Welche PCB-Substrate werden üblicherweise im Antennendesign verwendet?

Beim Antennendesign werden üblicherweise verschiedene Arten von PCB-Substraten verwendet, die sich jeweils durch unterschiedliche dielektrische Eigenschaften, Herstellungsverfahren und Anwendungseignung auszeichnen:

FR-4

FR-4 ist ein kostengünstiges Substrat mit guter mechanischer Festigkeit und Isolationsleistung und einer typischen Dielektrizitätskonstante (Dk) zwischen 4.0 und 4.5. Es wird häufig für Antennen in allgemeinen drahtlosen Kommunikationsgeräten verwendet, beispielsweise für Bluetooth- und WLAN-Antennen mit kurzer Reichweite. FR-4 eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen die Kosten eine wichtige Rolle spielen und die Leistungsanforderungen moderat sind.

Rogers

Rogers-Materialien zeichnen sich durch niedrige Dielektrizitätskonstanten und niedrige Verlustfaktoren aus, wodurch Signalübertragungsverluste reduziert werden. Verschiedene Rogers-Serien bieten Dielektrizitätskonstanten von etwa 2.2 bis 10 und erfüllen so unterschiedliche Designanforderungen. Sie werden häufig in Hochfrequenzantennendesigns wie Millimeterwellenantennen, Satellitenkommunikationsantennen und anderen drahtlosen Systemen eingesetzt, die eine hohe Signalqualität erfordern. Typische Modelle sind Rogers 5880, Rogers 3003, Rogers 4350B und die Low-Dk-Serie Rogers 5880LZ.

Taconic

Taconic-Substrate verfügen zudem über niedrige Dielektrizitätskonstanten, die Signalverzögerungen und -verzerrungen reduzieren und sie somit für Hochfrequenzanwendungen geeignet machen. Die Dielektrizitätskonstanten verschiedener Modelle variieren und liegen üblicherweise zwischen 2 und 5, wodurch sie sich ideal für Millimeterwellen und andere Hochfrequenzszenarien eignen. Zu den bemerkenswerten Modellen gehört TLY-5 aus sehr leichtem Glasfasergewebe, das Vorteile wie Dimensionsstabilität, niedrigen Verlustfaktor, geringe Feuchtigkeitsaufnahme, hohe Kupfer-Abziehfestigkeit und konstante Dielektrizitätskonstante bietet. TLY-5 wird häufig in Fahrzeugradaren, Satelliten-/Mobilfunkkommunikation, Leistungsverstärkern, LNBs, LNAs, LNCs und in Frequenzbändern wie Ka, E und W eingesetzt. RF-35? ist ein weiteres beliebtes Modell für verschiedene Hochfrequenzdesigns.

PTFE (Polytetrafluorethylen)-Substrate

PTFE-Materialien haben stabile Dielektrizitätskonstanten, typischerweise zwischen 2.0 und 3.0, mit extrem geringen Verlusten und eignen sich daher für die Hochfrequenz-Signalübertragung. PTFE wird häufig in hochpräzisen, leistungsstarken Antennendesigns verwendet, beispielsweise in Radarantennen, Luft- und Raumfahrtantennen und anderen Hochfrequenz-HF-Schaltungen.

Keramikgefüllte Substrate

Diese Substrate passen die Dielektrizitätskonstante durch Variation des Keramikfüllstoffanteils an. Sie weisen eine höhere mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit auf und können zur Kostensenkung bei gleichzeitig guter HF-Leistung beitragen. Keramikgefüllte Substrate werden häufig in Mittel- bis Hochfrequenzantennendesigns wie 5G-Kommunikationsantennen eingesetzt und eignen sich für miniaturisierte Antennen, bei denen bestimmte Größen- und Leistungsziele erreicht werden müssen.

Wangling-Substrate

Wangling ist eine chinesische Marke, die gängige kupferkaschierte PTFE-Glasfasergewebe-Laminate wie die Serien F4BM und F4BME sowie keramikgefüllte kupferkaschierte PTFE-Glasfasergewebe-Laminate wie F4BTM und F4BTME anbietet. Die Verbunddielektrikum-Substrate (TP, TF) bieten einstellbare Dielektrizitätskonstanten zwischen 3.0 und 25 bei geringem Verlust und geringer thermischer Drift. Wichtig: Wenn Leiterplattenhersteller Wangling-Materialien zum ersten Mal verwenden, können aufgrund der Unkenntnis bestimmte Prozessprobleme auftreten.

Wichtige Hinweise für Simulation und Design:

lDie Leiterplattendicke sollte in der Regel ein Vielfaches von etwa 0.254 mm betragen. Vermeiden Sie benutzerdefinierte Dicken wie 0.4 mm, da für die Herstellung und Validierung möglicherweise kein entsprechender Leiterplattenbestand verfügbar ist.

lBei Brettern mit einer Dicke von mehr als 1.5 mm sollten Sie die Verwendung von Wangling-Materialien aus dem Inland in Betracht ziehen.

lAchten Sie beim Design von Mehrschichtplatinen besonders auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des Substrats in der Z-Achse (gemessen in ppm/°C). Substrate mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante haben im Allgemeinen einen höheren CTE in der Z-Achse, was in Kombination mit anderen Materialien zu Problemen bei der Herstellung führen kann. Für Mehrschichtdesigns empfiehlt sich die Verwendung von Substraten mit höherem Dk-Wert und niedrigerem CTE, um die Fehlerrate zu reduzieren.

Kupferfolientypen: Gerollt vs. Elektrolytisch

Bei Millimeterwellenfrequenzen beeinflusst die Rauheit der Kupferfolienoberfläche die Leiterverluste von Übertragungsleitungen erheblich. Basierend auf Herstellungsverfahren und Leistung wird PCB-Kupferfolie hauptsächlich in zwei Typen unterteilt: gewalzte geglühte (RA) Kupferfolie und elektrolytische (ED) Kupferfolie.

Gewalzte, geglühte (RA) Kupferfolie

RA-Folie wird durch kontinuierliches Walzen und Pressen von reinen Kupferbarren hergestellt und weist eine sehr glatte Oberfläche und eine extrem geringe Rauheit auf, was eine hervorragende Leitfähigkeit gewährleistet. Sie eignet sich besonders für die Hochfrequenz-Signalübertragung. RA-Folie ist jedoch tendenziell teurer und unterliegt gewissen Dickenbeschränkungen.

Elektrolytische (ED) Kupferfolie

ED-Kupferfolie wird durch Galvanisieren hergestellt und hat zwei Seiten: eine glatte und eine raue. Die raue Seite dient der Verbindung der Folie mit dem Substrat, während die glatte Seite zum Plattieren oder Ätzen verwendet wird. ED-Kupferfolie ist günstiger und deckt ein breiteres Dickenspektrum ab. Ihre höhere Oberflächenrauheit führt jedoch zu höheren Leiterverlusten und ist daher für Hochfrequenzanwendungen weniger geeignet.

Haftungsausschluss: Dieser Artikel stammt aus dem Internet und stellt nur die persönlichen Ansichten des Autors dar. Er spiegelt nicht die Ansichten von Kinghelm oder die Branche als Ganzes. Die Inhalte werden hier ausschließlich zum Zwecke der Weiterveröffentlichung und des Informationsaustauschs veröffentlicht. Wir unterstützen den Schutz geistigen Eigentums. Bitte geben Sie beim Weiterveröffentlichen die Originalquelle und den Autor an. Bei Verstößen kontaktieren Sie uns bitte zur Entfernung.