РЧ печатные платы — это очень сложный, но быстрорастущий сегмент отрасли производства печатных плат. В отрасли печатных плат платы, работающие на частотах выше 100 МГц, классифицируются как РЧ печатные платы. Однако этот стандарт останавливается на 2 ГГц. Кроме того, любая плата, работающая на частотах выше 2 ГГц, называется микроволновой платой. РЧ печатные платы имеют компоненты, которые работают с использованием радиочастот. РЧ печатные платы — это особая категория в отрасли производства печатных плат и, по оценкам, это самый быстрорастущий сектор.
Что такое печатные платы для микроволновых печей?
Любая РЧ печатная плата, работающая на частотах выше 2 ГГц, является микроволновой печатной платой. Радиочастота, на которой она работает, является ключевым отличием РЧ печатных плат от СВЧ печатных плат.
Любое приложение, которое должно принимать и отправлять радиосигналы, использует РЧ печатные платы, а СВЧ печатные платы используются для передачи сигналов связи. Радиолокационные станции и мобильные телефоны — два примера типичных применений РЧ печатных плат.
Различные типы материалов, используемых для производства радиочастотных печатных плат
Композиты из ПТФЭ с керамическим наполнителем
Они обладают превосходной механической и электрической стабильностью. Материалы для схем серии Rogers RO3000 обеспечивают стабильные механические свойства независимо от выбранной диэлектрической проницаемости (Dk), что позволяет проектировать многослойные платы с использованием широкого спектра материалов с диэлектрической проницаемостью без проблем с короблением или надежностью. В отличие от конкурентов на основе углеводородов, серия Taconic RF обеспечивает низкий коэффициент рассеяния и высокий потенциал теплопроводности, устойчива к окислению, пожелтению, повышению диэлектрической проницаемости и дрейфу коэффициента рассеяния.
Ламинат из армированного стекловолокном ПТФЭ
Они более стабильны по размерам, чем композиты из армированного рубленым волокном ПТФЭ, и изготавливаются из очень легких тканых стекловолокон. Материалы в продуктах Taconic TL имеют низкие коэффициенты рассеяния, что делает их идеальными для антенн миллиметрового диапазона и радиолокационных приложений на частоте 77 ГГц.
Углеводородные керамические ламинаты
Производители используют их для конструкций на частотах микроволнового и миллиметрового диапазона из-за их меньших потерь и более тонкой структуры, чем традиционные материалы из ПТФЭ. Продукция Rogers RO4000 обеспечивает теплопроводность выше среднего и широкий диапазон значений DK (2,55–6,15). (.6–.8).
Термореактивные микроволновые ламинаты
Эти материалы обеспечивают хорошую механическую надежность, коэффициенты теплового расширения, соответствующие меди, и низкие тепловые коэффициенты диэлектрической проницаемости (Dk). Высокочастотные ламинаты, производимые Rogers TMM, идеально подходят для полосковых и микрополосковых линий, требующих высокой надежности.
Другие типы материалов
Сверхнизкие потери, высокое тепловыделение, безгалогеновый Megtron 6
Эти платы изготовлены из MEGTRON 6 на основе углеводородной смолы, который подходит для высокоплотных межсоединений (HDI) и высокоскоростных (выше 3 ГГц) структур благодаря своей высокой температуре стеклования (Tg) и низкому расширению.
RF PCB
Заполненный PTFE (случайное стекло или керамика)
Композитные ламинаты, такие как материалы для высокочастотных схем Rogers RT/duroid®, выбираются для космических приложений из-за их низких электрических потерь, низкого влагопоглощения и низких свойств газовыделения.
Факторы, влияющие на конструкцию RF PCB
Согласованный импеданс
Максимальная передача мощности от источника к нагрузке без искажений происходит в контролируемых импедансных RF цепях, когда импеданс постоянен вдоль дорожки. Этот импеданс является характеристическим импедансом (Z0) дорожки. Кроме того, геометрия дорожки, такая как ширина дорожки, диэлектрическая проницаемость материала печатной платы, толщина дорожки и высота от опорной плоскости заземления, влияют на характеристический импеданс. Кроме того, согласующие схемы создаются для согласования этих импедансов.
Материалы плат
Производство RF PCB включает в себя специальные материалы, которые соответствуют требованиям высокочастотной работы. Эти материалы должны поглощать много тепла, иметь низкие потери сигнала и оставаться стабильными во время высокочастотной работы. Постоянство в широком диапазоне частот также является важным требованием для измерений диэлектрической проницаемости (ДП), тангенса угла потерь (ТГ) и коэффициента теплового расширения (КТР). Для этих плат типичный диапазон диэлектрической проницаемости составляет от 3 до 3,5. Для диапазона частот 10–30 ГГц значения тангенса угла потерь находятся в диапазоне от 0,0022 до 0,0095. Помимо этих конкретных требований, также важно учитывать стоимость материала и простоту изготовления.
