Constanta dielectrică (Dk) și factorul de pierdere (Df) ale plăcilor cu circuite imprimate de înaltă frecvență sunt parametrii de bază care determină calitatea transmisiei semnalului de înaltă frecvență. Mulți parametri nominali ai producătorilor au probleme, cum ar fi condițiile de testare opace și etichetarea falsă, care pot duce cu ușurință la capcane în proiectarea și producția reală. Mai jos, vom rezuma punctele de bază ale cunoștințelor practice ale acestor doi parametri pentru a vă ajuta să evitați capcanele parametrilor.
Definiție de bază și terminologie comună în industrie
Constanta dielectrică (Dk/ε r): caracterizează capacitatea substratului pcb de a stoca sarcini într-un câmp electric. În inginerie, se referă la constanta dielectrică relativă (valoarea vidului de 1), care este o proprietate intrinsecă adimensională.
Factorul de pierdere (Df/tan δ): Se referă la proporția de energie electrică convertită în energie termică pe unitatea de timp de un substrat sub câmpuri electrice alternative de înaltă frecvență, cunoscută și sub numele de tangentă de pierdere dielectrică.
Capcana parametrilor cea mai ușor de trecut cu vederea
Nepotrivirea frecvenței de testare: Dk-ul fr4 obișnuit este de obicei măsurat la o frecvență joasă de 1 MHz, în timp ce plăcile de circuite imprimate de înaltă frecvență necesită cel puțin 10 GHz (bandă X-) de date măsurate, iar parametrii de frecvență joasă nu pot reprezenta deloc performanța scenei de înaltă frecvență.
Marcare virtuală a toleranței nominale: diferența de lot Dk a fr4 obișnuit poate ajunge la ± 0,2, în timp ce toleranța Dk a materialelor de înaltă frecvență calificate trebuie controlată în ± 0,02. Toleranța de marcare virtuală va cauza direct o abatere reală a impedanței de 5-10 Ω, depășind cerința de toleranță de ± 2% pentru circuitele RF.
Ascunderea stabilității mediului: multe materiale cu frecvență înaltă cu preț redus-nu etichetează coeficientul de temperatură constantă dielectrică τ Dk. În scenariile în aer liber, care variază de la -40 de grade la+85 grade, Dk se modifică semnificativ odată cu deviația de temperatură, provocând direct deviația de impedanță și nepotrivirea semnalului.
Influența umidității nu este explicată: atunci când rata de absorbție a apei a substratului este prea mare, Dk va crește semnificativ după absorbția apei, Df se va deteriora sincron, iar pierderea semnalului în medii umede va depăși cu mult valoarea nominală.
Impactul de bază al doi parametri asupra performanței circuitului
Constanta dielectrica (Dk):
Determinând direct viteza de transmisie a semnalului, cu cât Dk este mai mic, cu atât întârzierea de propagare a semnalului este mai mică și viteza de transmisie este mai mare.
Este parametrul de intrare de bază pentru simularea impedanței, iar abaterea Dk poate duce direct la eșecul modelelor standard de impedanță, cum ar fi 50 Ω/100 Ω, provocând reflexia semnalului.
Factorul de pierdere (Df):
Determinând direct pierderea de inserție a semnalelor de înaltă frecvență, în banda de frecvență de peste 10GHz, pierderea pe inch de fr4 obișnuit poate ajunge la 1-2dB, iar materialele de înaltă frecvență pot fi controlate cu 0,2dB.
Df excesiv poate duce la risipa de putere la capătul de transmisie și incapacitatea de a demodula semnale slabe la capătul de recepție, reducând direct distanța de comunicare și sensibilitatea de detectare a radarului.
Referință tipică a parametrilor pentru tabla de înaltă frecvență
| sistem material | Valoare tipică Dk (10 GHz) | Valoare Df tipică (10 GHz) | Scenarii aplicabile de bază |
|---|---|---|---|
| FR-4 obișnuit | 4.2~4.6 | ~0.02 | Circuite digitale de viteză redusă sub 1 GHz |
| Seria de rășini carbon hidrogen | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | Stație de bază 5G, modul optic-de mare viteză |
| seria RO4000 | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | Amplificator RF, radar auto |
| Seria modificată cu PTFE | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Undă milimetrică, comunicații prin satelit, radar militar |
Metode de testare autorizate utilizate în mod obișnuit în industrie
Dk și Df ale plăcii cu circuite imprimate de înaltă frecvență nu pot fi testate folosind metoda Q-tabelului fr4 obișnuit. Metoda de rezonanță a liniei de bandă folosită în mod obișnuit în industrie este de a măsura frecvența de rezonanță a rezonatorului de linie de bandă folosind un analizor de rețea vectorială pentru a inversa Dk și de a măsura valoarea factorului de calitate Q pentru a inversa Df. Rezultatele sunt mai aproape de starea de lucru reală a pcb-ului.