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

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.

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.

20 GHz-tik beherako erradiazio-galera alde batera utzi ondoren, mikrostrip transmisio-lerroaren zirkuitu baten txertatze-galerak bi zati ditu batez ere: galera dielektrikoa eta eroale-galera. Bien proportzioa, batez ere, zirkuituaren substratuaren lodieraren araberakoa da. Substratu meheagoetarako, eroale-galera da osagai nagusia. Arrazoi askorengatik, orokorrean zaila da eroaleen galerak zehaztasunez aurreikustea. Adibidez, eroale baten gainazaleko zimurtasunak eragin handia du uhin elektromagnetikoen transmisio-ezaugarrietan. Kobre-paperaren gainazaleko zimurtasunak mikrostrip zirkuituaren uhin elektromagnetikoen hedapen konstantea aldatzeaz gain, zirkuituaren eroalearen galera ere handituko du. Azalaren efektua dela eta, kobre-paperaren zimurtasunaren eragina eroaleen galeran ere maiztasunaren araberakoa da. 1. irudiak 50 ohm-ko mikrobanda transmisio-lerroen zirkuituen txertatze-galera alderatzen du PCB lodiera desberdinetan oinarrituta, 6.6 mils eta 10 mils, hurrenez hurren.

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.

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.