Warum ist es so schwierig, RF- und Mikrowellen-Leiterplatten zu entwerfen?

Die einfachste Erklärung ist, dass HF- und Mikrowellen-Leiterplatten für den Betrieb bei hohen Frequenzen ausgelegt sind, so dass der Entwurfsprozess etwas komplexer ist. Sie sind nicht nur empfindlicher gegenüber Signalrauschen, sondern erfordern auch leitfähiges Material und haben scharfe Ecken.

RF- und Mikrowellen-Leiterplatten sind für den Betrieb von Hochfrequenzsignalen ausgelegt

HF- und Mikrowellenplatinen sind spezielle Platinen, die für den Betrieb von Hochfrequenzsignalen ausgelegt sind. Diese Leiterplatten werden häufig aus Materialien mit niedrigem WAK hergestellt, was sie unter Hochtemperaturbedingungen stabiler macht. Außerdem ermöglichen sie eine einfache Ausrichtung mehrerer Lagen. Darüber hinaus weisen sie eine mehrlagige Stapelstruktur auf, die die Montagekosten senkt und die Leistung maximiert. Hochfrequenzsignale sind sehr rauschempfindlich, und die Entwickler müssen sicherstellen, dass ihre Leiterplatten gegen dieses Rauschen resistent sind.

Ein Substrat mit hoher Permittivität ist für eine HF-Leiterplatte unerlässlich. Die relative Dielektrizitätskonstante ist das Verhältnis zwischen der Dielektrizitätskonstante und der Permittivität des Vakuums. Diese Eigenschaft ist wichtig, weil sie den Platzbedarf auf der Leiterplatte minimiert. Darüber hinaus müssen die Substratmaterialien sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen stabil sein und sollten gegen Feuchtigkeit resistent sein.

Sie sind empfindlicher gegenüber Signalrauschen

Hochfrequentes Signalrauschen ist ein häufiges Problem bei HF- und Mikrowellen-Leiterplatten, und die Designer müssen besonders darauf achten, seine Auswirkungen zu reduzieren. HF- und Mikrowellensignale haben eine viel geringere Toleranz für Signalrauschen als digitale Hochgeschwindigkeitssignale und müssen so geformt werden, dass ihre Auswirkungen minimiert werden. Um sicherzustellen, dass der Signalrauschpfad nicht unterbrochen wird, sollte eine Massefläche auf der Leiterplatte verwendet werden.

Signalrauschen kann eine Reihe von negativen Auswirkungen auf Funk- und Mikrowellen-Leiterplatten haben. Erstens sind Hochfrequenz- und Mikrowellensignale empfindlicher gegenüber Signalrauschen, weil sie sich auf dem Weg des geringsten Widerstands bewegen. Signale mit höheren Frequenzen neigen dazu, Wege mit geringer Induktivität zu nehmen, was zu Signalrauschen und Klingeln führen kann. Daher ist es wichtig, eine durchgehende Massefläche vom Treiber zum Empfänger sicherzustellen.

Sie benötigen leitfähiges Material zur Wärmeableitung

Wenn eine HF- oder Mikrowellen-Leiterplatte mit Strom versorgt wird, muss das leitende Material die erzeugte Wärme ableiten. Dies geschieht nach dem allgemeinen Wärmeflussmodell, bei dem die Wärme von der Quelle zum Bereich mit niedrigerer Temperatur fließt. In der Regel wird für HF-Anwendungen ein leitfähiges Material wie Kupfer verwendet, da es die Wärme verlustfrei ableiten kann.

Die Dielektrizitätskonstante (Dk) eines Leiterplattensubstrats bestimmt, wie gut es die Wärme ableitet. Leiterplatten aus leitendem Material haben einen niedrigeren Dk-Wert als solche aus inertem Material. Hohe Dk-Werte führen zu kleineren Leiterplatten.

Sie erfordern mehrere Gestaltungsregeln

Für HF- und Mikrowellen-Leiterplatten gelten mehrere Designregeln, die für eine optimale Leistung befolgt werden müssen. So muss das Layout einer HF-/Mikrowellen-Leiterplatte beispielsweise die notwendige Impedanzanpassung zwischen den Leitern berücksichtigen, die im HF-Bereich von entscheidender Bedeutung ist. Außerdem muss das Schaltungslayout das Risiko des Übersprechens, d. h. des Energieaustauschs zwischen Leitern, minimieren.

Eine weitere wichtige Regel beim Entwurf einer HF-/Mikrowellen-Leiterplatte ist, dass das Trägermaterial in der Lage sein muss, geringe Feuchtigkeit aufzunehmen. Dies trägt dazu bei, den Platzbedarf für die Leiterplatte zu verringern. Ein weiteres Kriterium für Substratmaterialien ist die relative Dielektrizitätskonstante, d. h. das Verhältnis zwischen Dielektrizitätskonstante und Vakuum-Dielektrizität. Im Idealfall sollte die relative Dielektrizitätskonstante von HF-/Mikrowellen-Leiterplattenmaterialien hoch genug sein, um Hochgeschwindigkeitsverbindungen ohne Beeinträchtigung der Leitungsbreite und Impedanztoleranzen zu ermöglichen. Dies erfordert eine sorgfältige Analyse der vorbereitenden Parameter und Materialien, die anhand eines Leiterplattenplans ermittelt werden sollten.