ثابت دی الکتریک یک شاخص اصلی استفرکانس بالا -تابلوهای PCB ، که تأثیر اساسی در عملکرد انتقال سیگنال دارد.
مفاهیم اساسی ثابت دی الکتریک
ثابت دی الکتریک ، همچنین به عنوان نفوذپذیری شناخته می شود ، یک مقدار فیزیکی کلیدی است که توانایی مواد دی الکتریک را برای ذخیره انرژی الکتریکی تحت عمل یک میدان الکتریکی اندازه گیری می کند. در تابلوهای مدار چاپی فرکانس بالا- ، ثابت دی الکتریک ویژگی های پاسخ مواد را به زمینه های الکتریکی منعکس می کند. هنگامی که یک میدان الکتریکی روی صفحه PCB اعمال می شود ، قطبش دی الکتریک بار ناشی از آن را ایجاد می کند. هرچه ثابت دی الکتریک بالاتر باشد ، انرژی بیشتری از مواد ذخیره می شود و سرعت انتشار میدان الکتریکی در آن کندتر می شود. از منظر میکروسکوپی ، اتمها یا مولکول های موجود در دی الکتریک تحت تأثیر یک میدان الکتریکی قرار می گیرند و باعث تغییر در توزیع بار و تشکیل قطرات برقی می شوند که تمایل به تراز کردن با جهت میدان الکتریکی دارند و در نتیجه بر میدان الکتریکی تأثیر می گذارند. مواد مختلف به دلیل تفاوت در ساختار اتمی و ترکیب مولکولی ، توانایی قطبش متفاوتی دارند و در نتیجه ثابت دی الکتریک متفاوت است. به عنوان مثال ، ثابت دی الکتریک هوا نزدیک به 1 است ، در حالی که ثابت دی الکتریک تابلوهای PCB فرکانس بالا-} معمولاً بین 2-10 است.
عوامل مؤثر بر ثابت دی الکتریک تابلوهای PCB فرکانس بالا {{0}
ترکیب شیمیایی ورق فلز
سیستم رزین تأثیر قابل توجهی در ثابت دی الکتریک دارد. ثابت دی الکتریک رزین پلی تترا فلورو اتیلن در حدود 2.2 است که برای سناریوهایی که به سرعت انتقال سیگنال بالا نیاز دارند مناسب است. ثابت دی الکتریک رزین پلی فنیلن اتر بین 3.0- 3.8 است. سیستم رزین هیدروکربن از 2.5 تا 3.5 متغیر است. رزین اپوکسی معمولی به دلیل گروه های قطبی و ثابت دی الکتریک 4-5 برای فرکانس بالا - بالا و برنامه های کاربردی پر سرعت مناسب نیست. علاوه بر این ، اضافه کردن پرکننده های ثابت دی الکتریک کم مانند سرامیک می تواند توزیع میدان الکتریکی داخلی تخته را تغییر داده و ثابت دی الکتریک معادل آن را کاهش دهد. پارچه فیبر شیشه ای ، به عنوان یک ماده تقویت کننده ، دارای ثابت دی الکتریک 6-7 است. محتوای ناهموار و توزیع پارچه فیبر شیشه ای می تواند باعث اختلاف منطقه ای در ثابت دی الکتریک تخته شود و بر انتقال سیگنال تأثیر بگذارد.
عوامل محیطی
افزایش دما باعث افزایش حرکت حرارتی مولکول های مواد ، تعامل بین مولکولی و افزایش ثابت دی الکتریک می شود. مانند ورق های معمولی FR-4 ، ثابت دی الکتریک می تواند تا 20 ٪ بین 0-70 درجه متفاوت باشد که این امر بر تأخیر در سیگنال تأثیر می گذارد. رطوبت به همان اندازه بسیار مهم است ، با ثابت دی الکتریک آب تا 70. پس از جذب تخته ، توزیع میدان الکتریکی تغییر می کند و ثابت دی الکتریک افزایش می یابد. در محیط های مرطوب ، کیفیت انتقال سیگنال به راحتی تحت تأثیر قرار می گیرد.
بسامد
در قسمتهای الکتریکی فرکانس بالا - ، قطبش دی الکتریک نمی تواند با تغییرات در میدان الکتریکی همراه باشد ، درجه قطبش ضعیف می شود و ثابت دی الکتریک کاهش می یابد. معمولی گرفتنFR-4به عنوان نمونه ، ثابت دی الکتریک در حدود 4.7 در 1 مگاهرتز است که در 1 گیگاهرتز به 4.19 کاهش می یابد و تغییر از بالای 1 گیگاهرتز کند می شود. فرکانس بالا و بالا - سرعت PCB باید برای اطمینان از عملکرد انتقال سیگنال ، ثابت دی الکتریک پایدار را در محدوده فرکانس گسترده حفظ کند.
تأثیر ثابت دی الکتریک بر انتقال سیگنال PCB با فرکانس بالا
سرعت انتقال سیگنال
طبق نظریه الکترومغناطیسی ، سرعت انتقال سیگنال ها در یک ورق به طور معکوس با ریشه مربع ثابت دی الکتریک متناسب است. صفحات ثابت دی الکتریک پایین می توانند سرعت انتقال سیگنال را به طور قابل توجهی بهبود بخشند ، تأخیر را کاهش دهند و نیازهای سناریوهایی مانند ارتباط 5G و انتقال داده سرعت {2} بالا را برآورده کنند. اگر مدار RF ایستگاه های پایه 5G از ورق های پلی تترالورو اتیلن ثابت دی الکتریک استفاده کند ، می تواند به طور موثری راندمان انتقال سیگنال را بهبود بخشد.
