Comprendre la transició de microones a ones mil·limètriques en disseny de PCB

 

En el camp de l’enginyeria electrònica, el disseny de les plaques de circuit impreses (PCBS) s’enfronta a nombrosos reptes i transformacions a mesura que augmenta les freqüències de funcionament i la transició de la banda de freqüència de microones a la banda de freqüència d’ona mil·limètrica representa un punt d’inflexió tecnològica crítica .

Els microones generalment es refereixen a ones electromagnètiques amb freqüències entre 300MHz i 30GHz, àmpliament utilitzat en la comunicació (com ara radar, comunicació satèl·lit), navegació i altres camps . S'ha format un sistema tècnic relativament madur Impedància d’estructures com les línies de microstrip i les estriplines, i assegurar la integritat del senyal .

Les ones mil·límetres, per la seva banda, són ones electromagnètiques amb freqüències que van de 30GHz a 300GHz . en els darrers anys, han cridat l’atenció significativa a causa de les exigències d’aplicació emergents com ara la comunicació de 5G/6G, el radar de conducció autònoma i el disseny de la precisió d’alta precisió ., però, quan es transmeten a la canya de nous temes:

 

1. Tecnologia de la línia de microstrip
Microstrip line is one of the simplest and most commonly used transmission line technologies in microwave circuits, thanks to its ease of fabrication and high yield. Nevertheless, when transitioning to millimeter-wave frequencies, microstrip lines face numerous significant challenges. One key issue is radiation loss. At higher frequencies, microstrip circuits tend to comportar -se com les antenes, irradiar l’energia a l’aire circumdant . Això comporta una pèrdua de senyal innecessària, que es fa més greu a mesura que la freqüència augmenta . A més, la fabricació de circuits de microstrip Les desviacions en el procés de fabricació poden causar greus problemes de rendiment .

Un altre repte rau en les característiques de propagació de les ones electromagnètiques en els circuits de microstrip . Les ones electromagnètiques es propaguen no només a través del material del circuit, sinó també a través de l’aire circumdant, que té una constant dielèctrica baixa {{1} Circuit . A les freqüències d'ona mil·limètrica, els materials de circuit amb una constant dielèctrica inferior solen ser preferits per reduir la pèrdua del senyal, però això pot produir una propagació d'ona més lenta i els canvis de fase .

 

2. Tecnologia de Stripline
Stripline és una altra tecnologia de circuit fiable capaç de funcionar a freqüències d’ona mil·limètrica . que ofereix un aïllament excel·lent perquè el conductor està completament tancat per material dielèctric i avions mòlts . Aquest disseny garanteix que les ones electromagnètiques propaguen completament dins del material circuit sense interactuar amb l’aire que l’envolta . Tot i això Difícil de llançar senyals al circuit a causa de la seva estructura tancada .

La creació de connectors per a l’entrada i la sortida del senyal es fa més difícil, sobretot en les freqüències d’ona mil·limeter ., a més, aquesta tecnologia és altament sensible a les variacions en el procés de fabricació, cosa que dificulta l’obtenció de les toleràncies necessàries . per aquests motius, Stripline s’utilitza menys habitualment en circs mil·limètrics, excepte aplicacions específiques com ara sistemes de radi automobilístics

 

3. Substrat Integrat WaveGuide (SIW)
La tecnologia Substrate Integrated Wavoide (SIW) està guanyant popularitat creixent en aplicacions d'ona mil·limètrica, particularment en el radar automobilístic i altres sistemes de comunicació . SIW combina els avantatges de la tecnologia de guies d'ona i la taula de circuit imprès (PCB) a través dels forats (pths) . Aquest disseny permet la propagació del senyal de baixa pèrdua fins i tot a freqüències altes .

Tot i això, la fabricació de circuits SIW requereix una precisió extremadament alta . Els PTHS s’han de situar dins de toleràncies molt estretes, especialment per a freqüències més altes, cosa que fa que el procés de fabricació sigui força difícil . A més, SIW requereix materials amb variacions mínimes en constant dielèctrica, cosa que augmenta encara més les dificultats de fabricació .}}}}}}}}}}}}}}}}}

 

4. COPLANAR GUDADA COPLANAR (GCPW)
Grounded Coplanar Waveguide (GCPW) is another promising transmission line technology for millimeter-wave circuits. The GCPW structure combines dielectric materials and copper conductors to achieve low-loss signal propagation. It is particularly suitable for broadband RF, microwave, and millimeter-wave applications, such as test and measurement Systems . GCPW també es pot utilitzar en dissenys integrats on es requereixen circuits d'ona mil·límetre i de freqüència inferior al mateix PCB .

Però els circuits GCPW són sensibles a les variacions en el procés de fabricació, com ara els canvis en la constant dielèctrica del material dielèctric, el gruix del substrat i la rugositat de la superfície de coure . poden causar distorsió de fase, cosa que es fa més crítica a les freqüències de mil·límetre d’ona . per assegurar un rendiment òptim, un control de control sobre el procés de fabricació és necessari, incloent-hi el conductor precís, i el manteniment de l’ona del conductor precís, i el manteniment de l’administració precisa del conductor, i es manté el procés de fabricació precís i es manté el procés de fabricació precís, i es mantingui el procés de fabricació precis gruix .

 

Consideracions clau en el disseny del circuit d’ona mil·limètrica
A mesura que les aplicacions de circuits d’ona mil·limètrica com ara el radar d’automoció i les xarxes sense fils 5G continuen creixent, els dissenyadors han de considerar diversos factors clau a l’hora de seleccionar materials de circuit i tecnologies de línia de transmissió:

 

Toleràncies de fabricació:

Els circuits d'ona mil·limètrica tenen requisits de tolerància extremadament alts per a l'amplada del conductor, el gruix de la capa dielèctrica i la qualitat de la superfície de coure .

Integritat del senyal: és necessari minimitzar l'impacte de factors com la pèrdua de radiació, la distorsió de fase i els canvis en la constant dielèctrica dels materials per assegurar un rendiment fiable a freqüències altes .

Selecció del material: L’elecció dels materials de PCB és crucial per al rendiment dels circuits d’ona mil·límetre . Els materials amb una constant dielèctrica baixa es prefereixen reduir la pèrdua del senyal, però les seves propietats han de romandre estables a freqüències altes .}

 

Conclusió
El disseny de circuits de freqüència d’ona mil·limètrica s’enfronta Disseny d'ona mil·limètrica .