Az RF PCB olyan típusú elektronikus eszköz, amely rádiófrekvenciás (RF) hullámokat használ az adatok fogadására vagy továbbítására. Két fő komponensből áll: egy RF adó-vevőből és egy antennából. A következő bekezdésekben megismerheti az RF PCB különböző típusait, a megfelelő RF PCB anyagok kiválasztásakor alkalmazandó paramétereket, a kiválasztás módját és az RF PCB tervezésének módját.
Szüksége van egy Gyors árajánlat PCB-hez?
Mi az RF PCB?
Egy RF nyomtatott áramköri lap olyan, amely 100 MHz-nél nagyobb frekvencián működik. Méreteiket gondosan megbecsülik és alkalmazzák az áramköri tervezésben annak az RF frekvenciának az alapján, amelyre azt szánják.
Az RF rendszer RF áramkörök tervezéséhez szükséges, amelyeket áramköri lapokra kell nyomtatni, vagy csak passzív átviteli vonalakat használva, mint például RF szűrők, RF osztók/kombinátorok, RF csatolók és csillapítók; vagy aktív áramköri elemek használatával, amelyek RF tranzisztorok vagy RF integrált áramkörök használatát foglalják magukban a passzív átviteli vonalakkal kombinálva. Az RF-rendszerek tervezéséhez aktív és passzív áramkörökre egyaránt szükség van.
Különböző típusú RF PCB-k
Először is, mert az RF PCB-k minimális rétegszáma kettő. A legelterjedtebb típusok a kétoldalas és a többrétegű RF PCB-k.
A Mikrohullámú PCB-k a leggyakrabban használt nyomtatott áramköri lapok 2 GHz feletti rádiófrekvenciával. Vannak még RF Rugalmas PCB-k, egyesítve az RF és a rugalmas NYÁK előnyeit. Akkor, RF kerámia PCB-k nagy hővezető képességgel rendelkeznek, gyakran használják őket Bluetooth-eszközökben, routerekben és mikrohullámú műholdas kommunikációban.
Végül, ahogy a neve is sugallja, Hibrid RF PCB-k RF és nem RF komponensek is vannak ugyanazon a lapon. Ezek a távközlésben, a tárgyak interneteiben és a repülés- és űrtechnológiában használhatók.
Az RF PCB szubsztrát anyagának kiválasztásakor figyelembe veendő paraméterek
A nyomtatott áramköri lapok RF áramkörökhöz történő tervezésekor gondosan meg kell fontolni a nyomtatott áramköri lapok hordozóanyagát és a hordozólemezek vastagságát. Az RF jelek igazításai, más néven RF átviteli vonalak, nem a tipikus csatlakozási igazítások. A következő paramétereket veszik leggyakrabban figyelembe, amikor RF PCB szubsztrát anyagokat választanak egy tervezési alkalmazáshoz.
Dielektromos állandó
Ez az egyik legfontosabb paraméter a NYÁK anyagválasztásánál. Egy anyag dielektromos állandója az elektromos energia tárolására való képességének mérőszáma. Azt fejezi ki, hogy egy anyag milyen mértékben tartja meg vagy koncentrálja az elektromos áramot.
Értéke meghatározza az átviteli vonal hosszát, és befolyásolja az átviteli vonal szélességét is egy bizonyos impedanciaérték esetén. A dielektromos közegben a jel hullámhosszát a következő adja meg
Hol
C = a fény sebessége a légüres térben
f = a jel frekvenciája
ɛr = az anyag dielektromos állandója
Ez a legegyszerűbb összefüggés a hullámhossz terjedésére egy dielektromos közegben. Amint a fenti egyenlet ábrázolja, láthatjuk, hogy a nagyobb dielektromos állandójú anyag kisebb elektromos méreteket biztosít, és így miniatürizált kialakítást eredményez.
