A precisão da produção das linhas de transmissão da placa RF requer uma precisão extremamente alta. A principal razão é que, em cenários de RF, as linhas de transmissão de PCB evoluíram de "conectores elétricos" comuns para componentes centrais de parâmetros distribuídos que determinam diretamente o desempenho do circuito. Os desvios de tamanho em microescala são amplificados por efeitos de alta frequência, resultando em degradação significativa do desempenho.
Em altas frequências, o comprimento de onda é da mesma magnitude que o tamanho do fio
Quanto maior a frequência do sinal de RF, menor será o comprimento de onda. Quando o comprimento do fio excede λ/16, ele deve ser tratado como uma linha de transmissão e não pode mais ser tratado como um fio normal.
No cenário de radar de ondas milimétricas montado em veículo de 77 GHz, o comprimento de onda do sinal na placa FR-4 é de apenas 2,1 mm e o limite λ/16 é de apenas 0,13 mm. Qualquer geometria de fiação participa diretamente do comportamento elétrico do circuito.
Neste ponto, mesmo alguns micrômetros de desvio na largura da linha podem alterar diretamente o comprimento elétrico da linha de transmissão, causando mudança de fase e levando diretamente ao desvio do direcionamento do feixe em sistemas como phased array e radar que exigem consistência de fase extremamente alta.
A tolerância de precisão da correspondência de impedância é extremamente estreita
A impedância padrão da indústria de 50 Ω é o "contrato de desempenho" dos sistemas de RF, e mesmo pequenos desvios de impedância podem causar sérios reflexos de sinal.
Tomando como exemplo a linha microstrip de 50 Ω da placa FR4, para cada mudança de ± 10 μm na largura da linha, a impedância se desviará em ± 2 Ω, levando diretamente à deterioração da perda de retorno.
Se o desvio de impedância exceder ± 10%, a perda de retorno diminuirá para menos de 26dB e a proporção da potência refletida aumentará para 0,23%, consumindo diretamente o orçamento do link, resultando em uma deterioração do valor do ruído na extremidade receptora, e o amplificador não pode compensar tais perdas.
A perda sob o efeito da pele é extremamente sensível ao tamanho
Depois que a frequência excede 1 GHz, a corrente do sinal não flui mais uniformemente através da seção transversal do condutor, mas se concentra em uma camada fina no nível micrométrico da superfície do condutor.
A profundidade da pele do sinal de 2,4 GHz no condutor de cobre é de apenas 1,3 μm e, em 77 GHz, a profundidade da pele é inferior a 0,4 μm. Pequenas mudanças no desvio da largura da linha, na rugosidade da folha de cobre e na corrosão lateral da gravação podem aumentar significativamente o comprimento real do caminho da corrente do condutor, causando perda adicional de inserção de alta frequência.
Em cenários de ondas milimétricas, uma diferença de perda de 0,07dB/cm afeta diretamente o alcance de detecção do radar, o que exige que a rugosidade da borda da linha de transmissão seja controlada dentro de 0,5 μm, o que não pode ser atendido por processos comuns de PCB.
Controle preciso de diafonia e radiação eletromagnética
A força de acoplamento do campo eletromagnético entre linhas adjacentes em altas frequências está diretamente relacionada à relação entre o espaçamento das linhas e a distância de retorno ao solo. Mesmo pequenos desvios de espaçamento podem fazer com que a diafonia exceda as expectativas do projeto.
A "regra 3W" comumente usada na indústria de RF exige que o espaçamento entre linhas seja pelo menos três vezes a largura da linha. Somente comprimindo a tolerância do espaçamento de linha para ± 0,5 mil os resultados da simulação podem corresponder totalmente ao desempenho real e evitar interferência de sinal entre canais adjacentes.
Pequenos defeitos geométricos, como cantos afiados de 90 graus e serrilhas nas bordas da fiação, podem ser equivalentes a pequenas antenas irradiando energia em altas frequências, causando vazamento de sinal e introduzindo interferência eletromagnética adicional, que deve ser completamente evitada por meio de processos de gravação de alta precisão.