper klasikoetan. 1. irudiko proba-datuak sare-analisi bektorial baten luzera diferentziala neurtzeko metodoaren bidez lortzen dira. 1. irudian ikus daiteke galera osoaren kurbaren simulazio-emaitzak neurtutako emaitzekin bat datozela funtsean. Irudian ikus daiteke zirkuitu meheagoaren eroale-galera (ezkerreko kurba 6.6 mil-ko lodierari dagokio) txertatze-galera osoaren osagai nagusia dela. Zirkuituaren lodiera handitzen den heinean (eskuineko kurbaren lodiera 10mil-koa da), galera dielektrikoa eta eroalearen galera hurbildu ohi dira, eta biek batera txertatze-galera osoa osatzen dute.

1. irudiko simulazio-eredua eta benetako zirkuituan erabiltzen diren zirkuituko material-parametroak hauek dira: 3.66 konstante dielektrikoa, galera-faktorea 0.0037 eta kobre-eroalearen gainazaleko zimurtasuna 2.8 um RMS. Zirkuitu-material beraren azpian kobre-paperaren gainazaleko zimurtasuna murrizten denean, 6.6. irudiko 10 mil eta 1 mil zirkuituen eroale-galera nabarmen murriztuko da; hala ere, eragina ez da nabaria 20 mil zirkuituan. 2. irudiak zimurtasun desberdina duten bi zirkuitu materialen proben emaitzak erakusten ditu, hots, zimurtasun handiko Rogers RO4350B™ zirkuitu material estandarra eta zimurtasun txikiko Rogers RO4350B LoPro™ zirkuitu materiala.

1. Irudian eta 2. Irudian ikusten den bezala, zenbat eta meheagoa izan zirkuituaren substratua, orduan eta handiagoa izango da zirkuituaren txertatze-galera. Horrek esan nahi du zirkuitua RF mikrouhin-potentzia kopuru jakin batekin elikatzen denean, zirkuitua zenbat eta meheagoa bero gehiago sortuko duela. Zirkuituaren berokuntzaren gaia osoki haztatzean, alde batetik, zirkuitu meheago batek zirkuitu lodi batek baino bero gehiago sortzen du potentzia maila altuetan, baina, bestetik, zirkuitu mehe batek bero-fluxu eraginkorragoa lor dezake bero-hoskaratik. Mantendu tenperatura nahiko baxua.

Zirkuituaren berokuntza-arazoa konpontzeko, zirkuitu mehe idealak ezaugarri hauek izan behar ditu: zirkuituaren materialaren galera-faktorea baxua, kobrezko gainazal mehe leuna, εr baxua eta eroankortasun termiko handia. εr handiko zirkuituaren materialarekin alderatuta, εr baxuaren baldintzapean lortutako inpedantzia beraren eroalearen zabalera handiagoa izan daiteke, eta hori onuragarria da zirkuituaren eroalearen galera murrizteko. Zirkuituaren beroaren xahutzearen ikuspegitik, maiztasun handiko PCB zirkuituen substratu gehienek eroaleekiko eroankortasun termiko oso eskasa badute ere, zirkuitu materialen eroankortasun termikoa parametro garrantzitsua da oraindik.

Zirkuitu-substratuen eroankortasun termikoaren inguruko eztabaida asko landu dira aurreko artikuluetan, eta artikulu honek aurreko artikuluetako emaitza eta informazio batzuk aipatuko ditu. Adibidez, hurrengo ekuazioa eta 3. irudia lagungarriak dira PCB zirkuituko materialen errendimendu termikoarekin lotutako faktoreak ulertzeko. Ekuazioan, k eroankortasun termikoa da (W/m/K), A azalera, TH bero-iturriaren tenperatura, TC iturri hotzaren tenperatura eta L bero-iturriaren eta iturri hotza.