Minden átviteli vonal és hullámvezető hasonló, de nem pontos viselkedést követ. Minden átviteli vonalnak saját geometriája van, és a pontos összefüggés a geometriától függ. A leggyakrabban használt átviteli vonal a mikrocsík, amelynek csak az egyik oldalán van alaplapja, és ezért kvázi TEM átviteli vonal. A mikroszalag átviteli vonal effektív hullámhosszát a következő összefüggések adják meg:
Általában a nagyobb dielektromos állandójú anyagok PCB szubsztrát anyagai sokkal alkalmasabbak az alacsonyabb frekvenciájú kialakításokhoz, mivel hajlamosak csökkenteni az átviteli vonal fizikai hosszát, miközben megtartják az elektromos hosszúságot (hullámhossz vagy törtrész tekintetében).
Hasonlóképpen az átviteli vonal fizikai sávszélességét a PCB anyag dielektromos állandója is befolyásolja egy bizonyos jellemző impedancia esetén. A PCB-anyag nagyobb dielektromos állandója hajlamos az elektromos áramlást koncentrálni egy bizonyos jellemző impedanciaérték elérése érdekében. Ezért az átviteli vonal szélessége a nagyobb dielektromos állandójú anyagoknál általában kisebb.
Veszteség Tangens
A dielektromos veszteségtangens, amelyet "tan(δ)"-ként is jelölnek, a jel csillapításának mérőszáma, ahogy az RF jel terjed az átviteli vonalon. Az RF nyomtatott áramköri lapok adatlapja ezt a veszteséget általában disszipációs tényezőként (Df) jelöli. A veszteségtangens a mikrohullámú jel dielektromos anyag általi elnyelésének eredménye, és az anyag szerkezetétől és üveggyanta-összetételétől függ. Általában a veszteségtangens minimális értéke kívánatos, ami biztosítja, hogy az átvitt jel minimális jelerősség-veszteséggel jusson el a célállomásig.
Csökkenés=2,3 x f x tan(δ) x √εr
Hol:
- f a frekvencia GHz-ben
- tan(δ) a dimenziótlan veszteségtangens
- εr az anyag relatív dielektromos állandója
Ideális esetben a legalacsonyabb veszteségű anyag kiválasztása a legjobb választás. Az alacsonyabb veszteség azonban magasabb költségekkel jár.
Az alábbi táblázat az ELE PCB katalógusából származó néhány RF PCB anyagot mutat be, amelyeket felhasználhat a tervezéshez. Dielektromos állandójuk és veszteségtangensük az alábbi harmonika táblázatban található:
Anyagok dielektromos állandója és veszteségtangens táblázata
| RF PCB szubsztrát anyag | Dielektromos állandó | Tangencia veszteség |
| FR-4 | 4.4 | 0.016 |
| Rogers RO4003 | 3.38 | 0.0027 |
| Rogers RO4350B | 3.48 | 0.0037 |
| Rogers RO3003 | 3 | 0.0013 |
| Rogers RO5880 | 2.2 | 0.0009 |
| RT/duroid 6035HTC | 3.5 | 0.0013 |
| RT/duroid 6006 | 6.15 | 0.0027 |
| RT/duroid 6010.2LM | 10.2 | 0.0023 |
| Nelco 4000-6 | 4.12 | 0.012 |
| Nelco 4000-13 EP | 3.7 | 0.009 |
| Nelco 4000-13 EP SI | 3.2 | 0.008 |
Alátét vastagsága
A szubsztrát vastagsága nemcsak a NYÁK fizikai szilárdságát, hanem az RF átviteli vonalak méreteit és veszteségeit is befolyásolja. A vastagabb szubsztrátumok a bőrhatás és a nagyobb felület miatt szélesebb átviteli vonalakat eredményeznek, alacsonyabb vezetési veszteségekkel. Ezek a tényezők fontosak a nagy teljesítményű RF-alkalmazások esetében.
