Kur sinjali i radiofrekuencës me frekuencë të lartë/mikrovalë futet në PCB qark, humbja e shkaktuar nga vetë qarku dhe materiali i qarkut në mënyrë të pashmangshme do të gjenerojnë një sasi të caktuar nxehtësie. Sa më e madhe të jetë humbja, aq më e lartë është fuqia që kalon përmes materialit PCB dhe aq më e madhe është nxehtësia e gjeneruar. Kur temperatura e funksionimit të qarkut tejkalon vlerën e vlerësuar, qarku mund të shkaktojë disa probleme. Për shembull, parametri tipik i funksionimit MOT, i cili njihet mirë në PCB, është temperatura maksimale e funksionimit. Kur temperatura e funksionimit tejkalon MOT, performanca dhe besueshmëria e qarkut PCB do të kërcënohen. Nëpërmjet kombinimit të modelimit elektromagnetik dhe matjeve eksperimentale, të kuptuarit e karakteristikave termike të PCB-ve me mikrovalë RF mund të ndihmojë në shmangien e degradimit të performancës së qarkut dhe degradimit të besueshmërisë të shkaktuar nga temperaturat e larta.

Të kuptuarit se si ndodh humbja e futjes në materialet e qarkut ndihmon për të përshkruar më mirë faktorët e rëndësishëm që lidhen me performancën termike të qarqeve PCB me frekuencë të lartë. Ky artikull do të marrë qarkun e linjës së transmetimit me mikrostrip si shembull për të diskutuar kompromiset që lidhen me performancën termike të qarkut. Në një qark mikrostrip me një strukturë PCB të dyanshme, humbjet përfshijnë humbjen dielektrike, humbjen e përcjellësit, humbjen e rrezatimit dhe humbjen e rrjedhjes. Dallimi midis komponentëve të ndryshëm të humbjes është i madh. Me disa përjashtime, humbja e rrjedhjes së qarqeve PCB me frekuencë të lartë është përgjithësisht shumë e ulët. Në këtë artikull, meqenëse vlera e humbjes së rrjedhjes është shumë e ulët, ajo do të injorohet për momentin.

Humbja e rrezatimit

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.

Parametrat e materialeve të qarkut që lidhen me humbjen e rrezatimit janë kryesisht konstanta dielektrike dhe trashësia e materialit PCB. Sa më i trashë të jetë nënshtresa e qarkut, aq më e madhe është mundësia e shkaktimit të humbjes së rrezatimit; sa më i ulët të jetë εr i materialit PCB, aq më e madhe është humbja e rrezatimit të qarkut. Duke peshuar plotësisht karakteristikat e materialit, përdorimi i nënshtresave të qarkut të hollë mund të përdoret si një mënyrë për të kompensuar humbjen e rrezatimit të shkaktuar nga materialet me qark të ulët εr. Ndikimi i trashësisë së nënshtresës së qarkut dhe εr në humbjen e rrezatimit të qarkut është sepse është një funksion i varur nga frekuenca. Kur trashësia e nënshtresës së qarkut nuk kalon 20 mil dhe frekuenca e funksionimit është më e ulët se 20 GHz, humbja e rrezatimit të qarkut është shumë e ulët. Meqenëse shumica e frekuencave të modelimit dhe matjes së qarkut në këtë artikull janë më të ulëta se 20 GHz, diskutimi në këtë artikull do të injorojë ndikimin e humbjes së rrezatimit në ngrohjen e qarkut.

Pas injorimit të humbjes së rrezatimit nën 20 GHz, humbja e futjes së një qarku të linjës së transmetimit me mikrostrip përfshin kryesisht dy pjesë: humbjen dielektrike dhe humbjen e përcjellësit. Përqindja e të dyve varet kryesisht nga trashësia e nënshtresës së qarkut. Për nënshtresat më të holla, humbja e përcjellësit është komponenti kryesor. Për shumë arsye, përgjithësisht është e vështirë të parashikohet me saktësi humbja e përcjellësit. Për shembull, vrazhdësia e sipërfaqes së një përcjellësi ka një ndikim të madh në karakteristikat e transmetimit të valëve elektromagnetike. Vrazhdësia e sipërfaqes së fletës së bakrit jo vetëm që do të ndryshojë konstantën e përhapjes së valës elektromagnetike të qarkut të mikrostripit, por gjithashtu do të rrisë humbjen e përcjellësit të qarkut. Për shkak të efektit të lëkurës, ndikimi i vrazhdësisë së fletës së bakrit në humbjen e përcjellësit varet gjithashtu nga frekuenca. Figura 1 krahason humbjen e futjes së qarqeve të linjës së transmetimit me mikrostrip 50 ohm bazuar në trashësi të ndryshme PCB, të cilat janë respektivisht 6.6 mils dhe 10 mils.

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.

Për të zgjidhur problemin e ngrohjes së qarkut, qarku ideal i hollë duhet të ketë këto karakteristika: faktor i ulët i humbjes së materialit të qarkut, sipërfaqe e hollë e lëmuar e bakrit, εr e ulët dhe përçueshmëri e lartë termike. Krahasuar me materialin e qarkut me εr të lartë, gjerësia e përcjellësit të së njëjtës rezistencë të përftuar në kushtet e εr të ulët mund të jetë më e madhe, gjë që është e dobishme për të reduktuar humbjen e përcjellësit të qarkut. Nga këndvështrimi i shpërndarjes së nxehtësisë së qarkut, megjithëse shumica e nënshtresave të qarkut PCB me frekuencë të lartë kanë përçueshmëri termike shumë të dobët në krahasim me përçuesit, përçueshmëria termike e materialeve të qarkut është ende një parametër shumë i rëndësishëm.

Shumë diskutime rreth përçueshmërisë termike të nënshtresave të qarkut janë shtjelluar në artikujt e mëparshëm dhe ky artikull do të citojë disa rezultate dhe informacione nga artikujt e mëparshëm. Për shembull, ekuacioni i mëposhtëm dhe Figura 3 janë të dobishme për të kuptuar faktorët që lidhen me performancën termike të materialeve të qarkut PCB. Në ekuacion, k është përçueshmëria termike (W/m/K), A është zona, TH është temperatura e burimit të nxehtësisë, TC është temperatura e burimit të ftohtë dhe L është distanca midis burimit të nxehtësisë dhe burimi i ftohtë.