Forståelse af overgangen fra mikrobølger til millimeterbølger i PCB -design

 

Inden for elektronisk teknik står designet af trykte kredsløbskort (PCB) over for adskillige udfordringer og transformationer, når driftsfrekvenser stiger, og overgangen fra mikrobølgefrekvensbåndet til millimeterbølgefrekvensbåndet repræsenterer et kritisk teknologisk drejepunkt .}

Mikrobølger henviser generelt til elektromagnetiske bølger med frekvenser mellem 300 MHz og 30 GHz, der er vidt brugt i kommunikation (såsom radar, satellitkommunikation), navigation og andre felter . Et relativt modent teknisk system er blevet dannet for PCB -design i dette frekvensbånd {{3} for eksempel i transmissionslinjesign, der er omfattende praktisk erfaring med kontrollering af kontrollerende Impedance af strukturer af strukturer, for eksempel i transmissionslinjen, der er omfattende praktisk, at det er en karakter, der er karakteristik. mikrostriplinjer og stripliner og sikrer signalintegritet .

Millimeter waves, on the other hand, are electromagnetic waves with frequencies ranging from 30GHz to 300GHz. In recent years, they have attracted significant attention due to emerging application demands such as 5G/6G communication, autonomous driving radar, and high-precision imaging. However, when transitioning to millimeter waves, PCB design needs to address a series of Nye problemer:

 

1. MicroStrip Line Technology
Microstrip-linje er en af de enkleste og mest almindeligt anvendte transmissionslinjeteknologier i mikrobølgeforløb, takket være dens lette fremstilling og høje udbytte . Ikke desto mindre, når overgangen til millimeterbølgefrekvenser, mikrostrip linjer står over for adskillige betydelige udfordringer {{2} ét et nøgleproblem er strålingstab .}}} på højere frist. antennas, radiating energy into the surrounding air. This leads to unnecessary signal loss, which becomes more severe as the frequency increases. Additionally, the manufacturing of microstrip circuits requires extremely high precision, with strict tolerances for conductor width and copper thickness. As the frequency rises, the tolerance requirements become even stricter, and small deviations in the Fremstillingsproces kan forårsage alvorlige ydelsesproblemer .

En anden udfordring ligger i udbredelsesegenskaberne for elektromagnetiske bølger i mikrostripkredsløb . elektromagnetiske bølger, der ikke kun udbreder gennem kredsløbsmaterialet, men også gennem den omgivende luft, der har en lav dielektrisk konstant . den lave dielektriske konstant af luft påvirker den effektive dielektriske konstant af hele kredsløbet og skal tages til hensyntagen, når den modellerer, når den modellerer den, den modellering af den regnskabsmæssige knude kredsløb . ved millimeterbølgefrekvenser, kredsløbsmaterialer med en nedre dielektrisk konstant foretrækkes normalt at reducere signaltab, men dette kan resultere i langsommere bølgeformering og faseskift .

 

2. Stripline -teknologi
Stripline er en anden pålidelig kredsløbsteknologi, der er i stand til at fungere ved millimeterbølgefrekvenser . Det tilbyder fremragende isolering, fordi lederen er fuldstændigt lukket af dielektrisk materiale og jordplaner . Dette design sikrer, at elektromagnetiske bølger, der forplantes helt inden for kredsløbet uden at interagere med den omgivende luft {{3}, men dog problem signaler ind i kredsløbet på grund af dets lukkede struktur .

Oprettelse af stik til signalindgang og output bliver mere udfordrende, især ved millimeterbølgefrekvenser . Desuden er denne teknologi meget følsom over for variationer i fremstillingsprocessen, hvilket gør det vanskeligt at opnå de krævede tolerancer . af disse grunde, striplin er mindre almindeligt anvendt i millimeter-bølgekredsløb, undtagen specifikke anvendelser, såsom biltradar-systemer .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}} yd

 

3. Substrat Integreret bølgeleder (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 Gennemhuller (PTHS) . Dette design muliggør lavtab signalformering, selv ved høje frekvenser .

Imidlertid kræver fremstilling af SIW -kredsløb ekstremt høj præcision . PTH'erne skal placeres inden for meget stramme tolerancer, især for højere frekvenser, hvilket gør fabrikationsprocessen ganske udfordrende . Derudover kræver Siw materialer med minimale variationer i dielektrisk konstant, hvilket yderligere øger fremstilling af fremstillinger af vanskeligheder .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

 

4. jordet coplanar bølgeleder (GCPW)
Grounded Coplanar Waveguide (GCPW) er en anden lovende transmissionslinjeteknologi til millimeterbølgekredsløb . GCPW-strukturen kombinerer dielektriske materialer og kobberledere for at opnå lavt-tab signalformering . det er især egnet til bredbånd rf, mikrobølge og millimeter-bølgeanvendelser, såsom test og målingssystemer .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} GCPW kan også bruges i integrerede designs, hvor både millimeterbølge- og lavere frekvenskredsløb kræves på den samme PCB .

Men GCPW-kredsløb er følsomme over for variationer i fremstillingsprocessen, såsom ændringer i den dielektriske konstant af det dielektriske materiale, substrattykkelse og kobberoverfladesruhed . Disse faktorer kan forårsage faseforvrængning, hvilket bliver mere kritisk ved millimeter-bølgefrekvenser . for at sikre optimal ydeevne, streng kontrol over fremstillingen er nødvendig, inklusive vedligeholdelse af præcise ledelsesbesætninger . for at sikre optimal ydeevne, streng kontrol over fremstillingen over fremstillingen er nødvendig, inklusive vedligeholdelse af præcise ledende ledelsesbesætninger og og gældende ledende og og 2 Tykkelse .

 

Nøgleovervejelser i millimeterbølgekredsdesign
Da millimeterbølgekredsløbsapplikationer såsom bilradar og 5G trådløse netværk fortsætter med at vokse, skal designere overveje flere nøglefaktorer, når de vælger kredsløbsmaterialer og transmissionslinjeteknologier:

 

Fremstillingstolerancer:

Millimeterbølgekredsløb har ekstremt høje tolerancebehov til lederbredde, dielektrisk lagtykkelse og kobberoverfladekvalitet .

Signalintegritet: Det er nødvendigt at minimere virkningen af faktorer såsom strålingstab, faseforvrængning og ændringer i den dielektriske konstant af materialer for at sikre pålidelig ydelse ved høje frekvenser .

Valg af materiale: Valget af PCB-materialer er afgørende for udførelsen af millimeterbølgekredsløb . Materialer med en lav dielektrisk konstant foretrækkes at reducere signaltab, men deres egenskaber skal forblive stabile ved høje frekvenser .

 

Konklusion
Designet af frekvenskredsløb på millimeterbølger står over for unikke udfordringer, men på samme tid bringer det enorme muligheder for nye applikationer såsom 5G-netværk og avancerede driverassistentsystem Millimeter-Wave Design .