Aukšto dažnio spausdintinių plokščių dielektrinė konstanta (Dk) ir nuostolių koeficientas (Df) yra pagrindiniai parametrai, lemiantys aukšto dažnio signalo perdavimo kokybę. Daugelio gamintojų vardiniai parametrai turi problemų, pvz., nepermatomos bandymo sąlygos ir klaidingas ženklinimas, dėl kurių gali kilti sunkumų kuriant ir gaminant. Toliau apibendrinsime pagrindines praktines šių dviejų parametrų žinias, kurios padės išvengti parametrų spąstų.
Pagrindinė apibrėžtis ir bendroji pramonės terminija
Dielektrinė konstanta (Dk/ε r): apibūdina pcb substrato gebėjimą kaupti krūvius elektriniame lauke. Inžinerijoje tai reiškia santykinę dielektrinę konstantą (vakuuminę vertę 1), kuri yra bematė vidinė savybė.
Nuostolių koeficientas (Df/tan δ): Nurodo elektros energijos dalį, kurią substratas per laiko vienetą paverčia šilumine energija, veikiant aukšto dažnio kintamiems elektriniams laukams, taip pat žinomas kaip dielektrinių nuostolių liestinė.
Lengviausiai nepastebimas parametrų gaudyklė
Bandymo dažnio neatitikimas: įprasto fr4 Dk paprastai matuojamas žemu 1MHz dažniu, o aukšto dažnio spausdintinėms plokštėms reikia bent 10 GHz (X-juosto) išmatuotų duomenų, o žemo dažnio parametrai apskritai negali parodyti aukšto dažnio scenos našumo.
Vardinės tolerancijos virtualus žymėjimas: įprastos fr4 partijos Dk skirtumas gali siekti ± 0,2, o kvalifikuotų aukšto dažnio medžiagų Dk paklaida turėtų būti kontroliuojama ± 0,02. Virtuali žymėjimo tolerancija tiesiogiai sukels faktinį 5–10 Ω varžos nuokrypį, viršijantį ± 2 % tolerancijos reikalavimą RF grandinėms.
Aplinkos stabilumo slėpimas: daugelis žemų{0}}kainų aukšto dažnio medžiagų nenurodo dielektrinės konstantos temperatūros koeficiento τ Dk. Lauko scenarijuose nuo -40 laipsnių iki +85 laipsnio Dk labai pasikeičia dėl temperatūros poslinkio, tiesiogiai sukeldamas varžos poslinkį ir signalo neatitikimą.
Drėgmės įtaka nepaaiškinama: kai substrato vandens įgeriamumas per didelis, po vandens įgėrimo Dk žymiai padidės, Df sinchroniškai blogės, o signalo praradimas drėgnoje aplinkoje gerokai viršys vardinę vertę.
Pagrindinis dviejų parametrų poveikis grandinės veikimui
Dielektrinė konstanta (Dk):
Tiesiogiai nustatant signalo perdavimo greitį, kuo mažesnis Dk, tuo mažesnė signalo sklidimo delsa ir greitesnis perdavimo greitis.
Tai yra pagrindinis impedanso modeliavimo įvesties parametras, o Dk nuokrypis gali tiesiogiai sukelti standartinių impedansų projektų, pvz., 50 Ω/100 Ω, gedimą, sukeldamas signalo atspindį.
Nuostolių koeficientas (Df):
Tiesiogiai nustatant aukšto dažnio signalų įterpimo nuostolius, dažnių juostoje, viršijančioje 10 GHz, įprasto fr4 nuostoliai colyje gali siekti 1–2 dB, o aukštos kokybės aukšto dažnio medžiagas galima valdyti 0,2 dB.
Per didelis Df gali sukelti energijos švaistymą perdavimo gale ir nesugebėjimą demoduliuoti silpnų signalų priėmimo gale, tiesiogiai sumažinant ryšio atstumą ir radaro aptikimo jautrumą.
Tipiškas parametras, skirtas pagrindiniam aukšto dažnio lakštiniam metalui
| materialinė sistema | Tipinė Dk vertė (10 GHz) | Tipinė Df vertė (10 GHz) | Pagrindiniai taikomi scenarijai |
|---|---|---|---|
| Įprastas FR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | Mažo greičio skaitmeninės grandinės, mažesnės nei 1 GHz |
| Anglies vandenilio dervos serija | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G bazinė stotis, didelės spartos{1}}optinis modulis |
| RO4000 serija | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RF stiprintuvas, automobilių radaras |
| PTFE modifikuota serija | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Milimetrinė banga, palydovinis ryšys, karinis radaras |
Autoritetingi bandymo metodai, dažniausiai naudojami pramonėje
Aukšto dažnio spausdintinės plokštės Dk ir Df negalima išbandyti naudojant įprastos fr4 Q-lentelės metodą. Pramonėje dažniausiai naudojamas juostinio linijos rezonanso metodas yra išmatuoti juostos linijos rezonatoriaus rezonansinį dažnį naudojant vektorinio tinklo analizatorių, kad būtų galima invertuoti Dk, ir išmatuoti kokybės faktoriaus Q reikšmę, kad apverstų Df. Rezultatai yra artimesni faktinei PCB darbinei būklei.