¿Qué sustratos de PCB se utilizan comúnmente en el diseño de antenas?

En el diseño de antenas, se utilizan comúnmente varios tipos de sustratos de PCB, cada uno con diferentes propiedades dieléctricas, procesos de fabricación y idoneidad para aplicaciones:

FR-4

El FR-4 es un sustrato económico que ofrece buena resistencia mecánica y buen aislamiento, con una constante dieléctrica (Dk) típica de entre 4.0 y 4.5. Se utiliza ampliamente en antenas de dispositivos de comunicación inalámbrica general, como antenas Bluetooth y Wi-Fi de corto alcance. El FR-4 es especialmente adecuado para aplicaciones donde el coste es un factor importante y los requisitos de rendimiento son moderados.

Rogers

Los materiales Rogers presentan constantes dieléctricas más bajas y bajos factores de disipación, lo que ayuda a reducir la pérdida de transmisión de señal. Las diferentes series de Rogers ofrecen constantes dieléctricas de aproximadamente 2.2 a 10, satisfaciendo diversas necesidades de diseño. Se utilizan comúnmente en diseños de antenas de alta frecuencia, como antenas de ondas milimétricas, antenas de comunicación por satélite y otros sistemas inalámbricos que requieren una alta calidad de señal. Los modelos típicos incluyen Rogers 5880, Rogers 3003, Rogers 4350B y la serie Rogers 5880LZ de baja Dk.

Taconico

Los sustratos Taconic también presentan constantes dieléctricas bajas que ayudan a reducir el retardo y la distorsión de la señal, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alta frecuencia. Las constantes dieléctricas de los diferentes modelos varían, generalmente entre 2 y 5, lo que los hace ideales para ondas milimétricas y otros escenarios de alta frecuencia. Entre los modelos más destacados se encuentra el TLY-5, fabricado con tejido de fibra de vidrio muy ligero, que ofrece ventajas como estabilidad dimensional, bajo factor de disipación, baja absorción de humedad, alta resistencia al pelado del cobre y una constante dieléctrica constante. El TLY-5 se utiliza a menudo en radares automotrices, comunicaciones satelitales/celulares, amplificadores de potencia, LNB, LNA, LNC y en bandas de frecuencia como Ka, E y W. El RF-35™ es otro modelo popular para diversos diseños de alta frecuencia.

Sustratos de PTFE (politetrafluoroetileno)

Los materiales de PTFE presentan constantes dieléctricas estables, típicamente entre 2.0 y 3.0, con pérdidas extremadamente bajas, lo que los hace adecuados para la transmisión de señales de alta frecuencia. El PTFE se utiliza comúnmente en diseños de antenas de alta precisión y alto rendimiento, como antenas de radar, antenas aeroespaciales y otros circuitos de RF de alta frecuencia.

Sustratos rellenos de cerámica

Estos sustratos ajustan la constante dieléctrica variando la proporción de relleno cerámico. Presentan mayor resistencia mecánica y térmica, lo que ayuda a reducir costos y, al mismo tiempo, mantiene un buen rendimiento de RF. Los sustratos con relleno cerámico se utilizan ampliamente en diseños de antenas de frecuencia media a alta, como las antenas de comunicación 5G, y son adecuados para antenas miniaturizadas que requieren un tamaño y rendimiento específicos.

Sustratos Wangling

Wangling es una marca nacional (china) que ofrece laminados comunes de fibra de vidrio de PTFE revestidos de cobre, como las series F4BM y F4BME, así como laminados de fibra de vidrio de PTFE revestidos de cobre con relleno cerámico, como los F4BTM y F4BTME. Su serie de sustratos dieléctricos compuestos (TP, TF) ofrece constantes dieléctricas controlables entre 3.0 y 25, con baja pérdida por disipación y baja deriva térmica. Una consideración importante: cuando los fabricantes de PCB utilizan los materiales Wangling por primera vez, pueden surgir problemas de proceso debido a la falta de familiaridad con ellos.

Notas importantes para simulación y diseño:

lEl grosor de la placa debe ser generalmente un múltiplo de aproximadamente 0.254 mm. Evite configurar grosores personalizados como 0.4 mm, ya que podría no haber PCB disponibles para la fabricación y validación.

lPara tablas con un espesor superior a 1.5 mm, considere utilizar materiales Wangling nacionales.

lAl diseñar placas multicapa, preste especial atención al coeficiente de expansión térmica (CTE) del eje Z del sustrato (medido en ppm/°C). Generalmente, los sustratos con constantes dieléctricas más bajas tienen un CTE más alto en el eje Z, lo que podría causar problemas durante la fabricación si se combinan con otros materiales. Para diseños multicapa, es recomendable utilizar sustratos con un Dk más alto y un CTE más bajo para reducir la tasa de defectos.

Tipos de láminas de cobre: laminadas o electrolíticas

A frecuencias de ondas milimétricas, la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre afecta significativamente la pérdida de conductores en las líneas de transmisión. Según el proceso de fabricación y el rendimiento, la lámina de cobre para PCB se divide principalmente en dos tipos: lámina de cobre recocido laminado (RA) y lámina de cobre electrolítico (ED).

Lámina de cobre recocido laminado (RA)

Producida mediante laminación y compresión continua de lingotes de cobre puro, la lámina RA presenta una superficie muy lisa y una rugosidad extremadamente baja, lo que le proporciona una excelente conductividad. Es especialmente adecuada para la transmisión de señales de alta frecuencia. Sin embargo, la lámina RA suele ser más cara y presenta ciertas limitaciones de espesor.

Lámina de cobre electrolítico (ED)

La lámina de cobre ED se produce mediante galvanoplastia, lo que da como resultado dos caras: una lisa y otra rugosa. La cara rugosa ayuda a adherir la lámina al sustrato, mientras que la cara lisa se utiliza para el recubrimiento o grabado. La lámina de cobre ED es más económica y abarca una gama más amplia de espesores. Sin embargo, su mayor rugosidad superficial conlleva una mayor pérdida de conductor, lo que la hace menos adecuada para aplicaciones de alta frecuencia.

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