Mètode de prova i criteris d'acceptació per a la constant dielèctrica i el factor de pèrdua de PCB d'alta freqüència

A l'hora de personalitzarplaques d'alta freqüència, és important centrar-se en els valors bàsics de la constant dielèctrica (Dk) i el factor de pèrdua (Df), com ara "Dk estable, no baixa; freqüència Df, no nominal", i no només els valors nominals del manual de dades en seleccionar materials.

Constant dielèctrica (Dk): centrar-se en l'estabilitat més que en el valor absolut
Dk és un paràmetre que mesura la capacitat d'un material per emmagatzemar energia elèctrica, determinant directament la velocitat de transmissió del senyal i la precisió de la impedància característica.

Enfocament bàsic:
La tolerància s'ha de controlar estrictament dins de ± 0,05. Una fluctuació de 0,1 en Dk pot provocar un desplaçament d'impedància de 50 Ω de diversos ohms, donant lloc a la reflexió del senyal.
Prioritzeu l'amplitud de fluctuació de Dk dins de la banda de freqüència de funcionament: per exemple, la variació de Dk a Rogers RO4350B dins del rang de 10 GHz a 24 GHz no supera 0,01, que és molt millor que la fluctuació de ± 0,3 de FR-4 normal.
Distingeix entre "valor de prova" i "valor de disseny": el valor de prova oficial de RO4350B és de 3,48 a 10 GHz. El valor de disseny recomanat és de 3,66. En la personalització real, les dades mesurades per sobre de 10 GHz s'han d'utilitzar com a estàndard i el valor Dk a una freqüència baixa d'1MHz no es pot aplicar directament.
Atenció a l'anisotropia: hi ha diferències en Dk entre el pla XY i la direcció de l'eix Z d'algunes plaques. Durant la simulació, cal confirmar els paràmetres mesurats de les dimensions corresponents per evitar una desconnexió entre simulació i mesura.

Factor de pèrdua (Df): els escenaris d'alta freqüència tenen una prioritat més alta que Dk
Df representa la proporció d'energia convertida en calor durant la propagació del senyal en un medi, determinant directament el grau d'atenuació del senyal.

Enfocament bàsic:
Ha de coincidir amb la freqüència de funcionament real: l'atenuació de FR-4 (Df ≈ 0,02) a 10 GHz és d'uns 0,82 dB/polzada, mentre que RO4350B (Df ≈ 0,0037) és només de 0,26 dB/polzada, amb una diferència de pèrdua total de més de 3 vegades el cablejat.
Com més gran sigui la freqüència, més estrictes són els requisits: per a freqüències superiors a 3 GHz, el Df ha de ser inferior a 0,005, i per a escenaris de radar d'ones mil·límetres de 77 GHz, s'han de seleccionar materials de PTFE amb Df inferior a 0,001.
No podem perseguir cegament un Df ultra baix: RO4350B és completament suficient per a aplicacions per sota de 6GHz. Escollir a cegues materials de PTFE de gamma alta amb un Df més baix augmentarà els costos de manera exponencial i tindrà una rendibilitat extremadament baixa.

4 idees errònies habituals que cal evitar en personalitzar
Centrant-se només en Dk i ignorant Df: en escenaris d'alta freqüència, Df determina directament la distància de transmissió del senyal i molts problemes d'atenuació anormals són causats per la selecció de materials basats únicament en Dk.
Descuidant la influència de la temperatura i la humitat: després que FR-4 absorbeixi aigua, el Dk augmentarà de 4,2 a 4,5. Les aplicacions a l'aire lliure requereixen que els fabricants proporcionin la corba característica Dk/Df a -40 graus ~ 85 graus.
Mètode de prova de confusió: els valors Dk/Df obtinguts per diferents mètodes de prova (mètode de la cavitat ressonant, mètode de la línia de transmissió) varien molt i s'ha d'exigir al proveïdor que proporcioni dades mesurades d'acord amb l'estàndard IPC-TM-650.
Utilitzar FR-4 per suportar freqüències altes: la pèrdua dielèctrica de FR-4 en el rang de freqüències superior a 3 GHz provocarà una pèrdua de més de la meitat de la potència del senyal, que és completament incapaç de complir els requisits de transmissió dels escenaris d'ones mil·limètriques.

Referència de selecció per al full d'alta freqüència Dk/Df principal