Metoda ispitivanja i kriteriji prihvatljivosti za dielektričnu konstantu i faktor gubitka visokofrekventnog PCB-a

Prilikom prilagođavanjavisokofrekventne ploče, važno je fokusirati se na osnovne vrijednosti dielektrične konstante (Dk) i faktora gubitka (Df), kao što je "stabilan Dk, nije nizak; frekvencija Df, nije nominalna", a ne samo nominalne vrijednosti u priručniku s podacima prilikom odabira materijala.

Dielektrična konstanta (Dk): fokus na stabilnost, a ne na apsolutnu vrijednost
Dk je parametar koji mjeri sposobnost materijala da skladišti električnu energiju, direktno određujući brzinu prijenosa signala i tačnost karakteristične impedanse.

Osnovni fokus:
Tolerancija mora biti strogo kontrolisana unutar ± 0,05. Fluktuacija od 0,1 u Dk može uzrokovati pomak impedanse od 50 Ω od nekoliko oma, što dovodi do refleksije signala.
Odredite prioritet amplitude fluktuacije Dk unutar radnog frekvencijskog opsega: na primjer, varijacija Dk u Rogers RO4350B u rasponu od 10GHz do 24GHz ne prelazi 0,01, što je mnogo bolje od ± 0,3 fluktuacije običnog FR-4.
Razlikovanje između "testne vrijednosti" i "dizajnerske vrijednosti": Zvanična vrijednost testa RO4350B je 3,48@10GHz Preporučena projektna vrijednost je 3,66. U stvarnom prilagođavanju, izmjereni podaci iznad 10GHz bi se trebali koristiti kao standard, a vrijednost Dk na niskoj frekvenciji od 1MHz ne može se direktno primijeniti.
Pažnja na anizotropiju: Postoje razlike u Dk između ravnine XY i smjera osi Z nekih ploča. Tokom simulacije, potrebno je potvrditi izmjerene parametre odgovarajućih dimenzija kako bi se izbjegao prekid veze između simulacije i mjerenja.

Faktor gubitka (Df): Scenariji visoke frekvencije imaju veći prioritet od Dk
Df predstavlja udio energije pretvorene u toplinu tokom širenja signala u mediju, direktno određujući stepen slabljenja signala.

Osnovni fokus:
Mora odgovarati stvarnoj radnoj frekvenciji: slabljenje FR-4 (Df ≈ 0,02) na 10GHz je oko 0,82dB/inču, dok RO4350B (Df ≈ 0,0037) iznosi samo 0,26dB/in, sa ukupnom razlikom gubitaka za više od tri puta.
Što je frekvencija veća, zahtjevi su stroži: za frekvencije iznad 3GHz, Df mora biti manji od 0,005, a za scenarije radara milimetarskog talasa od 77GHz, PTFE materijali sa Df manjim od 0,001 moraju biti odabrani.
Ne možemo slijepo slijediti ultra-niski Df: RO4350B je potpuno dovoljan za aplikacije ispod 6GHz. Slijepi odabir vrhunskih PTFE materijala sa nižim Df će eksponencijalno povećati troškove i imati izuzetno nisku isplativost.

4 uobičajene zablude koje treba izbjegavati prilikom prilagođavanja
Fokusiranje samo na Dk i ignoriranje Df: U scenarijima visoke frekvencije, Df direktno određuje udaljenost prijenosa signala, a mnogi problemi abnormalnog slabljenja uzrokovani su odabirom materijala isključivo na osnovu Dk.
Zanemarujući uticaj temperature i vlažnosti: Nakon što FR-4 apsorbuje vodu, Dk će se povećati sa 4,2 na 4,5. Primene na otvorenom zahtevaju od proizvođača da obezbede Dk/Df karakterističnu krivu na -40 stepeni ~85 stepeni.
Metoda ispitivanja konfuzije: Dk/Df vrijednosti dobijene različitim metodama ispitivanja (metoda rezonantne šupljine, metoda dalekovoda) uvelike variraju i od dobavljača se mora zahtijevati da dostavi izmjerene podatke u skladu sa IPC-TM-650 standardom.
Korištenje FR-4 za izdržavanje visokih frekvencija: Dielektrični gubitak od FR-4 u frekvencijskom opsegu iznad 3GHz će rezultirati gubitkom više od polovine snage signala, što u potpunosti nije u stanju zadovoljiti zahtjeve prijenosa scenarija milimetarskih talasa.

Referenca za odabir za mainstream visokofrekventne ploče Dk/Df