Menghentikan Kehilangan Sinyal pada PCB Frekuensi Tinggi: Strategi Material & Desain yang Efektif

Dalam elektronik frekuensi tinggi di mana sinyal berlari pada 10 GHz dan di luar bahkan 1 dB kehilangan dapat melumpuhkan kinerja sebuah stasiun pangkalan 5G mungkin kehilangan koneksi, sistem radar bisa melewatkan target,atau transceiver satelit mungkin gagal untuk mengirimkan data. kehilangan sinyal di sini tidak hanya mengganggu; itu adalah titik kegagalan kritis. kabar baik? dengan bahan yang tepat dan pilihan desain, Anda dapat mengurangi kehilangan sinyal hingga 60%,memastikan PCB frekuensi tinggi Anda bekerja sesuai dengan tujuanBegini caranya.

Mengapa Kehilangan Sinyal Terjadi pada PCB Frekuensi Tinggi

Kehilangan sinyal (sering disebut kehilangan penyisipan) pada PCB frekuensi tinggi berasal dari tiga penyebab utama.

a. Kerugian Dielektrik: Energi yang terbuang sebagai panas di substrat PCB, yang disebabkan oleh konstanta dielektrik material (Dk) dan tangen kerugian (Df). Df yang lebih tinggi = lebih banyak kerugian, terutama di atas 28 GHz.
b. Kehilangan konduktor: Ketahanan pada jejak tembaga, diperburuk oleh efek kulit (sinyal frekuensi tinggi yang bergerak di permukaan jejak) dan kekasaran permukaan.
c.Radiation Loss: Sinyal “bocor” dari jejak karena routing yang buruk, grounding yang tidak memadai, atau panjang jejak yang berlebihan.

Pilihan Bahan: Dasar Kinerja dengan Kerugian Rendah
Substrat PCB Anda adalah garis pertahanan pertama terhadap hilangnya sinyal. Berikut ini bagaimana bahan atas dibandingkan pada 60 GHz (frekuensi mmWave umum untuk 5G dan radar):

Untuk sebagian besar desain frekuensi tinggi, Rogers RO4830 menyeimbangkan kinerja dan biaya.

Desain Strategi Untuk Meminimalkan Kerugian Sinyal
Bahkan bahan terbaik tidak dapat mengatasi desain yang buruk.

1. Memperpendek Trace Lengths
Sinyal frekuensi tinggi menurun dengan cepat dari jarak.

a.FR-4 kehilangan ~11 dB (hampir 90% dari kekuatan sinyal).
b.PTFE kehilangan ~3 dB (50% dari kekuatan).

Perbaiki: Jalur jejak langsung, menghindari tikungan yang tidak perlu.

2. Kontrol impedansi ketat
Ketidakcocokan impedansi (ketika impedansi jejak menyimpang dari target, misalnya, 50 ohm) menyebabkan hilangnya refleksi sinyal yang memantul kembali alih-alih mencapai tujuan mereka.

Cara memperbaikinya:
Gunakan alat simulasi (misalnya, Ansys SIwave) untuk menghitung lebar jejak / jarak untuk bahan Anda (misalnya, jejak 50-ohm pada Rogers RO4830 membutuhkan lebar ~ 7 mil dengan jarak 6 mil).
Tambahkan kupon tes impedansi ke panel PCB Anda untuk memverifikasi konsistensi pasca produksi.

3. Optimalkan Lapangan Bumi
Pesawat tanah padat bertindak sebagai “cermin” untuk sinyal, mengurangi kehilangan radiasi dan menstabilkan impedansi.

Praktek terbaik:
a. Gunakan bidang tanah yang terus menerus langsung di bawah jejak sinyal (tidak ada celah atau celah).
b.Untuk PCB multi-layer, letakkan bidang tanah bersebelahan dengan lapisan sinyal (dipisahkan oleh ≤0,02 inci untuk frekuensi tinggi).

4. Mengurangi Vias dan Stubs
Vias (lubang yang menghubungkan lapisan) menciptakan diskontinuitas impedansi, terutama jika mereka:

a.Terlalu besar (diameter > 10 mil untuk desain 50 ohm).
b. Tidak dilapisi atau dilapisi dengan buruk.
c. Didampingi oleh ′′stubs′′ (tidak digunakan melalui panjang di luar titik koneksi).

Perbaikan: Gunakan microvias (6 ¢ 8 mil) dengan ¢ back drilling ¢ untuk menghapus batang, mengurangi kerugian terkait via sebesar 40%.

5. jejak tembaga halus
Permukaan tembaga kasar meningkatkan kehilangan konduktor hingga 30% pada 60 GHz (karena resistensi penguat efek kulit).

a.Solusi: Tentukan low-profile tembaga (kerapuhan permukaan < 0,5 μm) alih-alih tembaga standar (1,5 2,0 μm).

Hasil Dunia Nyata: Studi Kasus 5G
Sebuah produsen telekomunikasi beralih dari FR-4 ke Rogers RO4830 untuk modul 5G 28 GHz mereka dan menerapkan strategi desain di atas.

a. Kehilangan sinyal turun dari 8 dB menjadi 3,2 dB selama 4 inci jejak.
b.Keandalan koneksi meningkat sebesar 45% dalam uji lapangan.
c. Generasi panas (dari kehilangan dielektrik) berkurang sebesar 28%, memperpanjang umur komponen.

Kesimpulan
Menghentikan hilangnya sinyal pada PCB frekuensi tinggi membutuhkan pendekatan dua arah: memilih bahan-bahan rendah Df (seperti Rogers atau PTFE) dan memasangkannya dengan kontrol desain yang ketat (jaringan pendek,pencocokan impedansiUntuk sistem 5G, radar, atau satelit, kombinasi ini bukan opsional, ini adalah perbedaan antara produk yang bekerja dan yang gagal.

Dengan memprioritaskan kinerja material dan disiplin desain, Anda akan memastikan PCB frekuensi tinggi Anda memberikan kecepatan, jangkauan, dan keandalan yang dibutuhkan aplikasi Anda.