Testing Method And Acceptance Criteria For Dielectric Constant And Loss Factor Of High-frequency PCB

Ao personalizarplacas de alta frequência, é importante focar nos valores principais da constante dielétrica (Dk) e do fator de perda (Df), como "Dk estável, não baixo; frequência Df, não nominal", e não apenas nos valores nominais no manual de dados ao selecionar materiais.

Constante dielétrica (Dk): foco na estabilidade e não no valor absoluto
Dk é um parâmetro que mede a capacidade de um material em armazenar energia elétrica, determinando diretamente a velocidade de transmissão do sinal e a precisão da impedância característica.

Foco principal:
A tolerância deve ser estritamente controlada dentro de ± 0,05. Uma flutuação de 0,1 em Dk pode causar um deslocamento de impedância de 50 Ω de vários ohms, levando à reflexão do sinal.
Priorize a amplitude de flutuação de Dk dentro da banda de frequência operacional: por exemplo, a variação de Dk em Rogers RO4350B na faixa de 10 GHz a 24 GHz não excede 0,01, o que é muito melhor do que a flutuação de ± 0,3 do FR-4 comum.
Distinguir entre "valor de teste" e "valor de projeto": O valor de teste oficial do RO4350B é 3,48@10GHz O valor de projeto recomendado é 3,66. Na personalização real, os dados medidos acima de 10 GHz devem ser usados ​​como padrão, e o valor Dk em uma frequência baixa de 1 MHz não pode ser aplicado diretamente.
Atenção à anisotropia: Existem diferenças em Dk entre o plano XY e a direção do eixo Z de algumas placas. Durante a simulação, é necessário confirmar os parâmetros medidos das dimensões correspondentes para evitar uma desconexão entre simulação e medição.

Fator de perda (Df): Cenários de alta frequência têm maior prioridade que Dk
Df representa a proporção de energia convertida em calor durante a propagação do sinal em um meio, determinando diretamente o grau de atenuação do sinal.

Foco principal:
Ele deve corresponder à frequência operacional real: a atenuação de FR-4 (Df ≈ 0,02) em 10GHz é de cerca de 0,82dB/polegada, enquanto RO4350B (Df ≈ 0,0037) é de apenas 0,26dB/polegada, com uma diferença de perda total de mais de três vezes para fiação de 10 polegadas.
Quanto maior a frequência, mais rigorosos são os requisitos: para frequências acima de 3 GHz, o Df deve ser inferior a 0,005, e para cenários de radar de ondas milimétricas de 77 GHz, devem ser selecionados materiais de PTFE com Df inferior a 0,001.
Não podemos buscar cegamente o Df ultrabaixo: o RO4350B é completamente suficiente para aplicações abaixo de 6 GHz. A escolha cega de materiais de PTFE de alta qualidade com menor Df aumentará os custos exponencialmente e terá uma relação custo-benefício extremamente baixa.

4 equívocos comuns a serem evitados ao personalizar
Focando apenas em Dk e ignorando Df: Em cenários de alta frequência, Df determina diretamente a distância de transmissão do sinal, e muitos problemas anormais de atenuação são causados ​​pela seleção de materiais exclusivamente com base em Dk.
Desprezando a influência da temperatura e da umidade: Após FR-4 absorver água, o Dk aumentará de 4,2 para 4,5. As aplicações externas exigem que os fabricantes forneçam a curva característica Dk/Df em -40 graus ~85 graus.
Método de teste de confusão: Os valores Dk/Df obtidos por diferentes métodos de teste (método de cavidade ressonante, método de linha de transmissão) variam muito, e o fornecedor deve ser obrigado a fornecer dados medidos de acordo com o padrão IPC-TM-650.
Usando FR-4 para suportar altas frequências: A perda dielétrica de FR-4 na faixa de frequência acima de 3 GHz resultará em uma perda de mais da metade da potência do sinal, o que é completamente incapaz de atender aos requisitos de transmissão de cenários de ondas milimétricas.

Referência de seleção para folha convencional de alta frequência Dk/Df