如今,RF /微波PCB廣泛應用于眾多手持無線設備和商業行業,包括醫療,通信等。由于RF(射頻)/微波電路是分布參數電路,往往會產生趨膚效應和耦合效應,干擾和在實際印刷電路板(PCB)設計中難以控制電路中的輻射。常見的問題包括數字電路和模擬電路之間的交叉干擾,功率引起的噪聲干擾以及荒謬布局引起的類似干擾問題。因此,如何平衡PCB設計的優缺點并嘗試縮小干擾是RF /微波PCB設計的一個重要方面。
每個設計都有所不同,但經驗作為一名優秀的教師起著積極的作用,制造工程師能夠為主要陷阱提供解決方案。本文將介紹和討論有關RF /微波PCB的詳細PCB設計指南。
如何確定基材?
作為電路設計的早期階段,PCB基板材料選擇在RF /微波PCB設計中起著關鍵作用,佳基板材料有助于終產品的卓越性能和高可靠性。在考慮與PCB設計一致的基板材料時,必須集中一些方面,如相對介電常數,損耗角正切,厚度,環境等,以下內容將詳細說明其重要性,并將顯示理想的選擇方法。
1、相對介電常數
相對介電常數是指介電常數和真空介電常數之間的比率。用于RF /微波PCB設計的基板材料的相對介電常數必須足夠高,以滿足空間和重量的要求。然而,諸如高速互連的其他應用要求極低的相對介電常數以產生具有可接受的線寬和阻抗容差的高阻抗電路。
在終基板材料確定之前,必須確認一些參數,包括一定范圍的板厚度的線寬,電路工作頻率的波長和主要部件的近似尺寸。必須繪制電路板圖的草圖,以便建立可接受的大和小相對介電常數。
而且,由基板材料制造商提供的相對介電常數偏差必須足夠低,以使電性能在公差范圍內。
2、損失正切
介電損耗是關于損耗角正切和相對介電常數的函數,對于一些基板材料,每單位長度的介電損耗可以通過施加可以減少導體損耗的較短線來抵消,這在高頻情況下導體損耗變得明顯時是非常重要的。因此,當估計某些電路中的元件損耗參數時,估計每單位長度或頻率的損耗而不是在給定頻率下每單位線長度的普通損耗。
在一定的頻率范圍內,基板材料損耗必須足夠低,以滿足輸入/輸出功率要求,同時避免散熱問題。此外,一些電路元件(例如濾波器)的功率響應必須保持尖銳的頻率滾降特性,以便滿足電性能要求。當然,介電損耗會影響這種頻率特性。
3、基板材料厚度與以下設計元素相關聯:
a、跟蹤寬度,為了保持給定的特性阻抗,應減小基板材料厚度以滿足跡線寬度減小的要求。薄基板材料上的高阻抗跡線在制造時可能需要極低的走線寬度。
b、機械性能,在無支撐的薄基板材料上構造的電路可能彎曲,彎曲或扭曲,這不會發生在剛性和熱固性材料上。
C、尺寸穩定性,一般而言,就尺寸穩定性而言,薄基板材料的性能比厚基板材料差。此外,薄基板材料也會給制造商帶來挫折或導致成本增加。
d、成本,通常,每單位面積厚的基底材料比每單位面積薄的基底材料更昂貴。
e、一致性。對于需要彎曲成簡單彎曲形狀(例如圓柱形或錐形)的電路板,薄板能夠彎曲到較低的曲率半徑,而基板材料或銅箔不會被破壞。
F、介電擊穿,對于平行板,薄介電材料具有比厚材料成比例更高的介電擊穿電壓。
G、動力處理能力,高頻電路板的功率處理能力通過增加基板材料厚度可以減輕兩個方面的限制。一方面,高功率可以通過加熱部分消散。另一方面,高峰值功率水平可以導致電暈開始發電并縮短基板材料的壽命。
4、環境
印刷電路板制造和操作環境限制了基板材料的選擇,應考慮的主要材料性能包括:
a、溫度穩定性、應保證操作和技術的高和低溫度,溫度限制應表示為“峰值”或“連續”,應在峰值溫度下計算電氣性能,并與設計要求進行比較。在間歇溫度峰值范圍內,電路板不可能正常工作,因此應采用“連續”溫度來估算性能。電路板機械性能發生永久性損壞應在“間歇”極限溫度范圍內檢查。
b、耐濕性和化學性。基板材料應吸收低濕度,使高壓環境下電路板的電性能不會明顯降低。畢竟,額外的環保解決方案會引起額外的制造成本和設計折衷,待使用的技術需要與基底材料的耐化學性和耐溶劑性相容。
C、抗輻射性能,當RF /微波PCB應用于空間或核應用時,基板材料將遭受大量電離輻射,應確保和估計電離輻射對基板機械和電性能的影響。此外,應確保其累積效應,并將電路板的有效運行壽命與之進行比較。
5、關于基材的其他設計規則
a、銅線圈的附著力必須足夠高,以承受應用和制造環境,以免造成永久性損壞。
b、相對介電常數隨溫度變化,這可能會影響工作溫度范圍內的電性能。
C、表面貼裝器件(SMD)和鍍通孔(PTH)的可靠性也與CTE相關。
d、基板材料的導熱性將影響設計,考慮熱管理問題。
e、在決定外殼和安裝時,應提前考慮電路板翹曲。
F、機械性能可能會影響裝配和安裝設計。
G、基板材料的比重決定了電路板的重量。
H、在極限環境溫度和高功率元件設計以及回流焊接或其他高溫制造的應用過程中,必須仔細考慮熱膨脹系數(CTE)。
i、電阻率可能是與電性能相關的元件,尤其是當高阻抗線路傳輸高電壓功率放大電路時。
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