Comprendre la transition des micro-ondes aux ondes millimétriques dans la conception de PCB

 

Dans le domaine de l'ingénierie électronique, la conception des cartes de circuits imprimées (PCB) fait face à de nombreux défis et transformations à mesure que les fréquences de fonctionnement augmentent, et la transition de la bande de fréquence de micro-ondes à la bande de fréquence à ondes millimétriques représente un tournant technologique critique .

Les micro-ondes se réfèrent généralement aux ondes électromagnétiques avec des fréquences entre 300 MHz et 30 GHz, largement utilisées dans la communication (comme le radar, la communication par satellite), la navigation et d'autres champs . Un système technique relativement mature a été formé pour la conception des PCB dans cette bande de fréquence de structures comme les lignes de microstrip et les striplines, et assurer l'intégrité du signal .

Les ondes de millimètres, en revanche, sont des ondes électromagnétiques avec des fréquences allant de 30 GHz à 300 GHz . ces dernières années, ils ont attiré une attention importante en raison des demandes d'applications émergentes telles que la communication 5G / 6G, cependant Nouveaux problèmes:

 

1. Technologie des lignes microrubanques
La ligne de microstrip est l'une des technologies de ligne de transmission les plus simples et les plus couramment utilisées dans les circuits micro-ondes, grâce à sa facilité de fabrication et à un rendement élevé ., lors de la transition à des fréquences à ondes millimétriques, une perte de microstrip se comporter comme des antennes, rayonnant d'énergie dans l'air environnant . Cela entraîne une perte de signal inutile, qui devient plus grave à mesure que la fréquence augmente . en outre, la fabrication des circuits microrubopriques nécessite une précision extrême Des écarts plus stricts et petits dans le processus de fabrication peuvent provoquer de graves problèmes de performance .

Un autre défi réside dans les caractéristiques de propagation des ondes électromagnétiques dans les circuits microrubans . Les ondes électromagnétiques se propagent non seulement via le matériau du circuit mais aussi à travers l'air environnant, qui a une faible constante diélectrique . La faible constante diélectrique affecte la constante constante de la constante diélectrique de la circuit entier et doit être prise en compte lors de la modélisation de l'efficacité de la constante diélectrique Circuit . Aux fréquences d'ondes millimétriques, les matériaux de circuit avec une constante diélectrique inférieure sont généralement préférés pour réduire la perte de signal, mais cela peut entraîner une propagation d'onde plus lente et des déphasages .

 

2. Technologie Stripline
Stripline est une autre technologie de circuit fiable capable de fonctionner à des fréquences d'ondes millimétriques . Il offre une excellente isolation car le conducteur est entièrement enfermé par des matériaux diélectriques et des plans de terre . Cette conception garantit que les ondes électromagnétiques se propagent entièrement dans le problème du circuit sans intervention avec la difficulté avec la ligne de la ligne avec la ligne de rupture avec la difficulté qui est difficile à contourner {{3} Pour lancer des signaux dans le circuit en raison de sa structure fermée .

La création de connecteurs pour l'entrée et la sortie du signal devient plus difficile, en particulier aux fréquences d'ondes millimétriques . en outre, cette technologie est très sensible aux variations du processus de fabrication, ce qui rend difficile la réalisation des tolérances requises . pour ces raisons, le stripline est moins utilisé dans les circuits à ondes millimétriques, sauf pour des applications spécifiques telles que les systèmes radar automobiles., pour des applications spécifiques telles que les systèmes radar automobiles.

 

3. Substrat Integrated Wave Guide (SIW)
La technologie de guide d'onde intégré du substrat (SIW) gagne en popularité croissante dans les applications d'ondes millimétriques, en particulier dans les avantages de la technologie des guides d'ondes et de la carte de circuit imprimé (1}} . à travers les trous (pths) . Cette conception permet une propagation de signal à faible perte même aux hautes fréquences .

Cependant, la fabrication de circuits SIW nécessite une précision extrêmement élevée . que les PTH doivent être placées dans des tolérances très étroites, en particulier pour les fréquences plus élevées, ce qui rend le processus de fabrication assez difficile . En outre, SIW nécessite des matériaux avec des variations minimales dans la constante diélectrique, qui augmente en outre les difficultés .}

 

4. Coplanar Wave Guide (GCPW)
Le guide d'onde de coplanaire mis à la terre (GCPW) est une autre technologie de ligne de transmission prometteuse pour les circuits à ondes millimétriques . La structure GCPW combine les matériaux diélectriques et les conducteurs de cuivre pour obtenir une propagation de signal à faible perte Les systèmes . GCPW peuvent également être utilisés dans des conceptions intégrées où les circuits à ondes millimétriques et à la fréquence inférieure sont nécessaires sur le même 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 épaisseur .

 

Considérations clés dans la conception de circuits à ondes millimétriques
Alors que les applications de circuit à ondes millimétriques telles que les réseaux de radar automobile et de 5G sans fil continuent de croître, les concepteurs doivent prendre en compte plusieurs facteurs clés lors de la sélection des matériaux de circuit et des technologies de ligne de transmission:

 

Tolérances de fabrication:

Les circuits à ondes de millimètres ont des exigences de tolérance extrêmement élevées pour la largeur du conducteur, l'épaisseur de la couche diélectrique et la qualité de la surface du cuivre .

Intégrité du signal: il est nécessaire de minimiser l'impact de facteurs tels que la perte de rayonnement, la distorsion de phase et les changements dans la constante diélectrique des matériaux pour assurer des performances fiables à des fréquences élevées .

Sélection des matériaux: Le choix des matériaux PCB est crucial pour les performances des circuits à ondes millimétriques . avec une faible constante diélectrique est préférable pour réduire la perte de signal, mais leurs propriétés doivent rester stables à haute fréquence ., mais leurs propriétés doivent rester stables à haute fréquence .

 

Conclusion
La conception de circuits de fréquence à ondes millimétriques est confrontée à des défis uniques, mais en même temps, il offre d'énormes opportunités d'applications émergentes telles que les réseaux 5G et les systèmes d'aide à la conduite avancés (ADAS) . Comprendre les avantages et les limitations de différentes technologies de ligne de transmission telles que les micro-strip micro-ondes à la conception de l'onde millimétrique .