Razumevanje prehoda iz mikrovalov v milimetrske valove v oblikovanju PCB

 

Na področju elektronskega inženiringa se zasnova tiskanih veznih plošč (PCB) sooča s številnimi izzivi in transformacijami, ko se povečujejo delovne frekvence, prehod iz mikrovalovnega frekvenčnega pasu v milimeter-valofno frekvenčni pas pa predstavlja kritično tehnološko prelomnico .

Microwaves generally refer to electromagnetic waves with frequencies between 300MHz and 30GHz, widely used in communication (such as radar, satellite communication), navigation, and other fields. A relatively mature technical system has been formed for PCB design in this frequency band. For example, in transmission line design, there is extensive practical experience in controlling the characteristic impedance of Strukture, kot so mikrostripne črte in stripline, in zagotavljanje celovitosti signala .

Po drugi strani so milimetrski valovi elektromagnetni valovi s frekvencami, ki segajo od 30GHz do 300GHz . v zadnjih letih, pritegnejo veliko pozornosti zaradi nastajajočih zahtev, kot so komunikacija 5G/6G, avtonomni radar za avtonomno vozo novih številk:

 

1. Tehnologija mikrostrupa
Microstrip line is one of the simplest and most commonly used transmission line technologies in microwave circuits, thanks to its ease of fabrication and high yield. Nevertheless, when transitioning to millimeter-wave frequencies, microstrip lines face numerous significant challenges. One key issue is radiation loss. At higher frequencies, microstrip circuits tend to behave like Antene, ki sevajo energijo v okoliški zrak . To vodi do nepotrebne izgube signala, ki postane hujša, ko se frekvenca povečuje . Poleg tega je za izdelavo mikroposlova potrebna izjemno visoka natančnost, s strogimi toleranci za široko prevodnico in debelino, ki jo je treba prevodnika in debeliranja, ki jih je treba strogo, in debeliranja, ki jih je treba stroge, in debeliranja, ki jih je treba stroge, in debeliranja, ki jih je treba stroge, in debeliranja, ki jih je treba stroge, in jih je treba, da je treba strogo, kot je treba, da se stroga, ki je treba strogo, kot stroge, da se stroga, ki so tudi stroge, in debeliranja tolerance in debeliranja, debeliranja toka, in debeliranja, in debeliranja prevodnika in bakrene debele. V proizvodnem procesu lahko povzroči resne težave z zmogljivostjo .

Drug izziv je v značilnostih širjenja elektromagnetnih valov v vezjih mikrosipa . elektromagnetni valovi se širijo ne samo skozi material vezja, temveč tudi skozi okoliški zrak, ki ima nizko dielektrično konstanto, ko je treba upoštevati celotno konstantno konstantno konstanto zraka Vezje . Pri frekvencah milimetra valov so običajno za zmanjšanje izgube signala ponavadi najprimernejši materiali z nižjo dielektrično konstanto, vendar lahko to povzroči počasnejše širjenje valov in fazne premike .

 

Stripline tehnologija
Stripline je še ena zanesljiva tehnologija vezja, ki lahko deluje pri frekvencah milimetra-vave ., ponuja odlično izolacijo, ker je dirigent v celoti zaprt z dielektričnimi materiali in zemeljskimi ravninami . Ta zasnova zagotavlja, da se elektromagnetni valovi v celoti v interakciji z okoliškim zrakom v celoti v interakciji z okoliškim zrakom, ki se v celoti v interaktivirajo, brez v interakciji z okoliškim zrakom {3} je težko izstreliti signale v vezje zaradi zaprte strukture .

Ustvarjanje konektorjev za vhod in izhod signala postane bolj zahtevno, zlasti pri milimetrskih frekvencah . Poleg tega je ta tehnologija zelo občutljiva na razlike v proizvodnem procesu, kar otežuje doseganje potrebnih toleranc . zaradi teh razlogov se stripne, ki se uporabljajo v posebnih aplikacijah, razen za posebne aplikacije, kot so avtomate, kot so avtomate, kot se samodejno uporabljate, kot samo

 

3. podlaga integrirani valovodi (SIW)
Substrate Integrated Waveguide (SIW) technology is gaining increasing popularity in millimeter-wave applications, particularly in automotive radar and other communication systems. SIW combines the advantages of waveguide technology and printed circuit board (PCB) fabrication. It forms a compact rectangular waveguide using a top metal layer, a bottom ground plane, and rows of plated skozi luknje (pths) . Ta zasnova omogoča širjenje signalov z nizko izgubo tudi pri visokih frekvencah .

However, the manufacturing of SIW circuits requires extremely high precision. The PTHs must be placed within very tight tolerances, especially for higher frequencies, making the fabrication process quite challenging. Additionally, SIW requires materials with minimal variations in dielectric constant, which further increases manufacturing difficulties.

 

4. ozemljen koplanarni valovnika (gcpw)
Ozemljeni koplanarni valovnici (GCPW) je še ena obetavna tehnologija daljnovoda za vezja milimetra-valov . Struktura GCPW združuje dielektrične materiale in bakrene vodnike za doseganje širjenja signalov z nizko izgubo ., ki je še posebej primerna za test in milimeter-Wave, in milimeter-Wave GCPW se lahko uporablja tudi v integriranih modelih, kjer so na istem PCB . potrebna tako milimeter-vala kot nižja frekvenčna vezja

Toda GCPW vezja so občutljiva na razlike v proizvodnem procesu, kot so spremembe dielektrične konstante dielektričnega materiala, debelina podlage in hrapavost bakrene površine . Ti dejavniki lahko povzročijo izkrivljanje faze, ki postane bolj kritična pri milimeterskih frekvencah {{2}. debelina .

 

Ključni premisleki v zasnovi vezja milimetra-valov
Ker aplikacije za vezje za milimeter-vave, kot sta avtomobilski radar in 5G brezžična omrežja, še naprej rastejo, morajo oblikovalci upoštevati več ključnih dejavnikov pri izbiri materialov vezja in tehnologij daljnovoda:

 

Proizvodne tolerance:

Milimeter-valovi imajo izjemno visoke zahteve za toleranco za širino prevodnika, debelino dielektrične plasti in kakovost površine bakra .

Celovitost signala: Za čim bolj zmanjšati vpliv dejavnikov, kot so izguba sevanja, fazno izkrivljanje in spremembe dielektrične konstante materialov, da se zagotovi zanesljive zmogljivosti pri visokih frekvencah .

Izbira materiala: Izbira materialov PCB je ključnega pomena za delovanje milimetrskih valovskih vezij . materiali z nizko dielektrično konstanto je prednostna za zmanjšanje izgube signala, vendar morajo njihove lastnosti ostati stabilne pri visokih frekvencah .

 

Zaključek
Zasnova frekvenčnih vezij milimeter-valov se sooča z edinstvenimi izzivi, hkrati pa prinaša ogromne priložnosti za nastajajoče aplikacije, kot so 5G omrežja in napredni sistemi za pomoč voznikov (ADAS) . Razumevanje prednosti in omejitev različnih daljnovodov, kot so mikroverne, SIW, SIW, SIW, SIW, SIW Millimeter-Wave Design .