Płytka RF kontroluje tolerancję szerokości linii w zakresie ± 0,5 mil, a jej głównym celem jest ścisłe zablokowanie charakterystycznej impedancji w scenariuszach o wysokiej częstotliwości, unikanie niedopasowania impedancji, skoków strat, przesunięcia fazowego i innych problemów oraz zapewnienie wydajności i niezawodności łącza RF.
Sztywne ograniczenia kontroli impedancji
Impedancja charakterystyczna rdzenia linii transmisyjnej obwodów RF (takich jak linie mikropaskowe 50 Ω) jest określona przez szerokość linii, grubość dielektryka, grubość miedzi i stałą dielektryczną, przy czym szerokość linii jest jedną z najbardziej wrażliwych zmiennych.
Testy inżynieryjne wykazały, że na każde 0,025 mm (około 1 milicala) odchylenia szerokości linii impedancja bezpośrednio przesunie się o 5-6 Ω; Jeżeli odchylenie szerokości linii wynosi 0,01 mm (około 0,4 milicala), impedancja zmieni się o 2-3 Ω.
Zastosowania poziomu RF wymagają kontrolowania tolerancji impedancji w zakresie ± 3% (tj. odchylenie poniżej wartości docelowej 50 Ω mniejsze lub równe ± 1,5 Ω), a tolerancja szerokości linii wynosząca ± 0,5 mil wystarczy, aby ograniczyć wahania impedancji w tym bezpiecznym zakresie i uniknąć przekroczenia normy przez impedancję.
Tłumienie odbić sygnału i przekroczenie współczynnika fali stojącej
Nawet odchylenie impedancji 2 Ω w systemach RF może powodować znaczne odbicia sygnału, bezpośrednio pogarszając współczynnik fali stojącej (VSWR).
Niedopasowanie impedancji spowodowane odchyleniem szerokości linii może odbijać część mocy sygnału z powrotem do końca nadawczego, zmniejszając wydajność przesyłu mocy. W poważnych przypadkach może nawet odwrócić awarię wzmacniacza mocy i bezpośrednio uszkodzić przedni układ RF.
W scenariuszach o wysokiej częstotliwości, takich jak radar fal milimetrowych 77 GHz montowany na pojazdach, odchylenie impedancji przekraczające ± 8% znacznie skraca odległość wykrywania, a dokładność szerokości linii wynosząca ± 0,5 mil jest podstawowym wymogiem zapewniającym skuteczność wykrywania radaru.
Kontroluj wzrost strat wtrąceniowych o wysokiej częstotliwości
W paśmie częstotliwości radiowej GHz efekt naskórkowości powoduje przepływ prądu jedynie w promieniu kilku mikrometrów od powierzchni przewodnika, a wpływ odchylenia szerokości linii na straty w przewodzie jest znacznie wzmocniony.
Dane eksperymentalne pokazują, że w paśmie częstotliwości 77 GHz na każde odchylenie szerokości linii o 0,02 mm straty w przewodzie bezpośrednio wzrosną o 28%, pochłaniając cenny budżet łącza i pogarszając współczynnik szumów po stronie odbiorczej.
Niewystarczająca dokładność szerokości linii może również prowadzić do wzrostu chropowatości krawędzi trasowania, co jeszcze bardziej pogłębia straty spowodowane rozpraszaniem sygnałów o wysokiej częstotliwości i powoduje, że straty wtrąceniowe przy częstotliwości 28 GHz znacznie przekraczają próg projektowy.
Zapewnij spójność faz i wydajność obwodu
Okablowanie na płytce drukowanej RF nie jest już tylko prostą linią łączącą, ale częścią elementów pasywnych, takich jak filtry, dzielniki mocy, łączniki itp. Odchylenie szerokości linii może bezpośrednio zmienić długość elektryczną linii transmisyjnej.
W układach fazowanych i wielokanałowych modułach RF odchylenie szerokości linii wynoszące ± 0,5 mil lub więcej może wprowadzić niedopuszczalne przesunięcia fazowe, zakłócić synchronizację faz między kanałami i skutkować przesunięciem kierunku wiązki oraz zmniejszeniem wzmocnienia.
W przypadku filtrów mikropaskowych przekroczenie tolerancji szerokości linii bezpośrednio zmieni rozmiar jednostki rezonansowej, powodując przesunięcie częstotliwości środkowej pasma przepustowego i gwałtowny wzrost tłumienia wtrąceniowego w paśmie, całkowicie odbiegając od wskaźników wydajności projektu symulacyjnego.