Метод испытаний и критерии приемки диэлектрической проницаемости и коэффициента потерь высокочастотной печатной платы

При настройкевысокочастотные платыПри выборе материалов важно сосредоточиться на основных значениях диэлектрической проницаемости (Dk) и коэффициенте потерь (Df), таких как «стабильный Dk, не низкий; частота Df, не номинальный», а не только на номинальных значениях в руководстве по данным.

Диэлектрическая проницаемость (Dk): сосредоточьтесь на стабильности, а не на абсолютном значении.
Dk — параметр, измеряющий способность материала хранить электрическую энергию, непосредственно определяющий скорость передачи сигнала и точность характеристического импеданса.

Основное внимание:
Допуск должен строго контролироваться в пределах ±0,05. Колебания Dk на 0,1 могут вызвать смещение импеданса 50 Ом на несколько Ом, что приведет к отражению сигнала.
Отдайте приоритет амплитуде колебаний Dk в пределах рабочей полосы частот: например, изменение Dk в Rogers RO4350B в диапазоне от 10 ГГц до 24 ГГц не превышает 0,01, что намного лучше, чем колебание ± 0,3 обычного FR-4.
Различайте «испытательное значение» и «расчетное значение»: Официальное испытательное значение RO4350B составляет 3,48 при 10 ГГц. Рекомендуемое расчетное значение — 3,66. При фактической настройке в качестве стандарта следует использовать измеренные данные на частоте выше 10 ГГц, а значение Dk на низкой частоте 1 МГц нельзя применять напрямую.
Внимание на анизотропию: существуют различия в Dk между плоскостью XY и направлением оси Z некоторых пластин. В ходе моделирования необходимо подтвердить измеренные параметры соответствующих размеров, чтобы избежать разрыва между моделированием и измерением.

Коэффициент потерь (Df): высокочастотные сценарии имеют более высокий приоритет, чем Dk.
Df представляет собой долю энергии, преобразуемой в тепло при распространении сигнала в среде, непосредственно определяющую степень затухания сигнала.

Основное внимание:
Она должна соответствовать фактической рабочей частоте: затухание FR-4 (Df ≈ 0,02) на частоте 10 ГГц составляет около 0,82 дБ/дюйм, тогда как RO4350B (Df ≈ 0,0037) составляет всего 0,26 дБ/дюйм, при этом общая разница потерь более чем в три раза для 10-дюймовой проводки.
Чем выше частота, тем более строгие требования: для частот выше 3 ГГц Df должен быть менее 0,005, а для сценариев радаров миллиметрового диапазона 77 ГГц необходимо выбирать материалы из ПТФЭ с Df менее 0,001.
Мы не можем слепо стремиться к сверхнизкому Df: RO4350B вполне достаточно для приложений с частотой ниже 6 ГГц. Слепой выбор высококачественных материалов из ПТФЭ с более низким Df приведет к экспоненциальному увеличению затрат и крайне низкой экономической эффективности.

4 распространенных заблуждения, которых следует избегать при настройке
Сосредоточение внимания только на Dk и игнорирование Df: в высокочастотных сценариях Df напрямую определяет расстояние передачи сигнала, и многие проблемы аномального затухания вызваны выбором материалов исключительно на основе Dk.
Пренебрегая влиянием температуры и влажности: после того, как FR-4 поглотит воду, Dk увеличится с 4,2 до 4,5. Для наружного применения производители должны предоставить характеристическую кривую Dk/Df при температуре от -40 до 85 градусов.
Метод проверки на путаницу: значения Dk/Df, полученные различными методами тестирования (метод резонансной полости, метод линии передачи), сильно различаются, и поставщик должен быть обязан предоставить измеренные данные в соответствии со стандартом IPC-TM-650.
Использование FR-4 для выдерживания высоких частот: Диэлектрические потери FR-4 в диапазоне частот выше 3 ГГц приведут к потере более половины мощности сигнала, что совершенно не соответствует требованиям передачи сигналов миллиметрового диапазона.

Справочник по выбору основного высокочастотного листа Dk/Df