Диелектрична константа (Дк) и фактор губитка (Дф) високофреквентних штампаних плоча су основни параметри који одређују квалитет високофреквентног преноса сигнала. Номинални параметри многих произвођача имају проблеме као што су непрозирни услови испитивања и лажно означавање, што лако може довести до замки у стварном дизајну и производњи. У наставку ћемо сумирати кључне тачке практичног знања о ова два параметра како бисмо вам помогли да избегнете замке параметара.
Основна дефиниција и заједничка терминологија у индустрији
Диелектрична константа (Дк/ε р): карактерише способност ПЦб супстрата да складишти наелектрисање у електричном пољу. У инжењерству се односи на релативну диелектричну константу (вредност вакуума 1), што је бездимензионално својство.
Фактор губитка (Дф/тан δ): Односи се на пропорцију електричне енергије претворене у топлотну енергију по јединици времена од стране супстрата под високофреквентним наизменичним електричним пољима, такође познат као тангента диелектричног губитка.
Замка параметара која се најлакше превиди
Тест фреквентне неусклађености: Дк обичног фр4 се обично мери на ниској фреквенцији од 1МХз, док штампане плоче високе фреквенције захтевају најмање 10ГХз (Кс-опсег) мерених података, а нискофреквентни параметри уопште не могу да представљају перформансе сцене високе фреквенције.
Виртуелна ознака номиналне толеранције: Дк разлика у шаржи обичног фр4 може да достигне ± 0,2, док толеранцију Дк квалификованих високофреквентних материјала треба контролисати унутар ± 0,02. Толеранција виртуелног означавања ће директно изазвати стварну девијацију импедансе од 5-10 Ω, што премашује захтев толеранције од ± 2% за РФ кола.
Прикривање стабилности животне средине: Многи материјали високе фреквенције ниске{0}}цене не означавају температурни коефицијент диелектричне константе τ Дк. У спољним сценаријима у распону од -40 степени до +85 степени, Дк се значајно мења са температурним помаком, директно изазивајући померање импедансе и неусклађеност сигнала.
Утицај влаге није објашњен: када је брзина апсорпције воде подлоге превисока, Дк ће се значајно повећати након упијања воде, Дф ће се синхроно погоршавати, а губитак сигнала у влажним срединама ће далеко премашити номиналну вредност.
Основни утицај два параметра на перформансе кола
Диелектрична константа (Дк):
Директно одређивање брзине преноса сигнала, што је нижи Дк, то је мање кашњење ширења сигнала, а брзина преноса је већа.
То је основни улазни параметар за симулацију импедансе, а Дк девијација може директно довести до квара стандардних дизајна импедансе као што је 50 Ω/100 Ω, узрокујући рефлексију сигнала.
Фактор губитка (Дф):
Директно одређивање губитка уметања високофреквентних сигнала, у фреквенцијском опсегу изнад 10ГХз, губитак по инчу обичног фр4 може да достигне 1-2дБ, а висококвалитетни високофреквентни материјали се могу контролисати унутар 0,2дБ.
Прекомерни Дф може резултирати губитком снаге на крају одашиљања и немогућношћу демодулације слабих сигнала на крају пријема, директно смањујући удаљеност комуникације и осетљивост детекције радара.
Типична референца параметара за маинстреам високофреквентни лим
| материјални систем | Типична вредност Дк (10ГХз) | Типична вредност Дф (10ГХз) | Основни применљиви сценарији |
|---|---|---|---|
| Обичан ФР-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | Дигитална кола мале брзине испод 1 ГХз |
| Серија угљеничних водоник смола | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5Г базна станица,-оптички модул велике брзине |
| РО4000 серија | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | РФ појачало, аутомобилски радар |
| ПТФЕ модификована серија | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Милиметарски талас, сателитска комуникација, војни радар |
Ауторитативне методе испитивања које се обично користе у индустрији
Дк и Дф штампаних плоча високе фреквенције не могу да се тестирају коришћењем методе К-табеле обичног фр4. Најчешће коришћена метода резонантне траке у индустрији је мерење резонантне фреквенције резонатора тракасте линије помоћу векторског мрежног анализатора за инвертовање Дк и мерење вредности фактора квалитета К за инвертовање Дф. Резултати су ближи стварном радном стању штампане плоче.