Înțelegerea tranziției de la microunde la valuri de milimetru în proiectarea PCB

 

În domeniul ingineriei electronice, proiectarea plăcilor de circuite imprimate (PCB) se confruntă cu numeroase provocări și transformări pe măsură ce frecvențele de operare crește, iar trecerea de la banda de frecvență cu microunde la banda de frecvență a undei milimetrice reprezintă un punct de cotitură tehnologic critic .

Microwaves generally refer to electromagnetic waves with frequencies between 300MHz and 30GHz, widely used in communication (such as radar, satellite communication), navigation, and other fields. A relatively mature technical system has been formed for PCB design in this frequency band. For example, in transmission line design, there is extensive practical experience in controlling the characteristic impedance of structures like linii microstrip și linii de bandă și asigurând integritatea semnalului .

Undele milimetrice, pe de altă parte, sunt unde electromagnetice cu frecvențe cuprinse între 30 GHz și 300GHz . În ultimii ani, acestea au atras o atenție semnificativă datorită cerințelor de aplicare emergente, cum ar fi comunicarea 5G/6G, cu toate acestea, radar de conducere autonomă, iar imaginea de înaltă acțiune {. Cu toate acestea, atunci când tranzacționarea de la nivelul de newits:

 

1. Tehnologia liniei microstrip
Linia microstrip este una dintre cele mai simple și mai frecvent utilizate tehnologii de linie de transmisie în circuitele cu microunde, datorită ușurinței sale de fabricație și a randamentului ridicat ., cu toate acestea, atunci când treceți la frecvențe de undă milimetrică, o problemă de microstrip se confruntă cu numeroase provocări semnificative . o problemă de radiație { La fel ca antenele, radiarea energiei în aerul din jur . Acest lucru duce la pierderea inutilă a semnalului, care devine mai severă pe măsură ce frecvența crește . În plus, fabricarea circuitelor microstrip necesită o precizie extrem de ridicată, cu toleranțe stricte pentru lățimea conductorului și cu grosimea de cupru . în timp ce frecvența de conductoare devine și grosimea de cupru ., în timp ce frecvența de conductor devine și grosimea de tolerență . și în timp ce se ridică frecvența, devenirea de tolerență {{6 # Abaterile în procesul de fabricație pot provoca probleme grave de performanță .

Another challenge lies in the propagation characteristics of electromagnetic waves in microstrip circuits. Electromagnetic waves propagate not only through the circuit material but also through the surrounding air, which has a low dielectric constant. The low dielectric constant of air affects the effective dielectric constant of the entire circuit and must be taken into account when modeling the Circuit . la frecvențe de undă milimetrică, materialele de circuit cu o constantă dielectrică inferioară sunt de obicei preferate pentru a reduce pierderea semnalului, dar acest lucru poate duce la propagarea mai lentă a undelor și schimbările de fază .

 

2. Tehnologia cu linie de striptease
Stripline este o altă tehnologie de circuit fiabilă, capabilă să funcționeze la frecvențe de undă milimetrică . oferă o izolare excelentă, deoarece conductorul este complet închis de planurile de material și de la sol dielectric . Acest proiectare asigură că undele electromagnetice propagă în întregime în interiorul materialului de circuit fără a interacționa cu aerul înconjurător ., cu toate acestea, problema cu stripsul este înconjurător înconjurător .}, cu toate acestea, problema cu stripsul este înconjurător înconjurător .}, cu toate acestea, problema cu stripsul cu care este înconjurător înconjurător. în circuit datorită structurii sale închise .

