W układach RF i radarowych laminat PCB wpływa bezpośrednio na transmisję sygnału, tłumienie oraz utrzymanie odpowiednich parametrów toru mikrofalowego. Anteny mikrofalowe , moduły radarowe czy systemy telekomunikacyjne są bowiem zbyt zaawansowanymi aplikacjami, aby korzystać jedynie z klasycznego laminatu FR4, który może powodować wysokie straty sygnału oraz niestabilność parametrów dielektrycznych przy częstotliwościach rzędu kilku i kilkunastu GHz. Z tego względu należy zwrócić szczególną uwagę na dobór odpowiedniego laminatu falowego PCB dla tych rozwiązań.
Najważniejsze parametry laminatu RF
Podczas wyboru materiału PCB do zastosowań mikrofalowych warto zwrócić uwagę przede wszystkim na stałą dielektryczną Dk oraz tangent strat Df.
Stabilna wartość Dk pozwala zachować kontrolę impedancji i przewidywalność parametrów układu w konstrukcjach takich jak:
filtry RF,
linie mikrostrip,
układy dopasowujące.
Z kolei niski tangent strat ogranicza tłumienie sygnału. Im wyższa częstotliwość pracy, tym większe znaczenie ma jakość materiału dielektrycznego.
Dlaczego FR4 nie sprawdza się w mikrofalach?
Standardowy FR4 dobrze działa w typowej elektronice cyfrowej, jednak przy wysokich częstotliwościach pojawiają się problemy takie jak:
duże straty sygnału,
niestabilność parametrów,
pogorszenie dopasowania impedancyjnego,
większa wrażliwość na temperaturę.
Dlatego w aplikacjach radarowych i RF stosuje się specjalistyczne laminaty PTFE lub materiały ceramiczne o niskiej stratności.
Charakterystyka laminatów PTFE i ceramicznych
Dzięki bardzo dobrym właściwościom mikrofalowym materiały bazujące na PTFE są często stosowane w projektach RF. Zapewniają one niski poziom strat oraz bardzo dobrą stabilność parametrów. W bardziej wymagających aplikacjach, szczególnie w systemach dużej mocy i układach pracujących w trudnych warunkach środowiskowych, takich jak:
anteny mikrofalowe,
moduły radarowe,
układy satelitarne,
wykorzystuje się również laminaty ceramiczne.
Kontrola impedancji w torach RF
W większości systemów mikrofalowych standardem pozostaje impedancja 50 ohm. Nieprawidłowo dobrany laminat może powodować odbicia sygnału, wzrost VSWR oraz pogorszenie parametrów transmisyjnych w:
filtrach,
dzielnikach mocy,
sprzęgaczach kierunkowych,
Dlatego już na etapie projektu konieczne jest dokładne określenie parametrów materiału oraz geometrii ścieżek.
Grubość laminatu i projekt PCB
Ważnym parametrem pozostaje też grubość dielektryka. Wpływa ona na szerokość ścieżek, impedancję oraz propagację pola elektromagnetycznego. Przy projektowaniu układów RF należy więc uwzględnić również:
tolerancje produkcyjne,
chropowatość miedzi,
jakość metalizacji,
stabilność termiczną materiału.
W aplikacjach wykorzystujących zaawansowane struktury mikrofalowe na bazie laminatów PCB nawet niewielkie odchylenia parametrów mogą wpływać na pracę całego systemu, dlatego bardzo istotny wybór właściwego laminatu mikrofalowego.