Quais substratos de PCB são comumente usados em projetos de antenas?

No projeto de antenas, vários tipos de substratos de PCB são comumente usados, cada um com diferentes propriedades dielétricas, processos de fabricação e adequação à aplicação:

FR-4

O FR-4 é um substrato econômico que oferece boa resistência mecânica e desempenho de isolamento, com uma constante dielétrica típica (Dk) entre 4.0 e 4.5. É amplamente utilizado em antenas de dispositivos de comunicação sem fio em geral, como antenas de curto alcance Bluetooth e Wi-Fi. O FR-4 é especialmente adequado para aplicações onde o custo é sensível e os requisitos de desempenho são moderados.

Rogers

Os materiais Rogers apresentam constantes dielétricas mais baixas e baixos fatores de dissipação, o que ajuda a reduzir a perda de transmissão do sinal. Diferentes séries Rogers oferecem constantes dielétricas de cerca de 2.2 a 10, atendendo a diversas necessidades de projeto. São comumente utilizados em projetos de antenas de alta frequência, como antenas de ondas milimétricas, antenas de comunicação via satélite e outros sistemas sem fio que exigem alta qualidade de sinal. Modelos típicos incluem Rogers 5880, Rogers 3003, Rogers 4350B e a série Rogers 5880LZ de baixa densidade.

tacônico

Os substratos Taconic também possuem constantes dielétricas baixas que ajudam a reduzir o atraso e a distorção do sinal, tornando-os adequados para aplicações de alta frequência. As constantes dielétricas de diferentes modelos variam, geralmente entre 2 e 5, tornando-os ideais para ondas milimétricas e outros cenários de alta frequência. Modelos notáveis incluem o TLY-5, feito de fibra de vidro trançada muito leve, que oferece vantagens como estabilidade dimensional, baixo fator de dissipação, baixa absorção de umidade, alta resistência ao descascamento do cobre e constante dielétrica consistente. O TLY-5 é frequentemente usado em radares automotivos, comunicações via satélite/celulares, amplificadores de potência, LNBs, LNAs, LNCs e em bandas de frequência como Ka, E e W. O RF-35 é outro modelo popular para vários projetos de alta frequência.

Substratos de PTFE (politetrafluoroetileno)

Os materiais PTFE possuem constantes dielétricas estáveis, tipicamente entre 2.0 e 3.0, com perdas extremamente baixas, tornando-os adequados para transmissão de sinais de alta frequência. O PTFE é comumente usado em projetos de antenas de alta precisão e alto desempenho, como antenas de radar, antenas aeroespaciais e outros circuitos de RF de alta frequência.

Substratos preenchidos com cerâmica

Esses substratos ajustam a constante dielétrica variando a proporção de enchimento cerâmico. Possuem maior resistência mecânica e térmica, podendo ajudar a reduzir custos, mantendo um bom desempenho de RF. Substratos com enchimento cerâmico são amplamente utilizados em projetos de antenas de média a alta frequência, como antenas de comunicação 5G, e são adequados para antenas miniaturizadas onde metas específicas de tamanho e desempenho devem ser atendidas.

Substratos Wangling

A Wangling é uma marca nacional (chinesa) que oferece laminados comuns de fibra de vidro PTFE revestidos de cobre, como as séries F4BM e F4BME, bem como laminados de fibra de vidro PTFE revestidos de cobre com cerâmica, como F4BTM e F4BTME. Suas séries de substratos dielétricos compostos (TP, TF) oferecem constantes dielétricas que podem ser controladas entre 3.0 e 25, com baixas perdas por dissipação e baixa deriva térmica. Uma consideração: quando os fabricantes de PCB utilizam os materiais Wangling pela primeira vez, podem surgir certos problemas de processo devido à falta de familiaridade.

Notas importantes para simulação e design:

lA espessura da placa geralmente deve ser um múltiplo de aproximadamente 0.254 mm. Evite definir espessuras personalizadas, como 0.4 mm, pois o estoque de PCB correspondente pode não estar disponível para fabricação e validação.

lPara placas com espessura superior a 1.5 mm, considere usar materiais Wangling nacionais.

lAo projetar placas multicamadas, preste muita atenção ao coeficiente de expansão térmica (CTE) do eixo Z do substrato, medido em ppm/°C. Geralmente, substratos com constantes dielétricas mais baixas apresentam CTE mais alto no eixo Z, o que pode causar problemas durante a fabricação se combinados com outros materiais. Para projetos multicamadas, é melhor usar substratos com Dk mais alto e CTE mais baixo para reduzir as taxas de defeitos.

Tipos de folha de cobre: laminada vs. eletrolítica

Em frequências de ondas milimétricas, a rugosidade da superfície da folha de cobre afeta significativamente a perda de condutores em linhas de transmissão. Com base no processo de fabricação e no desempenho, a folha de cobre para PCB é dividida principalmente em dois tipos: folha de cobre recozida laminada (RA) e folha de cobre eletrolítica (ED).

Folha de cobre recozida laminada (RA)

Produzida por laminação e compressão contínuas de lingotes de cobre puro, a folha de RA possui uma superfície muito lisa e rugosidade extremamente baixa, o que proporciona excelente condutividade. É especialmente adequada para transmissão de sinais de alta frequência. No entanto, a folha de RA tende a ser mais cara e apresenta certas limitações de espessura.

Folha de cobre eletrolítica (ED)

A folha de cobre ED é produzida por galvanoplastia, resultando em dois lados: um liso e um rugoso. O lado rugoso ajuda a fixar a folha ao substrato, enquanto o lado liso é usado para galvanoplastia ou corrosão. A folha de cobre ED é mais acessível e abrange uma gama mais ampla de espessuras. No entanto, sua maior rugosidade superficial leva a maiores perdas no condutor, tornando-a menos adequada para aplicações de alta frequência.

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