Pemalar dielektrik (Dk) dan faktor kehilangan (Df) papan litar bercetak frekuensi tinggi adalah parameter teras yang menentukan kualiti penghantaran isyarat frekuensi tinggi. Banyak parameter nominal pengeluar mempunyai masalah seperti keadaan ujian legap dan pelabelan palsu, yang boleh membawa kepada perangkap dalam reka bentuk dan pengeluaran sebenar dengan mudah. Di bawah, kami akan meringkaskan mata pengetahuan praktikal teras kedua-dua parameter ini untuk membantu anda mengelakkan perangkap parameter.
Definisi Asas dan Terminologi Umum Industri
Pemalar dielektrik (Dk/ε r): mencirikan keupayaan substrat pcb untuk menyimpan cas dalam medan elektrik. Dalam kejuruteraan, ia merujuk kepada pemalar dielektrik relatif (nilai vakum 1), yang merupakan sifat intrinsik tanpa dimensi.
Faktor kehilangan (Df/tan δ): Merujuk kepada bahagian tenaga elektrik yang ditukar kepada tenaga haba setiap unit masa oleh substrat di bawah medan elektrik berselang-seli frekuensi tinggi, juga dikenali sebagai tangen kehilangan dielektrik.
Perangkap parameter yang paling mudah diabaikan
Ketidakpadanan kekerapan ujian: Dk fr4 biasa biasanya diukur pada frekuensi rendah 1MHz, manakala papan litar bercetak frekuensi tinggi memerlukan sekurang-kurangnya 10GHz (jalur X-) data yang diukur dan parameter frekuensi rendah tidak boleh mewakili prestasi adegan frekuensi tinggi sama sekali.
Tanda maya toleransi nominal: Perbezaan kelompok Dk fr4 biasa boleh mencapai ± 0.2, manakala toleransi Dk bahan frekuensi tinggi yang layak harus dikawal dalam ± 0.02. Toleransi tanda maya secara langsung akan menyebabkan sisihan impedans sebenar 5-10 Ω, melebihi keperluan toleransi ± 2% untuk litar RF.
Penyembunyian kestabilan alam sekitar: Banyak-bahan frekuensi tinggi berharga rendah tidak melabelkan pekali suhu pemalar dielektrik τ Dk. Dalam senario luar antara -40 darjah hingga+85 darjah, Dk berubah dengan ketara dengan hanyut suhu, secara langsung menyebabkan hanyut galangan dan ketidakpadanan isyarat.
Pengaruh kelembapan tidak dijelaskan: apabila kadar penyerapan air substrat terlalu tinggi, Dk akan meningkat dengan ketara selepas penyerapan air, Df akan merosot secara serentak, dan kehilangan isyarat dalam persekitaran lembap akan jauh melebihi nilai nominal.
Kesan teras dua parameter pada prestasi litar
Pemalar dielektrik (Dk):
Menentukan secara langsung kelajuan penghantaran isyarat, semakin rendah Dk, semakin kecil kelewatan perambatan isyarat, dan semakin cepat kelajuan penghantaran.
Ia adalah parameter input teras untuk simulasi impedans, dan sisihan Dk secara langsung boleh membawa kepada kegagalan reka bentuk impedans standard seperti 50 Ω/100 Ω, menyebabkan pantulan isyarat.
Faktor kehilangan (Df):
Secara langsung menentukan kehilangan sisipan isyarat frekuensi tinggi, dalam jalur frekuensi di atas 10GHz, kehilangan per inci fr4 biasa boleh mencapai 1-2dB, dan bahan frekuensi tinggi berkualiti tinggi boleh dikawal dalam 0.2dB.
Df yang berlebihan boleh mengakibatkan kuasa terbuang pada hujung pemancar dan ketidakupayaan untuk menyahmodulasi isyarat lemah pada hujung penerima, secara langsung mengurangkan jarak komunikasi dan sensitiviti pengesanan radar.
Rujukan parameter biasa untuk logam lembaran frekuensi tinggi arus perdana
| sistem bahan | Nilai Dk biasa (10GHz) | Nilai Df biasa (10GHz) | Teras senario terpakai |
|---|---|---|---|
| FR-4 biasa | 4.2~4.6 | ~0.02 | Litar digital berkelajuan rendah di bawah 1GHz |
| Siri resin karbon hidrogen | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | Stesen pangkalan 5G,-modul optik berkelajuan tinggi |
| siri RO4000 | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | Penguat RF, radar automotif |
| Siri diubah suai PTFE | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Gelombang milimeter, komunikasi satelit, radar tentera |
Kaedah ujian berwibawa yang biasa digunakan dalam industri
Dk dan Df papan litar bercetak frekuensi tinggi tidak boleh diuji menggunakan kaedah Q-jadual fr4 biasa. Kaedah resonans garis jalur yang biasa digunakan dalam industri adalah untuk mengukur frekuensi resonans resonator garis jalur menggunakan penganalisis rangkaian vektor untuk menyongsangkan Dk, dan mengukur nilai faktor kualiti Q untuk menyongsangkan Df. Hasilnya lebih dekat dengan keadaan kerja sebenar pcb.