امپدانس مشخصه
امپدانس مشخصه یک پارامتر مهم در طراحی PCB فرکانس بالا - است و محاسبه آن مربوط به ثابت دی الکتریک است. انحراف در ثابت دی الکتریک می تواند باعث شود که امپدانس مشخصه از مقدار طراحی منحرف شود و منجر به بازتاب سیگنال و میرایی شود. در مدارهای RF ، عدم تطابق امپدانس می تواند امواج ایستاده ایجاد کرده و عملکرد مدار را کاهش دهد ، بنابراین کنترل دقیق ثابت دی الکتریک بسیار مهم است.
میرایی سیگنال
مواد ثابت دی الکتریک بالا درجه بالایی از قطبش ، فعل و انفعالات بین مولکولی قوی دارند و مستعد جذب انرژی سیگنال و تبدیل آن به انرژی حرارتی هستند و در نتیجه میرایی سیگنال ایجاد می شود. در Long - فاصله بالا - انتقال سیگنال سرعت ، مانند صفحه های پشتی سرعت و خطوط اتصال به مرکز داده بالا ، انتخاب تخته های ثابت و کم از دست دادن پایین می تواند باعث کاهش ضعف سیگنال و اطمینان از کیفیت انتقال شود.
روش اندازه گیری برای ثابت دی الکتریک از صفحه PCB فرکانس بالا
روش خط انتقال
روش خط انتقال معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد ، از جمله روش خط ریزگرد و روش خط نوار. روش MicroStrip Line از یک تخته به عنوان یک بستر دی الکتریک استفاده می کند ، پارامترهای انتقال را از طریق یک آنالایزر شبکه اندازه گیری می کند و معکوس ثابت های الکتریکی را توصیه می کند. این یک روش استاندارد صنعت است که از مشخصات مربوط به کتابچه راهنمای روشهای بین المللی انجمن صنعت الکترونیکی پیروی می کند. قانون خط نوار از یک تشدید کننده خط نوار برای اندازه گیری فرکانس رزونانس و فاکتور کیفیت استفاده می کند و محاسبات نظری یا شبیه سازی را برای محاسبه ثابت دی الکتریک پیچیده ترکیب می کند. برای اندازه گیری مواد ثابت دی الکتریک ناشناخته مناسب است
روش رزونانس
روش رزونانس شامل قرار دادن نمونه ای از ورق فلز در یک حفره رزونانس و محاسبه ثابت دی الکتریک بر اساس تغییرات در فرکانس رزونانس و فاکتور کیفیت حفره قبل و بعد از قرار دادن است. این روش از دقت بالایی برخوردار است ، اما به تجهیزات دقیق و تهیه نمونه نیاز دارد و اغلب برای اندازه گیری دقیق آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرد.
مورد نیاز برای ثابت دی الکتریک از تابلوهای PCB فرکانس بالا - در سناریوهای مختلف برنامه
زمینه ارتباطی 5G
ماژول ها اغلب از تابلوهای رزین هیدروکربن یا تخته های پلی تترا فلورو اتیلن با ثابت دی الکتریک 2.5-3.5 استفاده می کنند
سیگنال های 5G دارای فرکانس بالا و سرعت انتقال سریع هستند و به پایداری فرکانس ثابت دی الکتریک پایین و همچنین مقاومت در برابر محیط زیست نیاز دارند. RF Front - پایان
میدان الکترونیک خودرو
سیستم های شبکه رادار و وسیله نقلیه خودرو به انتقال سیگنال دقیق {{0} بالا نیاز دارند. در کاربردهای رادارهای موج میلی متر ، ورق های ماده ترموسالات پر شده با سرامیک با ثابت دی الکتریک 3-4 و پایداری قوی برای اطمینان از انتقال دقیق سیگنال در محیط های پیچیده انتخاب شده است.
میدان هوایی
تجهیزات الکترونیکی هوافضا با محیط های شدید روبرو است که به ثابت پایدار دی الکتریک تخته در محدوده دما گسترده نیاز دارند ، در حالی که نیازهای سبک و مقاومت در برابر تابش را برآورده می کند. بسترهای پلی آمید به دلیل مقاومت در برابر دمای بالا و ثابت دی الکتریک پایدار مورد استفاده قرار می گیرند. ثابت دی الکتریک هیئت مدیره PCB فرکانس بالا - عمیق بر عملکرد انتقال سیگنال تأثیر می گذارد ، از طریق جنبه های مختلف از مفاهیم اساسی ، بر عوامل تأثیر می گذارد تا روش ها و برنامه های اندازه گیری را تحت تأثیر قرار دهد. با توسعه 5G ، الکترونیک خودرو ، هوافضا و سایر زمینه ها ، تحقیق و توسعه تابلوهای PCB با پایداری ثابت دی الکتریک کم به یک روند تبدیل شده است که فناوری الکترونیکی را به ارتفاعات جدید سوق می دهد.