Compreendendo a transição de microondas para ondas de milímetro no design de PCB

 

No campo da engenharia eletrônica, o design de placas de circuito impresso (PCBs) enfrenta inúmeros desafios e transformações à medida que as frequências operacionais aumentam, e a transição da banda de frequência de microondas para a banda de frequência de ondas milimétricas representa um ponto de virada tecnológico crítico.

As microondas geralmente se referem a ondas eletromagnéticas com frequências entre 300 MHz e 30 GHz, amplamente utilizadas na comunicação (como radar, comunicação por satélite), navegação e outros campos . um sistema técnico relativamente maduro foi formado para o design da PCB nessa faixa de frequência {}}}}}} de estruturas como linhas de microStrip e linhas de strip e garantia de integridade do sinal .

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 de novas questões:

 

1. Tecnologia de linha microStrip
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 Comporte -se como antenas, irradiando energia para o ar circundante . Isso leva à perda de sinal desnecessária, o que se torna mais grave à medida que a frequência aumenta . adicionalmente, a fabricação de rabras de túmulos requer uma precisão extremamente alta, com tolerantes estritas para a largura de condutores e a lesão de copperação {{{é extremamente alto Mais rigorosos e pequenos desvios no processo de fabricação podem causar sérios problemas de desempenho .

Outro desafio está nas características de propagação das ondas eletromagnéticas em circuitos de microfita . ondas eletromagnéticas se propagam não apenas através do material do circuito, mas também através do ar circundante, que tem uma constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante dielétrica e a constante e a constante do ar afetina dielétrica. Circuito . em frequências de ondas milimétricas, materiais de circuito com uma constante dielétrica mais baixa são geralmente preferidos para reduzir a perda de sinal, mas isso pode resultar em propagação de ondas mais lentas e mudanças de fase .

 

2. Tecnologia do StripLine
A tira é outra tecnologia de circuito confiável capaz de operar em frequências de ondas milimétricas ., oferece excelente isolamento porque o condutor é completamente fechado por material dielétrico e planos de aterramento .}, no entanto, o que é o que é o que é o que o redor do redor (ondas eletromagnéticas é o que se refere (o ar-circuito… Iniciar sinais no circuito devido à sua estrutura fechada .

A criação de conectores para entrada e saída de sinal se torna mais desafiador, especialmente em frequências de onda milimétrica . Além disso, essa tecnologia é altamente sensível a variações no processo de fabricação, dificultando a obtenção das tolerâncias necessárias . por esses motivos, como a tira é menos usada em Millimeter-Wave Circuits, para 4), por exceto que a tira é mais comumente usada em Millimeter-Wave Circuits;

 

3. substrato Integrated Wave Guide (SIW)
A tecnologia de guia de onda integrada (SIW) de substrato está ganhando crescente popularidade em aplicações de ondas milimétricas, particularmente no radar automotivo e em outros sistemas de comunicação . SIW combina as vantagens da tecnologia de areia de onda e da placa de circuito impressa (PCB) de fabricação (2}}} It Plane, que é uma placa de onda de metangular, a onda de metangular, que se menta, de uma forma, a onda de areia de onda, usando uma placa de areia, usando uma placa de metal, a onda de metangular, que se meta. (PTHS) . Este design permite a propagação de sinal de baixa perda, mesmo em altas frequências .

No entanto, a fabricação dos circuitos SIW requer precisão extremamente alta . Os PTHs devem ser colocados em tolerâncias muito rígidas, especialmente para frequências mais altas, tornando o processo de fabricação bastante desafiador . adicionalmente, o SIW requer materiais com variações mínimas em dielétricas »} que aumentam ainda mais a fabricação de fábricas {).

 

4. Guia de onda coplanar fundamentada (GCPW)
O guia de onda coplanar aterrado (GCPW) é outra tecnologia de linha de transmissão promissora para circuitos de ondas milimétricas . A estrutura GCPW combina materiais dielétricos e condutores de cobre para obter o sinal de baixa perda e o {3. é particularmente adequado para a banda larga, o Microwave e o Millim-W-W-W-W-Millim-W-W-Millim e O GCPW também pode ser usado em projetos integrados, onde os circuitos de onda milimétrica e de menor frequência são necessários no mesmo 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 espessura .

 

Considerações importantes no design do circuito de ondas milimétricas
À medida que as aplicações de circuito de ondas milimétricas, como radar automotivo e redes sem fio 5G, continuam a crescer, os designers devem considerar vários fatores-chave ao selecionar materiais de circuito e tecnologias de linha de transmissão:

 

Tolerâncias de fabricação:

Os circuitos de ondas milimétricas têm requisitos de tolerância extremamente altos para a largura do condutor, a espessura da camada dielétrica e a qualidade da superfície do cobre .

Integridade do sinal: é necessário minimizar o impacto de fatores como perda de radiação, distorção de fases e alterações na constante dielétrica de materiais para garantir um desempenho confiável em altas frequências .

Seleção de material: a escolha dos materiais de PCB é crucial para o desempenho de circuitos de ondas milimétricas . materiais com uma constante dielétrica baixa são preferidas para reduzir a perda de sinal, mas suas propriedades devem permanecer estáveis em altas frequências .

 

Conclusão
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 Microondas para Millimeter ondas design .