Hvorfor er det så svært at designe RF- og mikrobølge-PCB'er?

Den enkleste forklaring er, at RF- og mikrobølgeprintkort er designet til at fungere ved høje frekvenser, så designprocessen er lidt mere kompleks. Ud over at de er mere følsomme over for signalstøj, kræver de ledende materiale og har skarpe hjørner.

RF- og mikrobølgekort er designet til at betjene højfrekvente signaler

RF- og mikrobølgekredsløb er specialkort, der er designet til at håndtere højfrekvente signaler. Disse print er ofte lavet af materialer med lav CTE, hvilket gør dem mere stabile under høje temperaturer. De gør det også nemt at justere flere lag. Desuden har de en flerlagsstruktur, der hjælper med at sænke monteringsomkostningerne og maksimere ydeevnen. Højfrekvente signaler er meget følsomme over for støj, og designere er nødt til at sikre, at deres printkort er modstandsdygtige over for denne støj.

Et substrat med høj permittivitet er afgørende for et RF-printkort. Relativ permittivitet er forholdet mellem dielektrisk konstant og vakuumpermittivitet. Denne funktion er vigtig, fordi den minimerer den nødvendige plads på printkortet. Derudover skal substratmaterialer være stabile ved både høje og lave temperaturer, og de skal være modstandsdygtige over for fugt.

De er mere følsomme over for signalstøj

Højfrekvent signalstøj er et almindeligt problem med RF- og mikrobølge-PCB'er, og designere skal være særligt omhyggelige med at reducere dens virkninger. RF- og mikrobølgesignaler har en meget lavere tolerance for signalstøj end digitale højhastighedssignaler, og de skal formes på en måde, der minimerer effekten af den. For at sikre, at signalstøjens vej er uafbrudt, skal der bruges et jordplan på printkortet.

Signalstøj kan have en række negative effekter på radio- og mikrobølgekort. For det første er RF- og mikrobølgesignaler mere følsomme over for signalstøj, fordi de bevæger sig langs en sti med mindst mulig modstand. Signaler med højere frekvenser har en tendens til at tage veje med lav induktans, hvilket kan forårsage signalstøj og ringning. Derfor er det vigtigt at sikre et kontinuerligt jordplan fra driveren til modtageren.

De kræver ledende materiale til at sprede varmen

Når der tilføres strøm til et RF- eller mikrobølgeprintkort, skal det ledende materiale aflede den varme, der genereres. Det sker ved at følge den generelle varmestrømningsmodel, hvor varmen strømmer fra kilden til området med lavere temperatur. Typisk bruges et ledende materiale som kobber til RF-applikationer, fordi det har evnen til at sprede varmen uden tab.

Den dielektriske konstant (Dk) i et printkort-substrat afgør, hvor godt det afleder varme. Printkort lavet af et ledende materiale har en lavere Dk-værdi end dem, der er lavet af et inert materiale. Høje Dk-værdier resulterer i mindre printkort.

De kræver flere designregler

RF- og mikrobølge-PCB'er har flere designregler, der skal følges for at opnå optimal ydeevne. For eksempel skal layoutet af et RF-/mikrobølgeprint tage højde for behovet for impedanstilpasning mellem lederne, hvilket er kritisk, når man har med RF at gøre. Derudover skal kredsløbslayoutet også minimere risikoen for krydstale, som er udveksling af energi mellem ledere.

En anden vigtig regel, når man designer et RF/mikrobølgeprint, er, at substratmaterialet skal kunne absorbere lav luftfugtighed. Det er med til at reducere den plads, der skal bruges til printkortet. En anden overvejelse i forbindelse med substratmaterialer er den relative permittivitet, som er forholdet mellem dielektrisk konstant og vakuumpermittivitet. Ideelt set bør den relative permittivitet for RF/mikrobølge-PCB-materialer være høj nok til at tillade højhastighedsforbindelser uden at gå på kompromis med linjebredde og impedanstolerancer. Det kræver en omhyggelig analyse af de indledende parametre og materialer, som skal bestemmes ved hjælp af et printkortdiagram.