Диэлектрическая проницаемость (Dk) и коэффициент потерь (Df) высокочастотных печатных плат являются основными параметрами, определяющими качество передачи высокочастотного сигнала. Номинальные параметры многих производителей имеют такие проблемы, как непрозрачные условия испытаний и ложная маркировка, что может легко привести к ошибкам в реальном проектировании и производстве. Ниже мы суммируем основные практические знания об этих двух параметрах, чтобы помочь вам избежать ловушек параметров.
Базовое определение и общая отраслевая терминология
Диэлектрическая проницаемость (Dk/ε r): характеризует способность подложки печатной платы сохранять заряды в электрическом поле. В технике это относится к относительной диэлектрической проницаемости (значение вакуума 1), которая является безразмерным внутренним свойством.
Коэффициент потерь (Df/tan δ): Относится к доле электрической энергии, преобразованной в тепловую энергию подложкой в единицу времени под действием высокочастотных переменных электрических полей, также известной как тангенс диэлектрических потерь.
Наиболее легко упускаемая из виду ловушка параметров
Несоответствие тестовой частоты: Dk обычного fr4 обычно измеряется на низкой частоте 1 МГц, в то время как высокочастотные печатные платы требуют измеренных данных не менее 10 ГГц (диапазон X-), а низкочастотные параметры вообще не могут отражать характеристики высокочастотной сцены.
Виртуальная маркировка номинального допуска: разница Dk партии обычного fr4 может достигать ± 0,2, тогда как допуск Dk квалифицированных высокочастотных материалов должен контролироваться в пределах ± 0,02. Допуск виртуальной маркировки непосредственно вызывает фактическое отклонение импеданса на 5–10 Ом, что превышает требования допуска в ± 2% для радиочастотных цепей.
Сокрытие экологической устойчивости. На многих недорогих-высокочастотных материалах не указан температурный коэффициент диэлектрической проницаемости τ Dk. В условиях эксплуатации на открытом воздухе в диапазоне от -40 до +85 градусов Dk значительно изменяется в зависимости от температурного дрейфа, что непосредственно приводит к дрейфу импеданса и несоответствию сигналов.
Влияние влажности не объяснено: при слишком высокой скорости водопоглощения подложки Dk значительно увеличится после водопоглощения, Df будет синхронно ухудшаться, а потери сигнала во влажной среде значительно превысят номинальное значение.
Основное влияние двух параметров на производительность схемы
Диэлектрическая проницаемость (Дк):
Непосредственно определяя скорость передачи сигнала, чем ниже Dk, тем меньше задержка распространения сигнала и тем выше скорость передачи.
Это основной входной параметр для моделирования импеданса, и отклонение Dk может напрямую привести к выходу из строя стандартных конструкций импеданса, таких как 50 Ом/100 Ом, вызывая отражение сигнала.
Коэффициент потерь (Df):
Непосредственно определяя вносимые потери высокочастотных сигналов, в полосе частот выше 10 ГГц потери на дюйм обычного fr4 могут достигать 1-2 дБ, а высококачественные высокочастотные материалы можно контролировать в пределах 0,2 дБ.
Чрезмерное значение Df может привести к потере мощности на передающей стороне и невозможности демодулировать слабые сигналы на принимающей стороне, что напрямую снижает расстояние связи и чувствительность обнаружения радара.
Типичный справочник параметров для основного высокочастотного листового металла
| материальная система | Типичное значение Dk (10 ГГц) | Типичное значение Df (10 ГГц) | Основные применимые сценарии |
|---|---|---|---|
| Обычный ФР-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | Низкоскоростные цифровые схемы ниже 1 ГГц |
| Серия углеродно-водородной смолы | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | Базовая станция 5G, высокоскоростной-оптический модуль |
| Серия РО4000 | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | РЧ усилитель, автомобильный радар |
| Модифицированная серия ПТФЭ | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Миллиметровые волны, спутниковая связь, военный радар |
Авторитетные методы тестирования, широко используемые в отрасли.
Dk и Df высокочастотной печатной платы не могут быть проверены с использованием метода таблицы Q- обычного fr4. Обычно используемый в промышленности метод резонанса полосковой линии заключается в измерении резонансной частоты резонатора полосковой линии с использованием векторного анализатора цепей для инвертирования Dk и измерении значения добротности Q для инвертирования Df. Результаты ближе к реальному рабочему состоянию печатной платы.