Kada se visokofrekventni/mikrotalasni radio frekvencijski signal ubaci u ПЦБ- кола, губитак изазван самим колом и материјалом кола неизбежно ће генерисати одређену количину топлоте. Што је већи губитак, то је већа снага која пролази кроз ПЦБ материјал и већа је топлота која се ствара. Када радна температура кола пређе номиналну вредност, коло може изазвати неке проблеме. На пример, типичан радни параметар МОТ, који је добро познат у ПЦБ-има, је максимална радна температура. Када радна температура пређе МОТ, перформансе и поузданост ПЦБ кола ће бити угрожени. Кроз комбинацију електромагнетног моделирања и експерименталних мерења, разумевање термичких карактеристика РФ микроталасних ПЦБ-а може помоћи да се избегне деградација перформанси кола и деградација поузданости узрокована високим температурама.

Разумевање како долази до губитка уметања у материјалима кола помаже у бољем опису важних фактора који се односе на термичке перформансе високофреквентних ПЦБ кола. Овај чланак ће узети микротракасто коло далековода као пример за разматрање компромиса у вези са термичким перформансама кола. U mikrotrakastu kolu sa dvostranom PCB strukturom, gubici uključuju dielektrične gubitke, gubitak provodnika, gubitak zračenja i gubitak curenja. Разлика између различитих компоненти губитка је велика. Уз неколико изузетака, губитак од цурења високофреквентних ПЦБ кола је генерално веома низак. У овом чланку, пошто је вредност губитка због цурења веома мала, за сада ће бити игнорисана.

Губитак зрачења

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.

Parametri materijala kola koji se odnose na gubitak radijacije su uglavnom dielektrična konstanta i debljina PCB materijala. Što je podloga kola deblja, veća je mogućnost izazivanja gubitka zračenja; što je niži εr materijala PCB-a, veći je gubitak radijacije kola. Sveobuhvatno vagajući karakteristike materijala, upotreba supstrata tankih kola može se koristiti kao način da se nadoknadi gubitak radijacije uzrokovan materijalima kola sa niskim εr. Утицај дебљине подлоге кола и εр на губитак зрачења кола је зато што је то функција зависна од фреквенције. Када дебљина подлоге кола не прелази 20 мил, а радна фреквенција је нижа од 20 ГХз, губитак радијације кола је веома низак. Пошто је већина фреквенција моделирања и мерења кола у овом чланку нижа од 20 ГХз, дискусија у овом чланку ће занемарити утицај губитка зрачења на загревање кола.

Након игнорисања губитка радијације испод 20ГХз, губитак уметања микротракастог далеководног кола углавном укључује два дела: диелектрични губитак и губитак проводника. Пропорција ова два углавном зависи од дебљине подлоге кола. Za tanje podloge, gubitak provodnika je glavna komponenta. Iz mnogo razloga, generalno je teško tačno predvideti gubitak provodnika. На пример, храпавост површине проводника има огроман утицај на карактеристике преноса електромагнетних таласа. Храпавост површине бакарне фолије не само да ће променити константу простирања електромагнетног таласа микротракастог кола, већ ће и повећати губитак проводника кола. Због скин ефекта, утицај храпавости бакарне фолије на губитак проводника такође зависи од фреквенције. Слика 1 упоређује губитке у уметању 50 охмских микротракастих далеководних кола заснованих на различитим дебљинама ПЦБ-а, које су 6.6 мил и 10 милс, респективно.

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.

Да би се решио проблем грејања кола, идеално танко коло треба да има следеће карактеристике: низак фактор губитка материјала кола, глатку бакарну танку површину, низак εр и високу топлотну проводљивост. У поређењу са материјалом кола са високим εр, ширина проводника исте импедансе добијена под условом ниског εр може бити већа, што је корисно за смањење губитка проводника у колу. Из перспективе одвођења топлоте кола, иако већина високофреквентних подлога ПЦБ кола има веома лошу топлотну проводљивост у односу на проводнике, топлотна проводљивост материјала кола је и даље веома важан параметар.

Много дискусија о топлотној проводљивости супстрата кола је разрађено у ранијим чланцима, а овај чланак ће цитирати неке резултате и информације из ранијих чланака. На пример, следећа једначина и слика 3 су од помоћи за разумевање фактора који се односе на термичке перформансе материјала ПЦБ кола. У једначини, к је топлотна проводљивост (В/м/К), А је површина, ТХ је температура извора топлоте, ТЦ је температура извора хладноће, а Л је растојање између извора топлоте и извор хладноће.