Lyukakon keresztül
A képnek van egy másik oldala is. Az átmenő lyukakat gyakran használják az átviteli vonalas áramkörökben, hogy az áramköri elrendezés egy adott pontjához földelési kapcsolatot biztosítsanak. Nagyfrekvenciás áramkörök esetében gyakran megfigyelhető, hogy a via lyukak nem ideálisan viselkedhetnek, és kóbor induktivitási értéket adhatnak az áramkörnek, ami rendkívül nem kívánatos. Ez nagyon is lehetséges, ha nagyfrekvenciás áramkörök tervezésénél vastagabb szubsztrátot használ. A vastagabb szubsztrátumok általában hosszú via lyukakat biztosítanak, ezért induktív hatást eredményezhetnek. E probléma mérséklése érdekében gyakran ajánlott több via-lyuk párhuzamos használata (széles alaplapban) a földi induktivitás minimalizálása érdekében.
A pályaszélesség és annak függése a frekvenciától
Az RF áramkörök tervezésénél általános szabály, hogy az átviteli vezetékek úgy viselkednek, mint a normál áramköri vezeték (és nem mint az RF átviteli vezeték), ha az áramkör méretei kisebbek, mint λ/10. RF átviteli vezetékeknél figyelembe kell venni, hogy az RF sávszélességnek és a PCB magasságnak mindig kisebbnek kell lennie, mint λ/10, mivel az RF jel egészen másképp viselkedhet. Tehát a szubsztrát vastagságát ennek megfelelően kell megválasztani.
Burkolat
A burkolat a PCB-k hordozóján lévő rézréteg. Az RF-sávok vagy vonalak kialakításához maratják. A réz jó vezető. Az RF PCB-k mindkét oldalán van burkolat. A burkolat vastagsága 17-70 µm. Ez befolyásolja a szimulációt és a tervezést. A nagy teljesítményű RF vastagabb burkolatot igényel a veszteségek csökkentése érdekében. A több burkolat nem segít, mivel a bőrhatás miatt az RF áram a felületen folyik.
Hővezető képesség
A hővezető képesség egy adott anyag hőenergiát vezető vagy átadó képessége. Az RF PCB szubsztrát hővezető képessége fontos paraméter, ha a céltervezés RF teljesítményű alkalmazás, például teljesítményerősítő vagy nagy teljesítményű kapcsoló, amelyben a disszipált hőt el kell vezetni az áramköri alkatrészektől. Az ELE PCB azt javasolja a tervezőknek, hogy a nagy hővezető képességet igénylő alkalmazásokhoz speciális RF PCB szubsztrátumok, mint például a Rogers RT/Duroid 6035HTC vagy a Rogers TC sorozat, használatát ajánlja.
Hőtágulási együttható
A PCB anyag hőtágulási együtthatója megmutatja, hogyan változik a PCB mérete a hőmérséklet függvényében. Ez a méretváltozás tört része a hőmérséklet egy fokos változására vetítve, állandó nyomás mellett. Az alacsonyabb együtthatók kisebb méretváltozást jelentenek. RF áramkörök esetében a méretváltozás (különösen a Z irányban) hatással lehet a NYÁK vastagságára és az átviteli vonal impedanciájára, ami eltérést és rossz teljesítményt okozhat.
A Rogers TMM sorozatú PCB szubsztrátumok alkalmasak magas hőmérsékletű vagy nagy teljesítményű RF tervezésekhez, mivel stabilak és megbízhatóak. Hőtágulási együtthatójuk a rézhez hasonló, ami segít a via lyukaknál.
