Jakie podłoża PCB są powszechnie stosowane w projektowaniu anten?

W projektowaniu anten powszechnie stosuje się kilka rodzajów podłoży PCB, z których każde charakteryzuje się innymi właściwościami dielektrycznymi, procesem produkcyjnym i przydatnością do danego zastosowania:

FR-4

FR-4 to ekonomiczne podłoże, które oferuje dobrą wytrzymałość mechaniczną i izolacyjność, z typową stałą dielektryczną (Dk) między 4.0 a 4.5. Jest szeroko stosowane w antenach do ogólnych urządzeń komunikacji bezprzewodowej, takich jak anteny krótkiego zasięgu Bluetooth i Wi-Fi. FR-4 jest szczególnie odpowiedni do zastosowań, w których istotny jest koszt, a wymagania dotyczące wydajności są umiarkowane.

Rogers

Materiały Rogers charakteryzują się niższymi stałymi dielektrycznymi i niskimi współczynnikami stratności, co pomaga zmniejszyć straty sygnału. Różne serie Rogers oferują stałe dielektryczne od około 2.2 do 10, spełniając zróżnicowane wymagania projektowe. Są one powszechnie stosowane w projektach anten wysokoczęstotliwościowych, takich jak anteny milimetrowe, anteny komunikacji satelitarnej i inne systemy bezprzewodowe wymagające wysokiej jakości sygnału. Typowe modele to Rogers 5880, Rogers 3003, Rogers 4350B oraz seria Rogers 5880LZ o niskim współczynniku Dk.

Takonic

Podłoża Taconic charakteryzują się również niską stałą dielektryczną, która pomaga zredukować opóźnienia i zniekształcenia sygnału, dzięki czemu nadają się do zastosowań wysokoczęstotliwościowych. Stałe dielektryczne poszczególnych modeli różnią się, zazwyczaj w zakresie od 2 do 5, co czyni je idealnymi do zastosowań w zakresie fal milimetrowych i innych zastosowań wysokoczęstotliwościowych. Do godnych uwagi modeli należy TLY-5, wykonany z bardzo lekkiej tkaniny szklanej, oferującej takie zalety, jak stabilność wymiarowa, niski współczynnik stratności, niska absorpcja wilgoci, wysoka wytrzymałość miedzi na odrywanie oraz stała stała dielektryczna. TLY-5 jest często stosowany w radarach samochodowych, komunikacji satelitarnej/komórkowej, wzmacniaczach mocy, konwerterach LNB, LNA, LNC oraz w pasmach częstotliwości takich jak Ka, E i W. RF-35Ω to kolejny popularny model do różnych zastosowań wysokoczęstotliwościowych.

Podłoża PTFE (politetrafluoroetylenowe)

Materiały PTFE charakteryzują się stabilną stałą dielektryczną, zazwyczaj między 2.0 a 3.0, przy wyjątkowo niskich stratach, co czyni je odpowiednimi do transmisji sygnałów o wysokiej częstotliwości. PTFE jest powszechnie stosowany w wysokoprecyzyjnych i wydajnych konstrukcjach anten, takich jak anteny radarowe, anteny lotnicze i kosmiczne oraz inne obwody RF o wysokiej częstotliwości.

Podłoża wypełnione ceramiką

Podłoża te regulują stałą dielektryczną poprzez zmianę proporcji wypełniacza ceramicznego. Charakteryzują się wyższą wytrzymałością mechaniczną i odpornością na ciepło, a także mogą pomóc obniżyć koszty przy jednoczesnym zachowaniu dobrej wydajności RF. Podłoża wypełnione ceramiką są szeroko stosowane w projektach anten o średniej i wysokiej częstotliwości, takich jak anteny komunikacyjne 5G, i nadają się do anten miniaturowych, gdzie wymagane są określone parametry rozmiaru i wydajności.

Podłoża Wangling

Wangling to krajowa (chińska) marka oferująca popularne laminaty PTFE z włókna szklanego pokryte miedzią, takie jak serie F4BM i F4BME, a także laminaty PTFE z włókna szklanego wypełnione ceramiką pokryte miedzią, takie jak F4BTM i F4BTME. Ich seria kompozytowych podłoży dielektrycznych (TP, TF) oferuje stałą dielektryczną, którą można regulować w zakresie od 3.0 do 25, przy niskich stratach rozpraszania i niskim dryfcie cieplnym. Należy pamiętać, że gdy producenci PCB po raz pierwszy używają materiałów Wangling, mogą pojawić się pewne problemy procesowe wynikające z nieznajomości tematu.

Ważne uwagi dotyczące symulacji i projektowania:

lGrubość płytki powinna być zazwyczaj wielokrotnością około 0.254 mm. Należy unikać ustawiania niestandardowych grubości, takich jak 0.4 mm, ponieważ odpowiedni materiał PCB może nie być dostępny do produkcji i walidacji.

lW przypadku desek o grubości większej niż 1.5 mm, należy rozważyć zastosowanie krajowych materiałów Wangling.

lProjektując płytki wielowarstwowe, należy zwrócić szczególną uwagę na współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) podłoża w osi Z (ppm/°C). Zasadniczo podłoża o niższych stałych dielektrycznych mają wyższy współczynnik CTE w osi Z, co może prowadzić do problemów produkcyjnych w połączeniu z innymi materiałami. W przypadku projektów wielowarstwowych lepiej jest stosować podłoża o wyższym współczynniku Dk i niższym współczynniku CTE, aby zmniejszyć liczbę defektów.

Rodzaje folii miedzianej: walcowana i elektrolityczna

W przypadku częstotliwości fal milimetrowych chropowatość powierzchni folii miedzianej znacząco wpływa na straty przewodzące w liniach transmisyjnych. Ze względu na proces produkcji i parametry, folie miedziane PCB dzieli się głównie na dwa rodzaje: folie miedziane walcowane (RA) oraz folie miedziane elektrolityczne (ED).

Folia miedziana walcowana wyżarzana (RA)

Folia RA, produkowana w procesie ciągłego walcowania i kompresji sztabek czystej miedzi, charakteryzuje się bardzo gładką powierzchnią i wyjątkowo niską chropowatością, co zapewnia doskonałą przewodność. Jest szczególnie odpowiednia do transmisji sygnałów o wysokiej częstotliwości. Folia RA jest jednak zazwyczaj droższa i ma pewne ograniczenia dotyczące grubości.

Folia miedziana elektrolityczna (ED)

Folia z miedzi ED jest wytwarzana metodą galwaniczną, co skutkuje powstaniem dwóch stron: gładkiej i chropowatej. Strona chropowata pomaga w połączeniu folii z podłożem, natomiast strona gładka służy do powlekania lub trawienia. Folia z miedzi ED jest tańsza i dostępna w szerszym zakresie grubości. Jednak większa chropowatość powierzchni powoduje większe straty przewodnika, co czyni ją mniej odpowiednią do zastosowań o wysokiej częstotliwości.

Zrzeczenie się: Niniejszy artykuł pochodzi z internetu i przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora. Nie odzwierciedla on poglądów Kinghelm lub całej branży. Udostępniamy je wyłącznie w celu ponownego opublikowania i udostępniania informacji. Wspieramy ochronę własności intelektualnej — prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy ponownym publikowaniu. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.