Обычно используемые материалы включают материалы из ПТФЭ (политетрафторэтилена), керамики и углеводородов в сочетании со стеклом. Материалы Роджерса обычно используются для плат радиочастотной схемы. Существует несколько версий книги Роджерса. Вот список некоторых из них:
Rogers TMM
RO 3000
RO 4000
RT/duroid
Стекирование печатной платы RF
При стекировании платы RF необходимо учитывать такие детали, как изоляция между дорожками и компонентами, развязка источника питания, количество слоев и их расположение, размещение компонентов и т. д. Верхний слой — это то место, где размещаются дорожки и компоненты RF. Заземляющая плоскость и плоскость питания следуют близко друг к другу, за ними следуют дорожки и не-RF
части. Такая конфигурация минимизирует помехи между радиочастотными и не-радиочастотными компонентами. Возврат по земле имеет минимальный путь, обеспечиваемый близлежащей заземляющей плоскостью. Подводя итог, можно сказать, что эта компоновка хорошо подходит для компактных радиочастотных плат.
Проектирование радиочастотной трассы
РЧ-дорожки распространяют высокочастотные сигналы, что делает их восприимчивыми к потерям при передаче и проблемам с помехами. Главной заботой проектировщика является характеристическое сопротивление трассы. Дорожки на радиочастотной плате считаются линиями передачи. Копланарные волноводные (CPWC), микрополосковые и полосковые линии передачи являются тремя наиболее часто проектируемыми типами линий передачи. Факторы проектирования радиочастотной трассы, которые влияют на правильную работу и минимальные потери, следующие:
Длина трассы должна быть как можно короче, чтобы уменьшить затухание.
В макете радиочастотные и обычные трассы никогда не должны быть параллельны. Если они размещены таким образом, между ними возникнут помехи.
Заземляющие плоскости необходимы для обеспечения безопасного обратного пути.
Запрещается размещать контрольные точки на трассе. Значение согласования импеданса трассы будет прервано. Производительность трассы можно улучшить, делая плавные изгибы вместо непрерывных резких поворотов.
Проектирование плоскости заземления
Любая трасса или компонент, используемые в радиочастотной технологии, требуют обратного пути для протекания тока.
Плоскость заземления заботится об этом. Однако для плоскости заземления требуются некоторые дополнительные факторы проектирования. Давайте рассмотрим эти факторы сейчас.
Каждый слой радиочастот должен иметь отдельную плоскость заземления. Эта плоскость заземления расположена непосредственно под слоем, чтобы сделать путь протекания тока как можно короче.
В плоскости заземления не должно быть разрывов. Разрывы не допускаются.
Каждый шунтирующий элемент, используемый в линии передачи радиочастот, требует как минимум двух заземляющих переходных отверстий, поскольку эти разрывы могут обеспечить более короткий путь для возврата тока.
Проектирование переходных отверстий
Трассы радиочастот должны максимально избегать переходных отверстий. Рассмотрите возможность выбора определенной ширины и длины в зависимости от требований. Переходные отверстия вызывают паразитную емкость на плате. Эта емкость влияет на высокочастотную работу платы радиочастот. Поэтому при создании переходных отверстий для минимизации помех от этих частот крайне важно учитывать следующие рекомендации:
Увеличьте количество параллельных переходных отверстий для уменьшения паразитной емкости.
Каждый вывод или площадка компонента должны иметь выделенное переходное отверстие.
Используйте сшивание для реализации заземляющих плоскостей там, где это уместно. Таким образом, путь возврата тока через землю сокращается.
Минимизируйте переходные отверстия, используемые при маршрутизации радиочастотных трасс между слоями.
Используйте столько переходных отверстий, сколько позволяет конструкция, для соединения внутренних слоев и заземляющей плоскости верхнего слоя. Кроме того, расстояние между этими переходными отверстиями не должно превышать 1/20 длины волны сигнала.
Развязывающий источник питания
Используя этот метод, отфильтровывается шум, поступающий в схему от источника питания. Развязывающие конденсаторы — это тип конденсаторов, используемых для этой цели. Эти конденсаторы подключаются к источнику питания. Каждая плата радиочастотной схемы должна иметь согласование импеданса. Поэтому импеданс всей схемы не должен меняться после подключения развязывающих конденсаторов. Чтобы предотвратить изменения импеданса, придерживайтесь следующих рекомендаций по проектированию:
Для развязки всегда подключайте конденсаторы с минимально возможным импедансом.
Чтобы создать минимальный импеданс, запустите конденсатор на его собственной резонансной частоте (SRF). Значение SRF конденсатора обратно пропорционально значению его емкости.
Выбирайте конденсаторы с SRF, близким к частоте шума.
Размещение развязывающих конденсаторов
Успешная конструкция ВЧ также зависит от размещения развязывающих конденсаторов. Ниже представлена короткая схема, на которой показаны два развязывающих конденсатора, подключенных параллельно с компонентом ИС.
Роль более высокого конденсатора заключается в накоплении энергии и отфильтровывании низкочастотного шума из системы, в то время как более низкий конденсатор отфильтровывает высокочастотный шум.
Другие правила, связанные с размещением, включают:
Компоненты и развязывающие конденсаторы должны находиться на одном слое.
Расположите конденсаторы параллельно направлению сигнала.
Зарезервируйте отдельные заземляющие переходные отверстия для каждого конденсатора.
Конденсаторы должны быть расположены последовательно в порядке емкости источника питания. Поэтому компонент с наименьшей емкостью находится ближе всего к источнику питания.
Можно с уверенностью сказать, что РЧ-печатные платы могут внести значительный вклад в будущие коммуникации. Производители широко используют эти печатные платы в устройствах связи, таких как мобильные телефоны. Изучение изготовления РЧ-печатных плат очень полезно и является одним из ведущих направлений в индустрии печатных плат.
