Wannear’t de hege frekwinsje / magnetron radio frekwinsje sinjaal wurdt fieden yn de PCB circuit, it ferlies feroarsake troch it circuit sels en it circuit materiaal sil ûnûntkomber generearje in beskaat bedrach fan waarmte. Hoe grutter it ferlies, hoe heger de krêft dy’t troch it PCB-materiaal giet, en hoe grutter de waarmte generearre. As de wurktemperatuer fan it sirkwy de nominale wearde grutteret, kin it circuit wat problemen feroarsaakje. Bygelyks, de typyske bestjoeringssysteem parameter MOT, dat is goed bekend yn PCBs, is de maksimale bestjoeringssysteem temperatuer. As de wurktemperatuer grutter is as de MOT, wurde de prestaasjes en betrouberens fan ‘e PCB-sirkwy bedrige. Troch de kombinaasje fan elektromagnetyske modellering en eksperimintele mjittingen, kin it begripen fan ‘e termyske skaaimerken fan RF-mikrogolf-PCB’s helpe om degradaasje fan circuitprestaasjes en betrouberensdegradaasje feroarsake troch hege temperatueren te foarkommen.

Begripe hoe’t ynstekken ferlies foarkomt yn circuit materialen helpt om better beskriuwe de wichtige faktoaren yn ferbân mei de termyske prestaasjes fan hege-frekwinsje PCB circuits. Dit artikel sil it mikrostrip-transmissionline-sirkwy nimme as foarbyld om de ôfwikselingen te besprekken yn ferbân mei de termyske prestaasjes fan it circuit. Yn in microstrip circuit mei in dûbele-sided PCB struktuer, ferliezen befetsje dielectric ferlies, dirigint ferlies, strieling ferlies, en leakage ferlies. It ferskil tusken de ferskate ferlieskomponinten is grut. Mei in pear útsûnderingen is it lekferlies fan hege frekwinsje PCB-sirkels oer it algemien heul leech. Yn dit artikel, om’t de wearde fan lekkageferlies heul leech is, sil it foarearst wurde negearre.

Stralingsferlies

Stralingsferlies hinget ôf fan in protte circuitparameters lykas bestjoeringsfrekwinsje, circuit substraat dikte, PCB dielectric konstante (relative dielectric konstante of εr) en design plan. Wat ûntwerpskema’s oanbelanget, komt stralingsferlies faaks út minne impedânsjetransformaasje yn it sirkwy of ferskillen yn elektromagnetyske golftransmission yn it circuit. Circuit impedance transformaasje gebiet meastal omfiemet sinjaal feed-in gebiet, stap impedance punt, stub en oerienkommende netwurk. Redelijk circuit design kin realisearje glêde impedance transformaasje, dêrmei ferminderjen fan it strieling ferlies fan it circuit. Fansels moat it realisearre wurde dat d’r de mooglikheid is fan impedânsjemismatch dy’t liedt ta strielingsferlies op elke ynterface fan it circuit. Ut it eachpunt fan bestjoeringssysteem frekwinsje, meastal hoe heger de frekwinsje, hoe grutter it strieling ferlies fan it circuit.

De parameters fan circuitmaterialen relatearre oan strielingsferlies binne benammen dielektrike konstante en PCB-materiaaldikte. De dikker it circuit substraat, hoe grutter de mooglikheid fan it feroarsaakje strieling ferlies; hoe leger de εr fan it PCB-materiaal, hoe grutter it strielingsferlies fan it circuit. Mei wiidweidich weagjen fan materiaal skaaimerken, it brûken fan tinne circuit substraten kin brûkt wurde as in manier om te kompensearjen it strieling ferlies feroarsake troch lege εr circuit materialen. De ynfloed fan circuit substraat dikte en εr op circuit strieling ferlies is omdat it is in frekwinsje-ôfhinklike funksje. As de dikte fan it circuit substraat net mear as 20mil is en de bestjoeringsfrekwinsje leger is dan 20GHz, is it strielingsferlies fan it circuit heul leech. Om’t de measte fan ‘e sirkwymodellearjen en mjitfrekwinsjes yn dit artikel leger binne dan 20GHz, sil de diskusje yn dit artikel de ynfloed fan strielingferlies op sirkwyferwaarming negearje.

