Metoda ispitivanja i kriteriji prihvatljivosti za dielektričnu konstantu i faktor gubitka visokofrekventnog PCB-a

Prilikom prilagođavanjavisokofrekventne ploče, važno je usredotočiti se na temeljne vrijednosti dielektrične konstante (Dk) i faktora gubitka (Df), kao što je "stabilan Dk, nije nizak; frekvencija Df, nije nominalna", a ne samo na nominalne vrijednosti u priručniku s podacima pri odabiru materijala.

Dielektrična konstanta (Dk): usredotočite se na stabilnost, a ne na apsolutnu vrijednost
Dk je parametar koji mjeri sposobnost materijala da pohranjuje električnu energiju, izravno određujući brzinu prijenosa signala i točnost karakteristične impedancije.

Temeljni fokus:
Tolerancija mora biti strogo kontrolirana unutar ± 0,05. Fluktuacija od 0,1 u Dk može uzrokovati pomak impedancije od 50 Ω za nekoliko ohma, što dovodi do refleksije signala.
Dajte prioritet amplitudi fluktuacije Dk unutar radnog frekvencijskog pojasa: na primjer, varijacija Dk u Rogers RO4350B unutar raspona od 10 GHz do 24 GHz ne prelazi 0,01, što je puno bolje od ± 0,3 fluktuacije običnog FR-4.
Razlikujte "testnu vrijednost" i "dizajnsku vrijednost": službena testna vrijednost RO4350B je 3,48@10GHz Preporučena projektna vrijednost je 3,66. U stvarnoj prilagodbi, izmjereni podaci iznad 10 GHz trebaju se koristiti kao standard, a vrijednost Dk na niskoj frekvenciji od 1 MHz ne može se izravno primijeniti.
Pažnja na anizotropiju: Postoje razlike u Dk između ravnine XY i smjera Z-osi nekih ploča. Tijekom simulacije potrebno je potvrditi izmjerene parametre odgovarajućih dimenzija kako bi se izbjegao prekid veze između simulacije i mjerenja.

Faktor gubitka (Df): Scenariji visoke frekvencije imaju veći prioritet od Dk
Df predstavlja udio energije pretvorene u toplinu tijekom širenja signala u mediju, izravno određujući stupanj slabljenja signala.

Temeljni fokus:
Mora odgovarati stvarnoj radnoj frekvenciji: prigušenje FR-4 (Df ≈ 0,02) na 10 GHz je oko 0,82 dB/inču, dok je RO4350B (Df ≈ 0,0037) samo 0,26 dB/inču, s ukupnom razlikom u gubicima od više od tri puta za ožičenje od 10 inča.
Što je viša frekvencija, to su zahtjevi stroži: za frekvencije iznad 3 GHz, Df mora biti manji od 0,005, a za scenarije radara milimetarskih valova od 77 GHz moraju se odabrati PTFE materijali s Df manjim od 0,001.
Ne možemo slijepo težiti ultraniskom Df: RO4350B je potpuno dovoljan za aplikacije ispod 6GHz. Slijepo biranje vrhunskih PTFE materijala s nižim Df eksponencijalno će povećati troškove i imati iznimno nisku isplativost.

4 uobičajene zablude koje treba izbjegavati prilikom prilagođavanja
Fokusiranje samo na Dk i ignoriranje Df: U visokofrekventnim scenarijima, Df izravno određuje udaljenost prijenosa signala, a mnogi abnormalni problemi prigušenja uzrokovani su odabirom materijala isključivo na temelju Dk.
Zanemarujući utjecaj temperature i vlažnosti: nakon što FR-4 apsorbira vodu, Dk će se povećati s 4,2 na 4,5. Primjene na otvorenom zahtijevaju od proizvođača da daju Dk/Df karakterističnu krivulju na -40 stupnjeva ~85 stupnjeva.
Metoda ispitivanja zabune: Dk/Df vrijednosti dobivene različitim metodama ispitivanja (metoda rezonantne šupljine, metoda dalekovoda) uvelike se razlikuju, a dobavljač mora dostaviti izmjerene podatke u skladu sa standardom IPC-TM-650.
Korištenje FR-4 za izdržavanje visokih frekvencija: dielektrični gubitak FR-4 u frekvencijskom rasponu iznad 3 GHz rezultirat će gubitkom više od polovice snage signala, što u potpunosti ne može zadovoljiti zahtjeve prijenosa scenarija milimetarskih valova.

Referenca odabira za glavni visokofrekventni list Dk/Df