RFおよびマイクロ波PCBの設計はなぜ難しいのか？

簡単に説明すると、RFおよびマイクロ波PCBは高周波で動作するように設計されているため、設計プロセスは少し複雑になります。信号ノイズに対してより敏感であることに加え、導電性材料を必要とし、鋭利な角があります。

RF およびマイクロ波 PCB は高周波信号を操作するように設計されています。

RFおよびマイクロ波回路基板は、高周波信号を操作するために設計された特殊な基板である。これらの基板は多くの場合、CTEが低い材料で作られており、高温条件下での安定性が高くなっている。また、多層のアライメントも容易である。さらに、多層ボードのスタックアップ構造が特徴で、組み立てコストの削減と性能の最大化に役立ちます。高周波信号はノイズに非常に敏感であり、設計者は回路基板がこのノイズに強いことを保証する必要がある。

RFプリント基板には高誘電率基板が不可欠です。比誘電率とは、誘電率と真空誘電率の比のことである。この特徴は、回路基板上に必要なスペースを最小限に抑えることができるため重要である。さらに、基板材料は高温でも低温でも安定でなければならず、湿度にも耐性がなければならない。

信号ノイズに対してより敏感である

高周波信号ノイズは、RFおよびマイクロ波プリント基板でよく発生する問題であり、設計者はその影響を低減するために特に注意しなければならない。RF信号やマイクロ波信号は、高速デジタル信号に比べて信号ノイズに対する許容度が非常に低いため、その影響を最小限に抑えるような形状にする必要があります。信号ノイズの経路が途切れないように、回路基板にはグランドプレーンを使用する。

信号ノイズはラジオやマイクロ波の基板に多くの悪影響を及ぼします。まず、RF やマイクロ波の信号は、最も抵抗の少ない経路を通るため、信号ノイズの影響を受けやすい。周波数の高い信号はインダクタンスの低い経路を通る傾向があり、信号ノイズやリンギングの原因となります。したがって、ドライバーからレシーバーまで連続したグランドプレーンを確保することが重要です。

熱を放散するために導電性材料が必要である。

RFまたはマイクロ波プリント回路基板に電力が印加されると、導電性材料は発生した熱を放散させなければなりません。これは、一般的な熱流モデルに従って、熱源から温度の低い領域へと熱が流れることで達成されます。一般的に、銅のような導電性材料は、損失なく熱を放散する能力があるため、RFアプリケーションに使用されます。

PCB基板の誘電率（Dk）は、その基板の放熱性を決定します。導電性材料で作られたPCBは、不活性材料で作られたものよりもDk値が低くなります。Dk値が高いほど、PCBは小さくなります。

複数のデザインルールが必要

RFおよびマイクロ波PCBには、最適な性能を得るために従わなければならない複数の設計ルールがある。例えば、RF/マイクロ波PCBのレイアウトは、導体間のインピーダンス整合の必要性を考慮しなければならない。さらに、回路レイアウトは、導体間のエネルギー交換であるクロストークのリスクも最小限に抑えなければなりません。

RF/マイクロ波プリント基板を設計する際のもう一つの重要なルールは、基板材料が低湿度を吸収できなければならないということである。これにより、回路基板に必要なスペースを小さくすることができます。基板材料のもう一つの考慮点は比誘電率で、これは誘電率と真空誘電率の比です。理想的には、RF/マイクロ波PCB材料の比誘電率は、線幅とインピーダンスの公差を損なうことなく、高速相互接続を可能にするのに十分高くなければならない。そのためには、予備的なパラメータと材料を注意深く分析し、回路基板図を用いて決定する必要があります。