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

Metten en simulearre resultaten

De kromme yn figuer 1 befettet de mjitten resultaten en simulaasje resultaten. De simulaasjeresultaten wurde krigen troch Rogers Corporation’s MWI-2010 mikrogolfimpedânsjeberekkeningssoftware te brûken. De MWI-2010-software sitearret de analytyske fergelikingen yn ‘e klassike papieren op it mêd fan mikrostriplinemodellering. De testgegevens yn figuer 1 wurde krigen troch de metoade foar mjitting fan differinsjaal lingte fan in fektornetwurkanalysator. It kin sjoen wurde út Fig.. 1 dat de simulaasje resultaten fan de totale ferlies kromme binne yn prinsipe oerienstimming mei de mjitten resultaten. It kin sjoen wurde út de figuer dat de dirigint ferlies fan de tinner circuit (de kromme oan de linkerkant komt oerien mei in dikte fan 6.6 mil) is de wichtichste komponint fan de totale ynfoegje ferlies. As de dikte fan it circuit tanimt (de dikte dy’t oerienkomt mei de kromme oan ‘e rjochterkant is 10mil), tendearje it dielektrike ferlies en it kondukteurferlies te kommen, en de twa foarmje tegearre it totale ynfoegjeferlies.

De simulaasje model yn figuer 1 en it circuit materiaal parameters brûkt yn de eigentlike circuit binne: dielectric konstante 3.66, ferlies faktor 0.0037, en koper dirigint oerflak rûchheid 2.8 um RMS. Wannear’t it oerflak rûchheid fan ‘e koperen folie ûnder itselde circuit materiaal wurdt fermindere, de dirigint ferlies fan de 6.6 mil en 10 mil circuits yn figuer 1 sil gâns fermindere; lykwols, it effekt is net dúdlik foar de 20 mil circuit. Figuer 2 toant de testresultaten fan twa circuit materialen mei ferskillende rûchheid, nammentlik Rogers RO4350B ™ standert circuit materiaal mei hege rûchheid en Rogers RO4350B LoPro ™ circuit materiaal mei lege rûchheid.

Lykas werjûn yn figuer 1 en figuer 2, de tinner it circuit substraat, hoe heger it ynstekken ferlies fan it circuit. Dit betsjut dat as it circuit wurdt fieden mei in bepaalde hoemannichte RF-mikrogolfkrêft, hoe tinner it circuit mear waarmte sil generearje. By it wiidweidich weagjen fan it probleem fan sirkwyferwaarming, oan ‘e iene kant, genereart in tinner sirkwy mear waarmte dan in dikke sirkwy op hege krêftnivo’s, mar oan’ e oare kant kin in tinner sirkwy mear effektive waarmtestream krije troch de heatsink. Hâld de temperatuer relatyf leech.

Om it ferwaarmingsprobleem fan it sirkwy op te lossen, moat it ideale tinne sirkwy de folgjende skaaimerken hawwe: lege ferliesfaktor fan it sirkwymateriaal, glêd koper tinne oerflak, lege εr en hege termyske konduktiviteit. Yn ferliking mei it circuit materiaal fan hege εr, de dirigint breedte fan deselde impedânsje krigen ûnder de betingst fan lege εr kin grutter wêze, dat is foardielich te ferminderjen de dirigint ferlies fan it circuit. Ut it perspektyf fan sirkwy waarmte dissipation, hoewol’t de measte hege-frekwinsje PCB circuit substraten hawwe in hiel min termyske conductivity relatyf oan diriginten, de termyske conductivity fan circuit materialen is noch altyd in tige wichtige parameter.

In protte diskusjes oer de termyske conductivity fan circuit substrates binne útwurke yn eardere artikels, en dit artikel sil quote guon resultaten en ynformaasje út eardere artikels. Bygelyks, de folgjende fergeliking en figuer 3 binne nuttich om te begripen de faktoaren yn ferbân mei de termyske prestaasjes fan PCB circuit materialen. Yn ‘e fergeliking is k de termyske konduktiviteit (W/m/K), A is it gebiet, TH is de temperatuer fan’ e waarmteboarne, TC is de temperatuer fan ‘e kâlde boarne, en L is de ôfstân tusken de waarmteboarne en de kâlde boarne.