Þegar hátíðni/örbylgjuútvarpstíðnimerkinu er gefið inn í PCB hringrás, tapið af völdum hringrásarinnar sjálfrar og hringrásarefnisins mun óhjákvæmilega mynda ákveðið magn af hita. Því meira sem tapið er, því hærra er aflið sem fer í gegnum PCB efnið og því meiri hiti sem myndast. Þegar rekstrarhiti hringrásarinnar fer yfir nafngildið getur hringrásin valdið nokkrum vandamálum. Til dæmis er dæmigerð rekstrarbreyta MOT, sem er vel þekkt í PCB, hámarks rekstrarhitastig. Þegar rekstrarhitastigið fer yfir MOT verður frammistöðu og áreiðanleika PCB hringrásarinnar ógnað. Með því að blanda saman rafsegullíkönum og tilraunamælingum getur skilningur á hitaeiginleikum RF örbylgjuofna PCB hjálpað til við að koma í veg fyrir skerðingu á afköstum hringrásar og skerðingu á áreiðanleika af völdum hás hitastigs.

Að skilja hvernig innsetningartap á sér stað í hringrásarefnum hjálpar til við að lýsa betur mikilvægum þáttum sem tengjast hitauppstreymi hátíðni PCB hringrása. Þessi grein mun taka microstrip flutningslínurásina sem dæmi til að ræða málamiðlanir sem tengjast hitauppstreymi hringrásarinnar. Í microstrip hringrás með tvíhliða PCB uppbyggingu felur tap í sér raftap, leiðara tap, geislunstap og lekatap. Munurinn á mismunandi tjónaþáttum er mikill. Með nokkrum undantekningum er lekatap hátíðni PCB hringrása almennt mjög lítið. Í þessari grein, þar sem lekatapsgildið er mjög lágt, verður það hunsað í bili.

Geislunartap

Geislunstap er háð mörgum breytum hringrásar eins og notkunartíðni, þykkt hringrásar undirlags, rafstraumsfasti PCB (hlutfallslegur rafstuðull eða εr) og hönnunaráætlun. Hvað hönnunarkerfi varðar, stafar geislunstap oft af lélegri viðnámsbreytingu í hringrásinni eða mismun á rafsegulbylgjusendingu í hringrásinni. Umbreytingarsvæði hringrásarviðnáms felur venjulega í sér innflutningssvæði merkja, þrepaviðnámspunkt, stubb og samsvarandi net. Sanngjarn hringrásarhönnun getur gert sér grein fyrir sléttri viðnámsbreytingu og þar með dregið úr geislunstapi hringrásarinnar. Auðvitað ætti að gera sér grein fyrir því að það er möguleiki á ósamræmi viðnáms sem leiðir til geislunartaps á hvaða tengi hringrásarinnar sem er. Frá sjónarhóli rekstrartíðni, venjulega því hærri sem tíðnin er, því meira er geislunartap hringrásarinnar.

Færibreytur hringrásarefna sem tengjast geislunstapi eru aðallega rafstuðull og PCB efnisþykkt. Því þykkara sem undirlag hringrásarinnar er, því meiri möguleiki á að valda geislunartapi; því lægra sem εr PCB efnisins er, því meira er geislunstap rásarinnar. Með alhliða vigtun efnisins er hægt að nota þunnt hringrás hvarfefni sem leið til að vega upp á móti geislunstapi af völdum lágs εr hringrásarefna. Áhrif þykkt hringrásar undirlags og εr á geislunartap hringrásar eru vegna þess að það er tíðniháð fall. Þegar þykkt hringrásar undirlagsins fer ekki yfir 20mil og rekstrartíðni er lægri en 20GHz, er geislunartap hringrásarinnar mjög lágt. Þar sem flestar hringrásarlíkön og mælingartíðni í þessari grein eru lægri en 20GHz, mun umfjöllunin í þessari grein hunsa áhrif geislunartaps á hringrásarhitun.