Az RF PCB-ben használt 5 anyag összehasonlítása
| Anyagok | Dielektromos állandó | Költségek | Alkalmas |
| FR-4 | 4.4 | költséghatékony | alacsony frekvenciájú RF alkalmazások |
| PTFE | 2.2-2.8 | drágább, mint az FR-4 anyag | minden nagyfrekvenciás RF-alkalmazás |
| Rogers laminált | Tipikus 2-10 | tágabb, mint az FR-4 | RF és mikrohullámú PCB alkalmazások |
| Kerámia alapú anyagok | Alumina: 3-9, AN: 9-10,4 | magas költség | RF alkalmazás |
| Folyékony kristályos polimer (LCP) | 2.9-3.1 | drágább, mint az FR-4 vagy a PTFE | nagyfrekvenciás RF alkalmazások |
Az # PTFE az egyik leggyakrabban használt anyag az RF NYÁK tervezésénél, és nagyon ajánljuk.
Az RF PCB tervezésének lépései
1. lépés: Tervezési szabályok és követelmények összegyűjtése - Először is, legyen tisztában a frekvenciatartomány, a költségek, a zajspecifikációk, a sávszélesség, a teljesítményszintek, a nyomtatott áramköri lap mérete és minden egyéb műszaki követelmény.
2. lépés: RF PCB elrendezés létrehozása – PCB elrendezés tervezése kritikus fontosságú a szakasz elején figyelembe venni, mivel az impedancia függ attól, hogy mennyi és milyen gyorsan mozoghat az elektromosság a nyomvonalon lefelé. Az egymásra épülés befolyásolja, hogy a gépészmérnök hogyan tervezi meg és illeszti be a nyomtatott áramkört az eszközbe.
3. lépés: RF PCB Stackup tervezése - Az RF PCB tervezés három legfontosabb pontja az izolálás, a leválasztás és a rétegrend (legalább 4 rétegű PCB stackup belső táp- és földsíkokkal).
4. lépés: Hely Összetevők - Figyelembe kell vennie az egyes alkatrészek frekvenciatartományát, erősítését, zajszámát, teljesítményszintjét és hőmérsékleti ellenállását. Jelezve, hogy bizonyos alkatrészek nem helyezhetők közel egymáshoz, ha elektromos zajt okoznak az áramkörben.
Különítse el az analóg és a digitális részeket, és biztosítson helyet a vezetékek és a hangolók számára az eszközök körül. Ezután tartsa elérhetővé az RF bemeneti és kimeneti portokat, és csoportosítsa a gyakran interakcióba lépő eszközöket.
5. lépés: Match impedancia - A következő technikák alkalmazhatók az impedanciaillesztés megvalósítására:
1. Transzformátor impedanciaillesztési technika: az impedanciaillesztés a megfelelő transzformátor kialakításának kiválasztásával érhető el.
2. A csillapító impedanciaillesztési technikája: Az áramkörben bizonyos számú ellenállás vagy csillapító sorba kapcsolásával az áramkör impedanciamérete megváltozik.
3. Szűrő impedanciaillesztési technológia: a szűrő paramétereinek megváltoztatásával az áramkör impedancia méretének megváltoztatásával a bemeneti és kimeneti portok impedanciaillesztésének elérése érdekében.
6. lépés: Földi - Az alaplaphoz használjon folyamatos rézkitöltést, és tartsa azt az RF jelekhez és nyomvonalakhoz közel.
7. lépés: Szimuláció és ellenőrzés - Ellenőrizze az impedanciát, a veszteségeket és a frekvenciaválaszt. Ezután tesztelje működését különböző körülmények között.
8. lépés: Címkék és azonosítók hozzáadása - Végezetül készítse el az elrendezéshez szükséges címkéket, azonosítókat, jelöléseket vagy referenciajelöléseket.
Következtetés
Megfelelő RF kiválasztása PCB figyelembe kell venni a paramétereket és a teljesítményt, az anyagválasztást, a tervezési és gyártási kérdéseket és egyéb változókat.
Ha mikrohullámú vagy RF PCB-ket szeretne létrehozni, és gyártási kérdései vannak, vagy árra van szüksége, a legjobb RF PCB gyártója Kínában, ELE, több mint 10 éves széleskörű mérnöki tapasztalattal tud Önnek segíteni.
Hungarian 
English 
Italian