Verständnis des Übergangs von Mikrowellen zu Millimeterwellen im PCB -Design

 

Im Bereich der Elektronik-Engineering steht das Design von gedruckten Leitertafeln (PCBs) gegenüber zahlreichen Herausforderungen und Transformationen mit zunehmendem Betriebsfrequenzen und der Übergang vom Mikrowellenfrequenzband zum Millimeter-Wellenfrequenzband stellt einen kritischen technologischen Wendepunkt dar, .}}}}}}}

Mikrowellen beziehen sich im Allgemeinen auf elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 300 MHz und 30 GHz, die in der Kommunikation weit verbreitet sind (wie Radar, Satellitenkommunikation) und andere Felder . Ein relativ reifes technisches System wurde für PCB -Gestaltung gebildet. Bei diesem Frequenzband. von Strukturen wie Microstrip -Linien und Streifenlinien und Gewährleistung der Signalintegrität .

Millimeter-Wellen hingegen sind elektromagnetische Wellen mit Frequenzen von 30 GHz bis 300 GHz . In den letzten Jahren haben sie aufgrund der entstehenden Anwendungsanforderungen wie 5G/6G-Kommunikation, autonomes Fahrradar und hohe Präzisions-Bildungsbedürfnisse .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}.} .} {., das zu mahlen, erheblich beachtet. Reihe neuer Ausgaben:

 

1. Microstrip Line -Technologie
Microstrip line is one of the simplest and most commonly used transmission line technologies in microwave circuits, thanks to its ease of fabrication and high yield. Nevertheless, when transitioning to millimeter-wave frequencies, microstrip lines face numerous significant challenges. One key issue is radiation loss. At higher frequencies, microstrip circuits tend to behave like antennas, radiating energy into the surrounding air. This leads to unnecessary signal loss, which becomes more severe as the frequency increases. Additionally, the manufacturing of microstrip circuits requires extremely high precision, with strict tolerances for conductor width and copper thickness. As the frequency rises, the tolerance requirements become even stricter, und kleine Abweichungen im Herstellungsprozess können schwerwiegende Leistungsprobleme verursachen .

Another challenge lies in the propagation characteristics of electromagnetic waves in microstrip circuits. Electromagnetic waves propagate not only through the circuit material but also through the surrounding air, which has a low dielectric constant. The low dielectric constant of air affects the effective dielectric constant of the entire circuit and must be taken into account when modeling the Schaltung . Bei Millimeter-Wellenfrequenzen wird normalerweise Schaltungsmaterialien mit einer niedrigeren Dielektrizitätskonstante vorgezogen, um den Signalverlust zu verringern, dies kann jedoch zu einer langsameren Ausbreitung von Wellen und Phasenverschiebungen . führen

 

2. Stripline -Technologie
Stripline ist eine weitere zuverlässige Schaltungstechnologie, die bei Millimeter-Wellenfrequenzen . betrieben werden kann. Es bietet eine hervorragende Isolierung, da der Leiter vollständig durch dielektrische Materialien und Bodenebenen umgeben ist. Signale in die Schaltung aufgrund ihrer geschlossenen Struktur .

Das Erstellen von Anschlüssen für die Signaleingabe und -ausgabe wird schwieriger, insbesondere bei Millimeter-Wellenfrequenzen .. Darüber hinaus ist diese Technologie hochempfindlich gegenüber Variationen des Herstellungsprozesses, wodurch es schwierig ist, die erforderlichen Toleranzen . aus diesen Gründen zu erreichen. Aus diesen Gründen wird die Stripline-Systeme, die in Millimeter-Wellen-Cirits wie automatisch} -Systemen weniger häufig verwendet werden.

 

3. Substrat integriertes Wellenleiter (Siw)
Substrate Integrated Waveguide (SIW) technology is gaining increasing popularity in millimeter-wave applications, particularly in automotive radar and other communication systems. SIW combines the advantages of waveguide technology and printed circuit board (PCB) fabrication. It forms a compact rectangular waveguide using a top metal layer, a bottom ground plane, and rows of plated through-holes (PTHS) . Dieses Design ermöglicht die Ausbreitung der niedrigen Verlust-Signal auch bei hohen Frequenzen .

However, the manufacturing of SIW circuits requires extremely high precision. The PTHs must be placed within very tight tolerances, especially for higher frequencies, making the fabrication process quite challenging. Additionally, SIW requires materials with minimal variations in dielectric constant, which further increases manufacturing difficulties.

 

4. Grounded Coplanar Waveguide (GCPW)
Der geerdete Coplanar-Wellenleiter (GCPW) ist eine weitere vielversprechende Übertragungsleitungstechnologie für Millimeter-Wellen-Schaltungen . Die GCPW-Struktur kombiniert dielektrische Materialien und Kupferleiter, um eine niedrige Verlust-Signalausbreitung zu erreichen. GCPW kann auch in integrierten Designs verwendet werden, bei denen sowohl Millimeterwellen- als auch niedrigere Frequenzschaltungen auf demselben PCB . erforderlich sind

GCPW-Schaltungen sind jedoch empfindlich gegenüber Variationen des Herstellungsprozesses, wie z. Dicke .

 

Wichtige Überlegungen zum Millimeter-Wellenschaltungsdesign
Da die Millimeter-Wellen-Schaltungsanwendungen wie Automobilradar- und 5G-drahtlosen Netzwerke weiter wachsen, müssen Designer bei der Auswahl von Schaltungsmaterialien und Übertragungsleitungstechnologien mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigen:

 

Fertigungstoleranzen:

Millimeter-Wellenschaltungen haben extrem hohe Toleranzanforderungen für die Leiterbreite, die dielektrische Schichtdicke und die Kupferoberflächequalität .

Signalintegrität: Es ist notwendig, die Auswirkungen von Faktoren wie Strahlungsverlust, Phasenverzerrung und Änderungen der Dielektrizitätskonstante von Materialien zu minimieren, um eine zuverlässige Leistung bei hohen Frequenzen zu gewährleisten .

Materialauswahl: Die Auswahl der PCB-Materialien ist entscheidend für die Leistung von Millimeter-Wellen-Schaltungen.

 

Abschluss
Das Design von Millimeter-Wellen-Frequenzschaltkreisen steht vor einzigartigen Herausforderungen, aber gleichzeitig bietet sie enorme Möglichkeiten für aufkommende Anwendungen wie 5G-Netzwerke und fortgeschrittene Fahrerhilfesysteme (ADAs) . Verständnis der Vorteile und Grenzen der Differenzierungstechnologien wie Mikrostrip-Leitungen, Makrowelllinien, SIW, SIW und GCPW. zum Millimeter-Wellen-Design .