Crearea de conectori pentru intrarea și ieșirea semnalului devine mai dificilă, în special la frecvențele de undă milimetrică . Mai mult decât atât, această tehnologie este extrem de sensibilă la variațiile procesului de fabricație, ceea ce face dificilă obținerea toleranțelor necesare . din aceste motive, linia de benzi este mai puțin utilizată în circuitele de milimetru-unde

 

3. substrat integrat de undă Guide (SIW)
Tehnologia de ghid de undă integrată de substrat (SIW) câștigă o popularitate din ce în ce mai mare în aplicațiile cu undă milimetrică, în special în radarul auto și în alte sisteme de comunicații . SIW combină avantajele tehnologiei de ghidare de undă și a fabricării de circuit imprimat (PCB) . It formează un grup de undă rectangular prin intermediul unui nivel de top metal metal (PTHS) . Acest design permite propagarea semnalului cu pierderi scăzute chiar și la frecvențe înalte .

Cu toate acestea, fabricarea circuitelor SIW necesită o precizie extrem de ridicată . PTH -urile trebuie plasate în toleranțe foarte strânse, în special pentru frecvențe mai mari, ceea ce face ca procesul de fabricație să fie destul de dificil . în plus, SIW necesită materiale cu variații minime în constanta dielectrică, ceea ce crește în continuare dificultățile de fabricație .}}

 

4. Ghid de undă Coplanar întemeiat (GCPW)
Ghidul de undă Coplanar (GCPW) întemeiat este o altă tehnologie promițătoare a liniei de transmisie pentru circuitele de valuri milimetrice . Structura GCPW combină materiale dielectrice și conductoare de cupru pentru a obține propagarea semnalului scăzut de pierdere . Este adecvat în special pentru RF de bandă largă, sisteme de microwave și aplicații de milimetru, precum testul și măsurile de măsurare a sistemelor de microwave, și aplicațiile de milimeter, precum testul și măsurile de măsurare a sistemelor de microwave, și aplicațiile de milimetru, precum testul și măsurarea sistemelor de microwave și a milimeterului, cum ar fi testul și măsurile de măsurare a sistemelor de microwave, și aplicațiile de milimetru, precum testul și măsurile de măsurare a sistemelor {5} GCPW poate fi utilizat și în modele integrate, unde sunt necesare atât circuite de undă de milimetru, cât și cu frecvență inferioară pe același PCB .

Dar circuitele GCPW sunt sensibile la variații ale procesului de fabricație, cum ar fi modificările constantei dielectrice a materialului dielectric, a grosimii substratului și a rugozității suprafeței de cupru . acești factori pot provoca denaturarea fazelor, care devine mai critică la frecvențele de unde milimetru {{ grosime .

 

Considerații cheie în proiectarea circuitului de undă milimetrică
Pe măsură ce aplicațiile de circuit cu undă milimetrică, cum ar fi radarul auto și rețelele wireless 5G continuă să crească, proiectanții trebuie să ia în considerare mai mulți factori cheie atunci când selectează materiale de circuit și tehnologii de linie de transmisie:

 

Toleranțe de fabricație:

Circuitele cu undă milimetrică au cerințe de toleranță extrem de ridicate pentru lățimea conductorului, grosimea stratului dielectric și calitatea suprafeței de cupru .

Integritatea semnalului: este necesară minimizarea impactului factorilor precum pierderea de radiații, distorsionarea fazelor și modificările constantei dielectrice a materialelor pentru a asigura performanțe fiabile la frecvențe înalte .

Selecția materialelor: Alegerea materialelor PCB este crucială pentru performanța circuitelor cu undă milimetrică . Materiale cu o constantă dielectrică scăzută sunt preferate pentru a reduce pierderea semnalului, dar proprietățile lor trebuie să rămână stabile la frecvențe înalte .}

 

Concluzie
The design of millimeter-wave frequency circuits faces unique challenges, but at the same time, it brings enormous opportunities for emerging applications such as 5G networks and Advanced Driver Assistance Systems (ADAS). Understanding the advantages and limitations of different transmission line technologies such as microstrip lines, striplines, SIW, and GCPW is crucial for making informed decisions in the transition from cuptor cu microunde la un design de undă milimetru .