¿Por qué es tan difícil diseñar placas de circuito impreso de RF y microondas?

Para explicarlo de la forma más sencilla, las placas de circuito impreso de RF y microondas están diseñadas para funcionar a altas frecuencias, por lo que el proceso de diseño es un poco más complejo. Además de ser más sensibles al ruido de la señal, requieren material conductor y tienen esquinas afiladas.

Las pcbs de RF y microondas están diseñadas para operar con señales de alta frecuencia

Las placas de circuitos de RF y microondas son placas especializadas diseñadas para operar con señales de alta frecuencia. Suelen estar fabricadas con materiales de bajo CET, lo que las hace más estables a altas temperaturas. También permiten alinear fácilmente varias capas. Además, cuentan con una estructura de apilamiento de placas multicapa que ayuda a reducir los costes de montaje y maximizar el rendimiento. Las señales de alta frecuencia son muy sensibles al ruido, por lo que los diseñadores deben asegurarse de que sus placas de circuitos sean resistentes a este ruido.

Un sustrato de alta permitividad es esencial para una placa de circuito impreso de RF. La permitividad relativa es la relación entre la constante dieléctrica y la permitividad al vacío. Esta característica es importante porque minimiza el espacio necesario en la placa de circuito impreso. Además, los materiales del sustrato deben ser estables tanto a altas como a bajas temperaturas, y deben ser resistentes a la humedad.

Son más sensibles al ruido de la señal

El ruido de las señales de alta frecuencia es un problema común en las placas de circuito impreso de RF y microondas, y los diseñadores deben ser especialmente cuidadosos para reducir sus efectos. Las señales de RF y microondas toleran mucho menos el ruido de señal que las señales digitales de alta velocidad, por lo que deben conformarse de forma que se minimicen sus efectos. Para garantizar que la ruta del ruido de señal no se interrumpe, debe utilizarse un plano de tierra en la placa de circuito.

El ruido de señal puede tener una serie de efectos negativos en las pcbs de radio y microondas. En primer lugar, las señales de radiofrecuencia y microondas son más sensibles al ruido de señal porque viajan por un camino de menor resistencia. Las señales con frecuencias más altas tienden a tomar caminos con baja inductancia, lo que puede causar ruido de señal y zumbido. Por lo tanto, es vital garantizar un plano de tierra continuo desde el conductor hasta el receptor.

Requieren material conductor para disipar el calor

Cuando se aplica potencia a una placa de circuito impreso de RF o microondas, el material conductor debe disipar el calor generado. Esto se consigue siguiendo el modelo general de flujo de calor, en el que el calor fluye de la fuente a la zona de menor temperatura. Normalmente, se utiliza un material conductor como el cobre para las aplicaciones de RF porque tiene la capacidad de disipar el calor sin pérdidas.

La constante dieléctrica (Dk) de un sustrato de PCB determina su capacidad para disipar el calor. Las placas de circuito impreso fabricadas con un material conductor tienen un valor Dk más bajo que las fabricadas con un material inerte. Los valores altos de Dk dan lugar a PCB más pequeños.

Requieren múltiples reglas de diseño

Las placas de circuito impreso de RF y microondas tienen múltiples reglas de diseño que deben seguirse para obtener un rendimiento óptimo. Por ejemplo, el diseño de una placa de circuito impreso de RF/microondas debe tener en cuenta la necesidad de adaptación de impedancias entre conductores, que es fundamental cuando se trata de RF. Además, el diseño del circuito debe minimizar el riesgo de diafonía, que es el intercambio de energía entre conductores.

Otra regla importante a la hora de diseñar una placa de circuito impreso de RF/microondas es que el material del sustrato debe poder absorber poca humedad. Esto ayudará a reducir la cantidad de espacio necesario para la placa de circuito. Otra consideración para los materiales del sustrato es la permitividad relativa, que es la relación entre la constante dieléctrica y la permitividad al vacío. Lo ideal es que la permitividad relativa de los materiales de las placas de circuito impreso de RF/microondas sea lo suficientemente alta como para permitir interconexiones de alta velocidad sin comprometer las tolerancias de anchura de línea e impedancia. Esto requiere un análisis cuidadoso de los parámetros y materiales preliminares, que deben determinarse utilizando un diagrama de placa de circuito.