TMM-piirilevy antennin pienentämiseen

1. TMM-luokan valinta antennin pienentämiseen

TMM on mikroliuska- ja liuskajohtorakenteissa käytettävien kestomuovilaminaattien perhe. Antennien valmistuksessa hyödyllinen kysymys on, mikä laatu ja paksuus tarjoavat vaaditun sähköisen geometrian ja pysyvät samalla yhteensopivina aiotun poraus-, jyrsintä-, laminointi- ja pinnoitusreitin kanssa. Rogers julkaisee erilliset valmistusohjeet TMM-perheelle, joten julkaistu rakenne tulisi tarkistaa toimittajan nykyisen dokumentaation perusteella ennen työkalujen käyttöä. Piirilevyn valmistusprosessi tulisi sitten sovittaa kyseiseen rakenteeseen. Kun laatu on valittu, antennien rakentaminen TMM-alustoille yhdistää koonpienennysmallin kuvitustyöhön, syöttörakenteisiin ja mittatarkastukseen.

Antennin pienentämisessä olennaisia ​​muuttujia ovat laatukohtainen Dk, dielektrinen paksuus, kuparin rakenne, lämpötilakäyttäytyminen sekä RF-ominaisuuden koon ja valmistustoleranssin välinen suhde. Nämä arvot tulisi ottaa valitun laatuluokan toimittajan nykyisestä datalehdestä sen sijaan, että ne yleistettäisiin kaikkiin TMM-tuotteisiin. Highleap vertaa antennin syötteitä, referenssitason välistystä, viivan leveyttä ja piirilevyn paksuutta mallinnettuun rakenteeseen. Mittojen kutistuessa paneelin kohdistus ja syövytyksen hallinta tulevat tärkeämmiksi, joten ensimmäisen artikkelin tulisi mitata antennin vastetta ohjaavat ominaisuudet. Tarkat materiaaliominaisuuksien arvot tulisi tarkistaa määritellyn laatuluokan ja rakenteen nykyisestä toimittajan dokumentaatiosta.

Koska TMM on kertamuovi, se ei pehmene kuumennettaessa. Johtimien liittäminen voidaan suorittaa ilman liitäntäpintojen irtoamisen tai alustan muodonmuutoksen riskiä – merkittävä etu PTFE:hen verrattuna hybridi-mikroaaltointegroiduissa piireissä (MIC).

2. Rogersin TMM-sarjan ominaisuustaulukko (TMM3–TMM13i) — Viitearvot ja suunnittelukäyttö

Alla olevat arvot ovat viitetietoja julkaistusta Rogers TMM:n teknisestä kirjallisuudesta; tarkista nykyinen versio ja testausmenetelmä ennen julkaisua. ”Prosessin Dk” mitataan 10 GHz:n taajuudella IPC-TM-650-menetelmän 2.5.5.5 mukaisesti (liuskajohtoresonaattori, z-akseli). ”Suunnittelun Dk” on laajakaistan arvo, joka on mitattu 8–40 GHz:n taajuudella differentiaalisen vaihepituuden menetelmällä – käytä suunnittelun Dk:ta sähkömagneettisessa simulaatiossasi (HFSS, ADS, CST).

* TMM10i:n TCDk on arvioitu Rogersin datalehden mukaan. TMM13i:n lämmönjohtavuutta ei ole julkaistu. Veden imeytyminen vaihtelee alustan paksuuden mukaan – katso paksuuskohtaiset arvot Rogersin datalehdestä (ASTM D570). Vakiopaksuudet: 0.015″–0.500″ (15–500 mil). Vakiolevykoot: 18 × 12″ ja 18 × 24″. Kupariverhous: ½ oz, 1 oz, 2 oz sähkösaostettu; saatavilla on raskasmetalliverhous.

Keskeiset datakuviot: Df pysyy alhaisena (0.0019–0.0023) kaikissa muunnelmissa Dk:sta riippumatta – suunnittelijat voivat valita suuren Dk:n miniatyrisointia varten ilman merkittävää tappiorangaistusta. CTE xy ja CTE z ovat lähellä toisiaan jokaisessa muunnelmassa (toisin kuin FR4:ssä, jossa z-CTE on 3–5 × suurempi kuin xy), mikä on luotettavien pinnoitettujen läpireikien perusta.

Prosessi Dk vs. suunnittelun Dk: Nämä kaksi arvoa eroavat toisistaan, koska ne mitataan eri menetelmillä eri taajuusalueilla. Esimerkiksi TMM4:n prosessi Dk on 4.50, mutta suunnittelun Dk on 4.70. Käytä prosessia Dk vain valmistuksen laadunvalvontaan. Huomaa, että TMM13i:n suunnittelun Dk (12.20) on pienempi kuin sen prosessi Dk (12.85) – tarkista aina, mitä arvoa simulointityökalusi odottaa.

3. TMM3 ja TMM4: Matala-Dk-arvo suodattimille, oskillaattoreille ja kalibrointialustoille

TMM3 (Dk = 3.27 prosessi / 3.45 suunnittelu). TMM3 on lähimpänä RO4350B:tä dielektrisyysvakion suhteen. Sen TCDk, +37 ppm/°K, tarkoittaa, että dielektrisyysvakio kasvaa hieman lämpötilan mukana – ennustettavissa oleva ja hyvin karakterisoitu ajautuminen, joka voidaan kompensoida suunnittelussa. Sotilaallisilla lämpötiloilla välillä −55 - +125 °C Dk:n kokonaissiirtymä on noin 0.7 %, mikä pitää suodattimien keskitaajuudet vakaina ilman jälkisäätöä. TMM3:a käytetään satelliittitransponderisuodattimissa, jänniteohjatuissa oskillaattorialustoissa (VCO) ja testilaitteissa, joissa Dk:n on oltava tiedossa suurella tarkkuudella ja toistettavissa eri tuotantoerien välillä.

