Konstanta dielektrik (Dk) dan faktor kerugian (Df) papan sirkuit tercetak frekuensi tinggi merupakan parameter inti yang menentukan kualitas transmisi sinyal frekuensi tinggi. Banyak parameter nominal pabrikan memiliki masalah seperti kondisi pengujian yang tidak jelas dan pelabelan yang salah, yang dapat dengan mudah menyebabkan kesalahan dalam desain dan produksi sebenarnya. Di bawah ini, kami akan merangkum poin pengetahuan praktis inti dari kedua parameter ini untuk membantu Anda menghindari jebakan parameter.
Definisi Dasar dan Terminologi Umum Industri
Konstanta dielektrik (Dk/ε r): mencirikan kemampuan substrat PCB untuk menyimpan muatan dalam medan listrik. Dalam bidang teknik, ini mengacu pada konstanta dielektrik relatif (nilai vakum 1), yang merupakan properti intrinsik tak berdimensi.
Faktor kerugian (Df/tan δ): Mengacu pada proporsi energi listrik yang diubah menjadi energi panas per satuan waktu oleh substrat di bawah medan listrik bolak-balik frekuensi tinggi, juga dikenal sebagai tangen kerugian dielektrik.
Jebakan parameter yang paling mudah diabaikan
Ketidakcocokan frekuensi pengujian: Dk fr4 biasa biasanya diukur pada frekuensi rendah 1MHz, sedangkan papan sirkuit cetak frekuensi tinggi memerlukan setidaknya 10GHz (X-band) data terukur, dan parameter frekuensi rendah tidak dapat mewakili performa adegan frekuensi tinggi sama sekali.
Penandaan virtual toleransi nominal: Perbedaan batch Dk dari fr4 biasa dapat mencapai ± 0,2, sedangkan toleransi Dk dari bahan frekuensi tinggi yang memenuhi syarat harus dikontrol dalam ± 0,02. Toleransi penandaan virtual akan secara langsung menyebabkan deviasi impedansi aktual sebesar 5-10 Ω, melebihi persyaratan toleransi ± 2% untuk rangkaian RF.
Penyembunyian stabilitas lingkungan: Banyak material-berfrekuensi tinggi dengan harga rendah tidak mencantumkan koefisien suhu konstan dielektrik τ Dk. Dalam skenario luar ruangan yang berkisar antara -40 derajat hingga+85 derajat , Dk berubah secara signifikan seiring penyimpangan suhu, yang secara langsung menyebabkan penyimpangan impedansi dan ketidakcocokan sinyal.
Pengaruh kelembapan tidak dapat dijelaskan: ketika laju penyerapan air pada substrat terlalu tinggi, Dk akan meningkat secara signifikan setelah penyerapan air, Df akan memburuk secara serempak, dan kehilangan sinyal di lingkungan lembab akan jauh melebihi nilai nominal.
Dampak inti dari dua parameter pada kinerja rangkaian
Konstanta dielektrik (Dk):
Menentukan secara langsung kecepatan transmisi sinyal, semakin rendah Dk, semakin kecil penundaan propagasi sinyal, dan semakin cepat kecepatan transmisi.
Ini adalah parameter masukan inti untuk simulasi impedansi, dan deviasi Dk dapat secara langsung menyebabkan kegagalan desain impedansi standar seperti 50 Ω/100 Ω, yang menyebabkan pantulan sinyal.
Faktor kerugian (Df):
Secara langsung menentukan hilangnya penyisipan sinyal frekuensi tinggi, pada pita frekuensi di atas 10GHz, kehilangan per inci fr4 biasa dapat mencapai 1-2dB, dan material frekuensi tinggi berkualitas tinggi dapat dikontrol dalam 0,2dB.
Df yang berlebihan dapat mengakibatkan pemborosan daya pada ujung transmisi dan ketidakmampuan untuk mendemodulasi sinyal lemah pada ujung penerima, yang secara langsung mengurangi jarak komunikasi dan sensitivitas deteksi radar.
Referensi parameter umum untuk lembaran logam frekuensi tinggi arus utama
| sistem materi | Nilai Dk tipikal (10GHz) | Nilai Df tipikal (10GHz) | Skenario inti yang dapat diterapkan |
|---|---|---|---|
| FR-4 biasa | 4.2~4.6 | ~0.02 | Sirkuit digital kecepatan rendah di bawah 1GHz |
| Seri resin karbon hidrogen | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | Pemancar 5G,-modul optik berkecepatan tinggi |
| Seri RO4000 | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | Penguat RF, radar otomotif |
| Seri modifikasi PTFE | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | Gelombang milimeter, komunikasi satelit, radar militer |
Metode pengujian resmi yang umum digunakan di industri
Dk dan Df papan sirkuit tercetak frekuensi tinggi tidak dapat diuji menggunakan metode tabel Q-dari fr4 biasa. Metode resonansi garis strip yang umum digunakan di industri adalah mengukur frekuensi resonansi resonator garis strip menggunakan penganalisis jaringan vektor untuk membalikkan Dk, dan mengukur nilai faktor kualitas Q untuk membalikkan Df. Hasilnya mendekati kondisi kerja PCB sebenarnya.