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

Mældar og hermir niðurstöður

Ferillinn á mynd 1 inniheldur mældar niðurstöður og hermi niðurstöður. Niðurstöður hermisins eru fengnar með því að nota Rogers Corporation’s MWI-2010 örbylgjuviðnámsútreikningshugbúnað. MWI-2010 hugbúnaðurinn vitnar í greiningarjöfnurnar í klassískum greinum á sviði míkróstrip línulíkana. Prófunargögnin á mynd 1 eru fengin með mismunalengdarmælingaraðferð vektornetgreiningartækis. Það má sjá á mynd 1 að uppgerð niðurstöður heildartapsferilsins eru í grundvallaratriðum í samræmi við mældar niðurstöður. Það má sjá á myndinni að leiðaratap þynnri hringrásarinnar (ferillinn til vinstri samsvarar þykkt 6.6 mil) er aðalþátturinn í heildarinnsetningartapi. Þegar hringrásarþykktin eykst (þykktin sem samsvarar ferilnum hægra megin er 10 mil) hafa rafmagnstapið og leiðartapið tilhneigingu til að nálgast og þetta tvennt samanlagt mynda heildarinnsetningartapið.

Hermilíkanið á mynd 1 og færibreytur hringrásarefnisins sem notaðar eru í raunverulegu hringrásinni eru: rafstuðull 3.66, tapstuðull 0.0037 og ójöfnur á yfirborði koparleiðara 2.8 um RMS. Þegar yfirborðsgrófleiki koparþynnunnar undir sama hringrásarefni minnkar, mun leiðaratap 6.6 mil og 10 mil hringrásarinnar á mynd 1 minnka verulega; áhrifin eru hins vegar ekki augljós fyrir 20 mil hringrásina. Mynd 2 sýnir prófunarniðurstöður tveggja hringrásarefna með mismunandi ójöfnur, nefnilega Rogers RO4350B™ staðlað hringrásarefni með mikilli grófleika og Rogers RO4350B LoPro™ hringrásarefni með litlum grófleika.

Eins og sýnt er á mynd 1 og mynd 2, því þynnra sem undirlag hringrásarinnar er, því hærra er innsetningartap hringrásarinnar. Þetta þýðir að þegar hringrásin er fóðruð með ákveðnu magni af RF örbylgjuofni, mun þynnri hringrásin mynda meiri hita. Þegar ítarlega er vegið að rafrásarhitun, annars vegar myndar þynnri hringrás meiri hita en þykk hringrás við mikið afl, en hins vegar getur þynnri hringrás náð skilvirkara varmaflæði í gegnum hitavaskinn. Haltu hitastigi tiltölulega lágu.

Til þess að leysa upphitunarvandamál hringrásarinnar ætti hugsjón þunn hringrás að hafa eftirfarandi eiginleika: lágan tapstuðul hringrásarefnisins, slétt koparþunnt yfirborð, lágt εr og mikil hitaleiðni. Samanborið við hringrásarefni með háum εr getur leiðarabreidd sömu viðnáms sem fæst við lágan εr verið stærri, sem er gagnlegt til að draga úr leiðaratapi hringrásarinnar. Frá sjónarhóli hitaleiðni hringrásar, þó að flest hátíðni PCB hringrás hvarfefni hafi mjög lélega hitaleiðni miðað við leiðara, er hitaleiðni hringrásarefna enn mjög mikilvægur breytu.

Mikið af umræðum um varmaleiðni undirlags hringrásar hefur verið útfært í fyrri greinum og í þessari grein verður vitnað í nokkrar niðurstöður og upplýsingar úr fyrri greinum. Til dæmis eru eftirfarandi jöfnur og mynd 3 gagnlegar til að skilja þá þætti sem tengjast hitauppstreymi PCB hringrásarefna. Í jöfnunni er k varmaleiðni (W/m/K), A er flatarmál, TH er hitastig varmagjafans, TC er hitastig kuldagjafans og L er fjarlægðin milli varmagjafans og kuldagjafinn.