Kõrgsageduslike trükkplaatide dielektriline konstant (Dk) ja kadudegur (Df) on põhiparameetrid, mis määravad kõrgsagedusliku signaali edastamise kvaliteedi. Paljude tootjate nominaalsete parameetritega on probleeme, nagu läbipaistmatud katsetingimused ja vale märgistus, mis võivad tegelikus projekteerimises ja tootmises kergesti tekitada lõkse. Allpool võtame kokku nende kahe parameetri põhilised praktilised teadmised, mis aitavad teil vältida parameetrite lõksu.
Põhimõiste ja tööstuse ühine terminoloogia
Dielektriline konstant (Dk/ε r): iseloomustab pcb substraadi võimet salvestada laenguid elektriväljas. Inseneriteaduses viitab see suhtelisele dielektrilisele konstandile (vaakumi väärtus 1), mis on mõõtmeteta olemuslik omadus.
Kaoteguri (Df/tan δ): viitab elektrienergia osakaalule, mille substraadi muudab kõrgsageduslike vahelduvate elektriväljade mõjul soojusenergiaks ajaühikus, mida tuntakse ka dielektrilise kadude tangensina.
Kõige kergemini kahe silma vahele jäetud parameetrilõks
Testisageduse mittevastavus: tavalise fr4 Dk-d mõõdetakse tavaliselt madalal sagedusel 1 MHz, samas kui kõrgsageduslikud trükkplaadid nõuavad mõõdetud andmeid vähemalt 10 GHz (X-riba) ja madala sagedusega parameetrid ei saa üldse esitada kõrgsagedusliku stseeni jõudlust.
Nominaalse tolerantsi virtuaalne märgistus: tavalise fr4 partii Dk erinevus võib ulatuda ± 0,2-ni, samas kui kvalifitseeritud kõrgsageduslike materjalide Dk tolerantsi tuleks reguleerida vahemikus ± 0,02. Virtuaalne märgistuse tolerants põhjustab otseselt tegeliku impedantsi hälbe 5-10 Ω, mis ületab RF-ahelate tolerantsi nõuet ± 2%.
Keskkonnastabiilsuse varjamine: paljudel madala-hinnaga kõrgsagedusmaterjalidel ei ole märgitud dielektrilise konstandi temperatuurikoefitsienti τ Dk. Välistingimustes vahemikus -40 kraadi kuni +85 kraadi muutub Dk temperatuuri triiviga oluliselt, põhjustades otseselt impedantsi triivi ja signaali mittevastavust.
Niiskuse mõju ei ole selgitatud: kui aluspinna veeimavus on liiga kõrge, suureneb Dk pärast vee imendumist oluliselt, Df halveneb sünkroonselt ja signaalikadu niiskes keskkonnas ületab tunduvalt nimiväärtust.
Kahe parameetri põhimõju vooluringi jõudlusele
Dielektriline konstant (Dk):
Signaali edastuskiiruse otse määramisel, mida väiksem on Dk, seda väiksem on signaali levimise viivitus ja seda suurem on edastuskiirus.
See on impedantsi simulatsiooni põhisisendi parameeter ja Dk hälve võib otseselt põhjustada standardsete impedantsilahenduste (nt 50 Ω/100 Ω) rikke, põhjustades signaali peegeldumise.
Kaotustegur (Df):
Kõrgsageduslike signaalide sisestuskao otse määramisel sagedusalas üle 10 GHz võib tavalise fr4 kadu tolli kohta ulatuda 1–2 dB-ni ja kvaliteetseid kõrgsageduslikke materjale saab juhtida 0,2 dB piires.
Liigne Df võib põhjustada võimsuse raiskamist saatvas otsas ja nõrkade signaalide demoduleerimise võimetust vastuvõtuotsas, vähendades otseselt sidekaugust ja radari tuvastamise tundlikkust.
Tavalise kõrgsagedusliku lehtmetalli tüüpiline parameetrite viide
| materiaalne süsteem | Tüüpiline Dk väärtus (10 GHz) | Tüüpiline Df väärtus (10 GHz) | Põhilised kohaldatavad stsenaariumid |
|---|---|---|---|
| Tavaline FR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | Madala kiirusega digitaalsed ahelad alla 1 GHz |
| Süsinikvesinikvaigu seeria | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G tugijaam, kiire{1}}optiline moodul |
| RO4000 seeria | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RF võimendi, auto radar |
| PTFE modifitseeritud seeria | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Millimeeterlaine, satelliitside, militaarradar |
Tööstuses tavaliselt kasutatavad autoriteetsed testimismeetodid
Kõrgsagedusliku trükkplaadi Dk ja Df ei saa testida tavalise fr4 tabeli Q-meetodiga. Tööstuses tavaliselt kasutatav ribaliini resonantsmeetod on ribaliini resonaatori resonantssageduse mõõtmine Dk inverteerimiseks vektorvõrgu analüsaatori abil ja kvaliteediteguri Q väärtuse mõõtmine Df inverteerimiseks. Tulemused on lähemal trükkplaadi tegelikule tööolekule.