Разбиране на прехода от микровълни към милиметрови вълни в дизайна на PCB

 

В областта на електронното инженерство дизайнът на печатни платки (PCBS) се сблъсква с множество предизвикателства и трансформации, тъй като работни честоти се увеличават, а преходът от честотната лента на микровълновата към лентата на милиметровата вълна представлява критична технологична повратна точка .

Microwaves generally refer to electromagnetic waves with frequencies between 300MHz and 30GHz, widely used in communication (such as radar, satellite communication), navigation, and other fields. A relatively mature technical system has been formed for PCB design in this frequency band. For example, in transmission line design, there is extensive practical experience in controlling the characteristic impedance of Структури като линии и линии на микропроделение и осигуряване на целостта на сигнала .

Millimeter waves, on the other hand, are electromagnetic waves with frequencies ranging from 30GHz to 300GHz. In recent years, they have attracted significant attention due to emerging application demands such as 5G/6G communication, autonomous driving radar, and high-precision imaging. However, when transitioning to millimeter waves, PCB design needs to address a series of new Проблеми:

 

1. Технология за микропроизводство
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 Дръжте се като антени, излъчвайки енергия в заобикалящия въздух . Това води до ненужна загуба на сигнал, което става по -тежко, тъй като честотата се увеличава . Освен това, че производството на схема на микропровода изисква изключително висока точност, със строги отклонения за проводника и меко, . По -строгите и малки отклонения в производствения процес могат да причинят сериозни проблеми с производителността .

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 верига . При милиметрови вълни честоти, веригите с по-ниска диелектрична константа обикновено се предпочитат да намалят загубата на сигнал, но това може да доведе до по-бавно разпространение на вълната и фазови измествания .

 

2. Stripline Technology
Stripline е друга надеждна схема технология, способна да работи на милиметрови вълни, честоти ., тя предлага отлична изолация, тъй като проводникът е напълно затворен от диелектрични и наземни равнини . Този дизайн гарантира, че електромагнитните вълни се разпространяват в рамките на веригата, без да се взаимодействат, без да се взаимодействат, без да се взаимодействат с това, че е на този дизайн, без да се разминават, без да се разпалват с това, че е електромагнитният is is ulgy i {{{3} Обаче да взаимодейства с това, че е този, без да се занимава с това, без да се разпалва, без да се разпалва с това, че е електромагнитната вълна is ri, За да стартирате сигнали в веригата поради затворената си структура .

Creating connectors for signal input and output becomes more challenging, especially at millimeter-wave frequencies. Moreover, this technology is highly sensitive to variations in the manufacturing process, making it difficult to achieve the required tolerances. For these reasons, stripline is less commonly used in millimeter-wave circuits, except for specific applications such as automotive radar systems.

 

3. Интегриран вълновод на субстрата (SIW)
Технологията на интегрирания вълноводни вълнообразни (SIW) на субстрата придобива все по-голяма популярност в приложенията на милиметрова вълна, особено в автомобилните радари и други комуникационни системи . SIW комбинира предимствата на технологията на вълноводите и печатащата платка (PCB) изработка .}, той образува компактен правоъгълна вълново положение, използвайки изработка на горен метал, той образува компактна платна на платна на плаване на платна, използвайки производството на горна част, той образува компактна платна на платна чрез коня (PTHS) . Този дизайн дава възможност за разпространение на сигнал с ниска загуба дори при високи честоти .

Въпреки това, производството на SIW вериги изисква изключително висока точност . PTH -тата трябва да бъдат поставени в много тесни допустими отклонения, особено за по -високи честоти, което прави процеса на производство доста предизвикателен . Освен това, SIW изисква материали с минимални вариации в диелектрична константа, което допълнително увеличава производствените трудности .}}}}}}}}}

 

4. заземен копланарен вълновода (GCPW)
Grounded Coplanar Waveguide (GCPW) is another promising transmission line technology for millimeter-wave circuits. The GCPW structure combines dielectric materials and copper conductors to achieve low-loss signal propagation. It is particularly suitable for broadband RF, microwave, and millimeter-wave applications, such as test and measurement systems. GCPW може да се използва и в интегрирани дизайни, при които се изискват както милиметрови вълни, така и по-нискочестотни вериги на една и съща PCB .

But GCPW circuits are sensitive to variations in the manufacturing process, such as changes in the dielectric constant of the dielectric material, substrate thickness, and copper surface roughness. These factors may cause phase distortion, which becomes more critical at millimeter-wave frequencies. To ensure optimal performance, strict control over the manufacturing process is necessary, including maintaining precise conductor width and дебелина .

 

Основни съображения в дизайна на схемата на милиметровата вълна
Тъй като приложенията на схемата на милиметрова вълна като автомобилен радар и 5G безжични мрежи продължават да растат, дизайнерите трябва да вземат предвид няколко ключови фактора, когато избират вериги и технологии за предавателна линия:

 

Производствени отклонения:

Милиметровите вълнови вериги имат изключително високи изисквания за поносимост към ширината на проводника, дебелината на диелектричния слой и качеството на повърхността на медта .

Целостта на сигнала: Необходимо е да се сведе до минимум въздействието на фактори като загуба на радиация, фазово изкривяване и промени в диелектричната константа на материалите, за да се осигури надеждна работа при високи честоти .

Избор на материали: Изборът на PCB материали е от решаващо значение за работата на милиметровите вълнови вериги . Материали с ниска диелектрична константа се предпочитат да намалят загубата на сигнал, но техните свойства трябва да останат стабилни при високи честоти .

 

Заключение
The design of millimeter-wave frequency circuits faces unique challenges, but at the same time, it brings enormous opportunities for emerging applications such as 5G networks and Advanced Driver Assistance Systems (ADAS). Understanding the advantages and limitations of different transmission line technologies such as microstrip lines, striplines, SIW, and GCPW is crucial for making informed decisions in the transition from Микровълнова до милиметрова вълна дизайн .