जब हाई फ्रीक्वेंसी/माइक्रोवेव रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल को में फीड किया जाता है पीसीबी सर्किट, सर्किट और सर्किट सामग्री के कारण होने वाली हानि अनिवार्य रूप से एक निश्चित मात्रा में गर्मी उत्पन्न करेगी। जितना अधिक नुकसान होगा, पीसीबी सामग्री से गुजरने वाली शक्ति उतनी ही अधिक होगी, और उतनी ही अधिक गर्मी उत्पन्न होगी। जब सर्किट का ऑपरेटिंग तापमान रेटेड मान से अधिक हो जाता है, तो सर्किट कुछ समस्याएं पैदा कर सकता है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ऑपरेटिंग पैरामीटर एमओटी, जिसे पीसीबी में अच्छी तरह से जाना जाता है, अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान है। जब ऑपरेटिंग तापमान एमओटी से अधिक हो जाता है, तो पीसीबी सर्किट के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को खतरा होगा। विद्युत चुम्बकीय मॉडलिंग और प्रयोगात्मक माप के संयोजन के माध्यम से, आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी की थर्मल विशेषताओं को समझने से उच्च तापमान के कारण सर्किट प्रदर्शन में गिरावट और विश्वसनीयता में गिरावट से बचने में मदद मिल सकती है।

सर्किट सामग्री में सम्मिलन हानि कैसे होती है यह समझना उच्च आवृत्ति पीसीबी सर्किट के थर्मल प्रदर्शन से संबंधित महत्वपूर्ण कारकों का बेहतर वर्णन करने में मदद करता है। यह आलेख माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट को सर्किट के थर्मल प्रदर्शन से संबंधित ट्रेड-ऑफ पर चर्चा करने के लिए एक उदाहरण के रूप में लेगा। एक दो तरफा पीसीबी संरचना के साथ एक माइक्रोस्ट्रिप सर्किट में, नुकसान में ढांकता हुआ नुकसान, कंडक्टर की हानि, विकिरण हानि, और रिसाव हानि शामिल है। विभिन्न नुकसान घटकों के बीच का अंतर बड़ा है। कुछ अपवादों के साथ, उच्च आवृत्ति पीसीबी सर्किट का रिसाव नुकसान आम तौर पर बहुत कम होता है। इस लेख में, चूंकि रिसाव हानि मूल्य बहुत कम है, इसलिए इसे कुछ समय के लिए अनदेखा कर दिया जाएगा।

विकिरण हानि

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.

विकिरण हानि से संबंधित सर्किट सामग्री के पैरामीटर मुख्य रूप से ढांकता हुआ स्थिरांक और पीसीबी सामग्री मोटाई हैं। सर्किट सब्सट्रेट जितना मोटा होगा, विकिरण हानि होने की संभावना उतनी ही अधिक होगी; पीसीबी सामग्री का r जितना कम होगा, सर्किट का विकिरण नुकसान उतना ही अधिक होगा। व्यापक रूप से वजन सामग्री विशेषताओं, पतली सर्किट सबस्ट्रेट्स का उपयोग कम εr सर्किट सामग्री के कारण विकिरण हानि को ऑफसेट करने के तरीके के रूप में उपयोग किया जा सकता है। सर्किट सब्सट्रेट की मोटाई और सर्किट विकिरण हानि पर r का प्रभाव इसलिए है क्योंकि यह एक आवृत्ति-निर्भर कार्य है। जब सर्किट सब्सट्रेट की मोटाई 20mil से अधिक नहीं होती है और ऑपरेटिंग आवृत्ति 20GHz से कम होती है, तो सर्किट का विकिरण नुकसान बहुत कम होता है। चूंकि इस आलेख में अधिकांश सर्किट मॉडलिंग और माप आवृत्तियां 20GHz से कम हैं, इसलिए इस आलेख में चर्चा सर्किट हीटिंग पर विकिरण हानि के प्रभाव को अनदेखा कर देगी।

20GHz से नीचे विकिरण हानि को अनदेखा करने के बाद, माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट के सम्मिलन हानि में मुख्य रूप से दो भाग शामिल हैं: ढांकता हुआ नुकसान और कंडक्टर हानि। दोनों का अनुपात मुख्य रूप से सर्किट सब्सट्रेट की मोटाई पर निर्भर करता है। पतले सबस्ट्रेट्स के लिए, कंडक्टर का नुकसान मुख्य घटक है। कई कारणों से, कंडक्टर के नुकसान की सटीक भविष्यवाणी करना आम तौर पर मुश्किल होता है। उदाहरण के लिए, एक कंडक्टर की सतह खुरदरापन विद्युत चुम्बकीय तरंगों की संचरण विशेषताओं पर बहुत बड़ा प्रभाव डालती है। तांबे की पन्नी की सतह खुरदरापन न केवल माइक्रोस्ट्रिप सर्किट के विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार स्थिरांक को बदलेगी, बल्कि सर्किट के कंडक्टर के नुकसान को भी बढ़ाएगी। त्वचा के प्रभाव के कारण, कंडक्टर के नुकसान पर तांबे की पन्नी खुरदरापन का प्रभाव भी आवृत्ति पर निर्भर होता है। चित्रा 1 विभिन्न पीसीबी मोटाई के आधार पर 50 ओम माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट के सम्मिलन हानि की तुलना करता है, जो क्रमशः 6.6 मिलियन और 10 मिलियन हैं।

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.

सर्किट की हीटिंग समस्या को हल करने के लिए, आदर्श पतले सर्किट में निम्नलिखित विशेषताएं होनी चाहिए: सर्किट सामग्री का कम नुकसान कारक, चिकनी तांबे की पतली सतह, कम εr और उच्च तापीय चालकता। उच्च r की सर्किट सामग्री की तुलना में, कम r की स्थिति के तहत प्राप्त समान प्रतिबाधा की कंडक्टर चौड़ाई बड़ी हो सकती है, जो सर्किट के कंडक्टर नुकसान को कम करने के लिए फायदेमंद है। सर्किट गर्मी अपव्यय के परिप्रेक्ष्य से, हालांकि अधिकांश उच्च आवृत्ति पीसीबी सर्किट सबस्ट्रेट्स में कंडक्टर के सापेक्ष बहुत खराब थर्मल चालकता होती है, सर्किट सामग्री की थर्मल चालकता अभी भी एक बहुत ही महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

सर्किट सबस्ट्रेट्स की तापीय चालकता के बारे में बहुत सारी चर्चाएँ पहले के लेखों में विस्तृत की गई हैं, और यह लेख पहले के लेखों के कुछ परिणामों और सूचनाओं को उद्धृत करेगा। उदाहरण के लिए, निम्न समीकरण और चित्र 3 पीसीबी सर्किट सामग्री के थर्मल प्रदर्शन से संबंधित कारकों को समझने में सहायक होते हैं। समीकरण में, k तापीय चालकता (W/m/K) है, A क्षेत्र है, TH ऊष्मा स्रोत का तापमान है, TC ठंडे स्रोत का तापमान है, और L ऊष्मा स्रोत और के बीच की दूरी है। ठंडा स्रोत।