Dokładność produkcji linii przesyłowych płytek RF wymaga niezwykle dużej precyzji. Głównym powodem jest to, że w scenariuszach RF linie przesyłowe PCB ewoluowały od zwykłych „złączy elektrycznych” do podstawowych komponentów o rozproszonych parametrach, które bezpośrednio determinują wydajność obwodu. Odchylenia wielkości w skali mikro są wzmacniane przez efekty wysokiej częstotliwości, co powoduje znaczne pogorszenie wydajności.
Przy wysokich częstotliwościach długość fali jest tej samej wielkości, co rozmiar drutu
Im wyższa częstotliwość sygnału RF, tym krótsza długość fali. Gdy długość przewodu przekracza λ/16, należy go traktować jako linię przesyłową i nie można go już traktować jak zwykłego przewodu.
W scenariuszu z radarem fal milimetrowych montowanym na pojeździe 77 GHz długość fali sygnału na płytce FR-4 wynosi tylko 2,1 mm, a próg λ/16 wynosi tylko 0,13 mm. Każda geometria okablowania ma bezpośredni wpływ na zachowanie elektryczne obwodu.
W tym momencie nawet kilka mikrometrów odchylenia szerokości linii może bezpośrednio zmienić długość elektryczną linii przesyłowej, powodując przesunięcie fazowe i bezpośrednio prowadząc do odchylenia kierunku wiązki w systemach takich jak układ fazowany i radar, które wymagają wyjątkowo wysokiej spójności fazowej.
Tolerancja dokładności dopasowania impedancji jest niezwykle wąska
Standardowa w branży impedancja wynosząca 50 Ω jest „kontraktem wydajnościowym” systemów RF i nawet małe odchylenia impedancji mogą powodować poważne odbicia sygnału.
Biorąc za przykład linię mikropaskową 50 Ω płytki FR4, na każdą zmianę szerokości linii o ± 10 μm impedancja będzie się różnić o ± 2 Ω, co bezpośrednio prowadzi do pogorszenia strat odbiciowych.
Jeśli odchylenie impedancji przekroczy ± 10%, strata odbicia zmniejszy się poniżej 26 dB, a udział mocy odbitej wzrośnie do 0,23%, bezpośrednio zużywając budżet łącza, powodując pogorszenie współczynnika szumów po stronie odbiorczej, a wzmacniacz nie będzie w stanie skompensować takich strat.
Ubytek pod skórą jest niezwykle wrażliwy na wielkość
Po przekroczeniu częstotliwości 1 GHz prąd sygnałowy nie płynie już równomiernie przez przekrój przewodnika, ale skupia się w cienkiej warstwie na poziomie mikrometra powierzchni przewodnika.
Głębokość naskórkowania sygnału 2,4 GHz w przewodzie miedzianym wynosi tylko 1,3 μm, a przy 77 GHz głębokość naskórka jest mniejsza niż 0,4 μm. Niewielkie zmiany odchylenia szerokości linii, chropowatość folii miedzianej i korozja po stronie trawienia mogą znacznie zwiększyć rzeczywistą długość ścieżki prądowej przewodnika, powodując dodatkowe straty wtrąceniowe o wysokiej częstotliwości.
W scenariuszach fal milimetrowych różnica strat wynosząca 0,07 dB/cm bezpośrednio wpływa na zasięg wykrywania radaru, co wymaga kontrolowania chropowatości krawędzi linii transmisyjnej w granicach 0,5 μm, czego nie można osiągnąć w zwykłych procesach PCB.
Dokładna kontrola przesłuchów i promieniowania elektromagnetycznego
Siła sprzęgania pola elektromagnetycznego między sąsiednimi liniami przy wysokich częstotliwościach jest bezpośrednio związana ze stosunkiem odstępu między liniami a odległością od podłoża. Nawet niewielkie odchylenia w odstępach mogą spowodować, że przesłuch przekroczy oczekiwania projektowe.
Powszechnie stosowana w branży RF „reguła 3W” wymaga, aby odstęp między liniami był co najmniej trzykrotnie większy od szerokości linii. Tylko poprzez skompresowanie tolerancji odstępu między liniami do ± 0,5 milicala wyniki symulacji mogą w pełni odpowiadać rzeczywistej wydajności i uniknąć przesłuchów sygnału pomiędzy sąsiednimi kanałami.
Drobne defekty geometryczne, takie jak ostre narożniki pod kątem 90 stopni i ząbki na krawędziach okablowania, mogą być równoważne z tym, że małe anteny emitują energię na zewnątrz przy wysokich częstotliwościach, powodując wyciek sygnału i wprowadzając dodatkowe zakłócenia elektromagnetyczne, których należy całkowicie unikać poprzez precyzyjne procesy trawienia.