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技术讲座视频 & 精选问答|不同频段及应用的PCB材料选择和电路优化

十二月 23, 2021 | Sky News
技术讲座视频 & 精选问答|不同频段及应用的PCB材料选择和电路优化

随着无线技术的发展,射频电路设计和应用也从低频频段延伸到毫米波频段。在较低频率下的具有良好射频特性的电路,转换到毫米波频段下可能出现一些意想不到的结果,导致射频工程师需要处理更多、更复杂的设计和调试问题。而在不同的频段和设计中,对PCB材料的要求和选择有所不同。如何在不同频率获得更优的电路性能、如何选择不同的设计(如传输线GCPW,SIW)、如何选择适合的PCB材料等就变得非常重要和关键。

本次网络研讨会讨论了在不同频段下对PCB材料特性的不同需求,了解PCB材料在不同频段下的性能表现,同时也介绍了不同频段下射频性能的评估和测试,以及不同平面电路(如GCPW,SIW)等的毫米波性能特性。从而有助于设计人员选择合适的PCB电路材料和设计,获得最佳电路性能。

如您错过了当天的直播,我们为您整理了当天活动的部分精选问答供您参考。

 

问答精选

Q1:请问在总体的插入损耗中,介质厚度超过多少时导体损耗就不重要?

Rogers是的,通常情况下忽略电路中的辐射损耗和泄露损耗,总的插入损耗就是导体损耗和介质损耗的总和。当厚度增大时,导体损耗在电路中的插入损耗中所占比重会逐渐变小。但是,并非导体损耗不重要了,而是相对比重占的约少。因此,当优化电路的插入损耗时,这时就可以从占比重大的入手,更容易达到减小电路插入损耗的目的。

 

Q2:在宽频段的设计中,有需要特别注意的事项吗?如2~20G线长10inch,插损变化比较大,出现波动。

Rogers宽频段的电路设计,主要是保持宽频段范围内具有较好的回波损耗特性。测试中发现插损在高频段时出现了上下波动,这个问题的确经常被问到,其原因是在高频段时回波恶化造成的。当插入损耗随频率变化出现波动时,实际上此时在该频率附近发生了回波损耗急剧变差的情况。建议在测试过程中同时关注插入损耗和回波损耗。为了减小损耗曲线的抖动,解决方法是保持各个节点处阻抗一致性,比如连接器到线处,传输线拐角处,信号过孔处等等;另外,导线的阻抗可以以高频段下的阻抗为准来进行管控。

 

Q3:请问谐振环的方法是否可以用来测试Dk?在生产板材时用来质量检测的谐振环测出来的介电常数是否准确?

Rogers谐振环方式也是一种可以测试介电常数的方式。但其是一种基于电路的测试方法,受电路加工等影响较大,测试结果不够准确。特别是在毫米波频段下更是如此,详细内容可以访问罗杰斯技术中心中的“毫米波频段下线路材料的特性表征”文章。因此,由于其测试精度和可重复性原因,生产板材时基本不用谐振环的方式作为质量检测的方法,而是采用国际电工协会IPC TM-650中定义的方法。

 

Q4:毫米波雷达的PCB的表面处理的选择对微波传输影响很大吗?目前选用最多的哪几种表面处理方式?

Rogers是的,电路的不同表面处理对于高频电路,特别是毫米波电路会产生不同的影响。毫米波电路由于频率高趋肤深度小,最终的表面处理由于其导电性的不同,对传输线或贴片天线都会带来较为显著的影响。目前在毫米波雷达的PCB板中,电路的最终表面处理主要以沉银和OSP为主。

 

Q5:毫米波频段的表面处理为什么不可以采用化金,金的导电性能较好啊?化学镍钯金呢?

Rogers金的导电性能的确很好,但PCB 的表面处理的化金是ENIG(Electroless Nickel/Immersion Gold),全称是化学镍金。因此整个厚度不全都是金层,而实际只有薄薄的金层,而金层下方更多的是镍层。尽管毫米波趋肤深度小,但金层的厚度非常薄,大部分信号仍需要通过金下方的镍层进行传导。镍的导电性能差且具有磁性,对于电路的损耗和信号传播有非常显著的影响。化学镍钯金是ENEPIG,多了一层钯层,而镍层相对ENIG要薄一些,但仍存在镍层,仍会对电路的电性能产生显著的影响。毫米波下的电路几乎不选择ENIG或ENEPIG这种表面处理。

 

Q6:PCB引起的时延有时是很关键的,怎么去评估呢?

Rogers时延的评估可以通过设计相应类似的电路,如传输线电路,来测试获得时延具体特性;也可以通过测试相位角的变化来获得时延的变化情况。当然,也可以通过测试介电常数的方法去评估。介电常数的变化,实际就是信号在介质中传播的相位延时变化的结果,相位延时的增加意味着波的传播变慢,介电常数增加。因此,在相同线长的情况下,电路呈现的介电常数高(设计Dk),相位角延时大。

 

Q7:SIW传输线损耗与宽度和介质厚度这块也有关系,请问这块有相关数据吗?

RogersSIW的截止频率与材料的厚度,和过孔的宽度相关的,在设计相同截止频率的SIW的情况下,所选材料厚度增加,相应的过孔宽度会变小。SIW的损耗仍然是由导体损耗和介质损耗两部分组成。相同频率下,介质损耗一定,而不同厚度的SIW其导体损耗则不相同。材料厚度越薄,导体损耗所受到的铜箔粗糙度带来的影响越大,损耗越大。为降低SIW的总的损耗,可以选用较厚的材料减小铜箔粗糙度的影响,从而减小导体损耗部分。

 

Q8:微带线与同轴线,带状线等过渡的有效方式有哪些,需要注意些什么?

Rogers:同轴线到微带线,微带线到带状线有多种不同的过渡方式,比如同轴到微带线渐进线设计,比如过孔到带状线过渡,或者耦合的方式等等。为达到较好的射频性能,不同的方式在加工和设计中注意点不同。但总的方向是一样的,就是保持过渡结构中的阻抗连续性。比如同轴到微带线,通过改变渐进性的长度和宽度,可以改变过渡结构的感性和容性达到匹配,保持阻抗一致性。比如过孔设计中,过孔的大小,焊盘大小,隔离焊盘大小,过孔长度等都有进行优化设计来保持阻抗一致性。

 

来源:罗杰斯

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