Кога сигналот за радиофреквенција со висока фреквенција/микробранова се внесува во ПХБ коло, загубата предизвикана од самото коло и материјалот на колото неизбежно ќе генерира одредена количина на топлина. Колку е поголема загубата, толку е поголема моќноста што минува низ материјалот од ПХБ и толку е поголема генерираната топлина. Кога работната температура на колото ја надминува номиналната вредност, колото може да предизвика некои проблеми. На пример, типичниот работен параметар MOT, кој е добро познат кај ПХБ, е максималната работна температура. Кога работната температура ќе ја надмине МОТ, ќе бидат загрозени перформансите и доверливоста на колото на ПХБ. Преку комбинација на електромагнетно моделирање и експериментални мерења, разбирањето на термичките карактеристики на RF микробрановите ПХБ може да помогне да се избегне деградација на перформансите на колото и влошување на доверливоста предизвикани од високите температури.

Разбирањето како се јавува загубата при вметнување во материјалите на кола помага подобро да се опишат важните фактори поврзани со топлинските перформанси на високофреквентните PCB кола. Оваа статија ќе го земе колото на далноводот со микроленти како пример за да разговара за компромисите поврзани со топлинските перформанси на колото. Во коло со микроленти со двострана структура на ПХБ, загубите вклучуваат загуба на диелектрик, загуба на проводник, загуба на зрачење и загуба од истекување. Разликата помеѓу различните компоненти на загубата е голема. Со неколку исклучоци, загубата од истекување на високофреквентните PCB кола е генерално многу мала. Во оваа статија, бидејќи вредноста на загубата од истекување е многу мала, таа засега ќе биде игнорирана.

Губење на зрачење

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.

Параметрите на материјалите на колото поврзани со загубата на зрачење се главно диелектрична константа и дебелина на материјалот на ПХБ. Колку е подебела подлогата на колото, толку е поголема можноста да се предизвика загуба на зрачење; колку е помал εr на материјалот од ПХБ, толку е поголема загубата на зрачење на колото. Сеопфатно мерејќи ги карактеристиките на материјалот, употребата на подлоги од тенко коло може да се користи како начин да се надомести загубата на зрачење предизвикана од материјали со ниско коло. Влијанието на дебелината на подлогата на колото и εr врз загубата на зрачење на колото е затоа што тоа е функција зависна од фреквенцијата. Кога дебелината на подлогата на колото не надминува 20 mil и работната фреквенција е помала од 20 GHz, загубата на зрачење на колото е многу мала. Бидејќи повеќето од фреквенциите за моделирање и мерење на кола во овој напис се пониски од 20 GHz, дискусијата во оваа статија ќе го игнорира влијанието на загубата на зрачење врз загревањето на колото.

По игнорирањето на загубата на зрачење под 20 GHz, загубата на вметнување на колото на далноводот со микроленти главно вклучува два дела: загуба на диелектрик и загуба на проводникот. Пропорцијата на двете главно зависи од дебелината на подлогата на колото. За потенки подлоги, загубата на проводникот е главната компонента. Поради многу причини, генерално е тешко точно да се предвиди загубата на проводникот. На пример, грубоста на површината на проводникот има огромно влијание врз преносните карактеристики на електромагнетните бранови. Грубоста на површината на бакарната фолија не само што ќе ја промени константата на ширење на електромагнетниот бран на колото на микролентата, туку и ќе ја зголеми загубата на проводникот на колото. Поради ефектот на кожата, влијанието на грубоста на бакарната фолија врз загубата на проводникот е исто така зависно од фреквенцијата. Слика 1 ја споредува загубата на вметнување на кола за далноводи со микроленти од 50 оми врз основа на различни дебелини на ПХБ, кои се 6.6 милји и 10 мили, соодветно.

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.

За да се реши проблемот со греењето на колото, идеалното тенко коло треба да ги има следните карактеристики: низок фактор на загуби на материјалот на колото, мазна бакарна тенка површина, ниска εr и висока топлинска спроводливост. Во споредба со материјалот на колото со висок εr, ширината на проводникот со истата импеданса добиена под услов на ниска εr може да биде поголема, што е корисно за намалување на загубата на проводникот на колото. Од гледна точка на дисипација на топлина на колото, иако повеќето високофреквентни подлоги на кола со ПХБ имаат многу слаба топлинска спроводливост во однос на спроводниците, топлинската спроводливост на материјалите од колото е сè уште многу важен параметар.

Многу дискусии за топлинската спроводливост на подлогите на колото се елаборирани во претходните написи, а оваа статија ќе цитира некои резултати и информации од претходните статии. На пример, следнава равенка и слика 3 се корисни за да се разберат факторите поврзани со топлинската изведба на материјалите од колото на ПХБ. Во равенката, k е топлинска спроводливост (W/m/K), A е површината, TH е температурата на изворот на топлина, TC е температурата на ладниот извор, а L е растојанието помеѓу изворот на топлина и изворот на студ.