Точность производства линий передачи радиочастотных плат требует чрезвычайно высокой точности. Основная причина заключается в том, что в радиочастотных сценариях линии передачи печатных плат превратились из обычных «электрических разъемов» в основные компоненты с распределенными параметрами, которые напрямую определяют производительность схемы. Отклонения микромасштабных размеров усиливаются высокочастотными эффектами, что приводит к значительному ухудшению производительности.
На высоких частотах длина волны равна размеру провода.
Чем выше частота радиочастотного сигнала, тем короче длина волны. Когда длина провода превышает λ/16, его следует рассматривать как линию передачи и больше нельзя рассматривать как обычный провод.
В сценарии автомобильного радара миллиметрового диапазона с частотой 77 ГГц длина волны сигнала на плате FR-4 составляет всего 2,1 мм, а порог λ/16 составляет всего 0,13 мм. Любая геометрия проводки напрямую влияет на электрическое поведение цепи.
На этом этапе даже отклонение ширины линии на несколько микрометров может напрямую изменить электрическую длину линии передачи, вызывая фазовый сдвиг и непосредственно приводя к отклонению наведения луча в таких системах, как фазированная решетка и радар, которые требуют чрезвычайно высокой стабильности фазы.
Допуск точности согласования импеданса чрезвычайно узок.
Стандартное сопротивление 50 Ом является «контрактом производительности» радиочастотных систем, и даже небольшие отклонения импеданса могут вызвать серьезные отражения сигнала.
Если взять в качестве примера микрополосковую линию 50 Ом платы FR4, то при каждом изменении ширины линии на ± 10 мкм импеданс будет отклоняться на ± 2 Ом, что напрямую приводит к ухудшению обратных потерь.
Если отклонение импеданса превышает ± 10%, обратные потери уменьшатся до уровня ниже 26 дБ, а доля отраженной мощности увеличится до 0,23%, напрямую потребляя бюджет канала, что приведет к ухудшению коэффициента шума на приемной стороне, и усилитель не сможет компенсировать такие потери.
Потери под скин-эффектом чрезвычайно чувствительны к размеру.
После того, как частота превышает 1 ГГц, сигнальный ток уже не течет равномерно по сечению проводника, а концентрируется тонким слоем на уровне микрометра поверхности проводника.
Глубина скин-слоя сигнала 2,4 ГГц в медном проводнике составляет всего 1,3 мкм, а на частоте 77 ГГц глубина скин-слоя составляет менее 0,4 мкм. Небольшие изменения отклонения ширины линии, шероховатости медной фольги и коррозии со стороны травления могут значительно увеличить фактическую длину пути тока в проводнике, вызывая дополнительные высокочастотные вносимые потери.
В сценариях с миллиметровыми волнами разница потерь в 0,07 дБ/см напрямую влияет на дальность обнаружения радара, что требует контроля шероховатости края линии передачи в пределах 0,5 мкм, что невозможно обеспечить с помощью обычных процессов печатной платы.
Точный контроль перекрестных помех и электромагнитного излучения
Сила связи электромагнитного поля между соседними линиями на высоких частотах напрямую связана с соотношением расстояния между линиями и расстоянием между обратными линиями. Даже небольшие отклонения в расстоянии могут привести к тому, что перекрестные помехи превысят проектные ожидания.
Обычно используемое в радиочастотной отрасли «правило 3W» требует, чтобы межстрочный интервал был как минимум в три раза больше ширины строки. Только за счет сокращения допуска на расстояние между линиями с точностью до ± 0,5 мил результаты моделирования могут полностью соответствовать реальным характеристикам и избежать перекрестных помех между соседними каналами.
Незначительные геометрические дефекты, такие как острые углы под углом 90 градусов и зазубрины на краях проводки, могут быть эквивалентны излучению энергии небольшими антеннами наружу на высоких частотах, вызывая утечку сигнала и создавая дополнительные электромагнитные помехи, которых необходимо полностью избегать с помощью высокоточных процессов травления.