TMM4 (Dk = 4.50 prosessi / 4.70 suunnittelu). TMM4:llä on pienin TCDk-arvo koko TMM-perheessä: +15 ppm/°K. Yli −55 - +125 °C:n lämpötilassa Dk:n kokonaispoikkeama on noin 0.27 % – Rogersin valikoiman lämpötilavakain vaihtoehto. Sen suunnittelun Dk 4.70 on lähellä FR4:ää (4.2–4.5), joten FR4:llä prototyypitetyt mallit voivat siirtyä TMM4:ään muuttamatta piirin mittoja. TMM4 on vakiovalinta yhdistelmä- ja interdigitaalisille suodattimille viestintäjärjestelmissä ja sotilasradioissa, joissa taajuustarkkuuden on pysyttävä vakaana −55 - +125 °C:ssa.

4. TMM6 ja TMM10: High-Dk GPS-antenneille ja tukiasemaryhmille

Suurempi Dk pienentää ohjattua aallonpituutta, mikä kutistaa suhteellisesti resonanssirakenteita. TMM6:n patch-antenni (Dk = 6.00) on noin 35 % pienempi mittaa kohden kuin sama antenni TMM3:n antennissa (Dk = 3.27). TMM10:n antennissa (Dk = 9.20) koon pieneneminen on noin 50 %.

TMM6 (Dk = 6.00 prosessi / 6.30 suunnittelu). TMM6 on yleisimmin käytetty TMM-variantti. TMM6:n GPS L1 (1.575 GHz) -paikkausantennit vievät noin 25 × 25 mm:n jalanjäljen – riittävän kompaktin autojen kattomoduuleihin ja kädessä pidettäviin vastaanottimiin. −11 ppm/°K:n TCDk-arvo (perheen ainoa negatiivinen ja pieni TCDk) voi olla vahva ehdokas, kun tarvitaan sekä pienentämistä että lämpötilavakautta. TMM6 on myös matkapuhelinverkkojen tukiasemasektorin antennipaneelien standardimateriaali, jossa 35 %:n koon pienennys elementtiä kohden mahdollistaa useamman säteilijän sijoittamisen kiinteälle paneelialueelle 5G:n massiivisissa MIMO-matriiseissa.

TMM10 (Dk = 9.20 prosessi / 9.80 suunnittelu). TMM10 vie miniatyrisointia eteenpäin – 50 %:n kokoero TMM3:een verrattuna. Sovelluksia ovat dielektriset resonaattoriantennit (DRA) ja kompaktit antenniryhmät Wi-Fi- ja 5G-verkkoihin. TMM10 ja TMM10i voivat korvata alumiinioksidikeraamiset alustat ja pysyä samalla prosessoitavina tavallisilla piirilevylaitteilla – Rogers mainitsee tämän ominaisuuden erityisesti TMM:n datalehdessä. Kompromissi: CTE xy nousee 21 ppm/°K:iin ja materiaalista tulee hauraampaa suuremmalla keraamisella kuormituksella. Vahvempaa miniatyrisointia varten TMM13i:n korkea-Dk-rakennetta tulisi arvioida sallittujen taajuussiirto- ja etsaustoleranssien perusteella.

5. TMM10i ja TMM13i: Korkeimman Dk-arvon omaavat Rogers-laminaatit miniatyyriantenneille

”I”-liite tarkoittaa isotrooppisia CTE-variantteja. TMM10i:n (Dk = 9.80) ja TMM13i:n (Dk = 12.85) CTE-arvot ovat lähes yhtä suuret kaikilla kolmella akselilla: molemmat mittaavat 19/19/20 ppm/°K (x/y/z) – tasaisin lämpölaajeneminen kaikista Rogers-laminaateista.

TMM10i (Dk = 9.80 prosessi / 9.90 suunnittelu). TMM10i on TMM10:tä parempi vaihtoehto korkean luotettavuuden ohjelmissa. Sen ominaispaino (2.77) on identtinen TMM10:n kanssa, mutta isotrooppisempi CTE (19/20 vs. TMM10:n 21/20) vähentää kuparin läpivientien ja ympäröivän dielektrisen materiaalin välistä jännityseroa lämpökierron aikana. Sovelluksia ovat ilmailu- ja avaruustutkien vaiheistetut antennielementit , tietoliikennesatelliittien dielektrisesti kuormitetut ontelosuodattimet ja tehonjakajaverkot, joissa tehonjakajaverkkojen luotettavuus yli 1 000 lämpökierron ajan on ehdoton.

TMM13i (Dk = 12.85 prosessi / 12.20 suunnittelu). TMM13i tarjoaa Rogersin tuotevalikoiman aggressiivisimman miniatyrisoinnin – antennielementit ovat noin 60 % pienempiä mittaa kohden kuin TMM3:ssa. Se on erikoismateriaali erittäin kompakteille GNSS-antenneille, miniatyrisoiduille keraamisille patch-matriiseille ja dielektrisille resonaattorioskillaattoreille (DRO). Kompromissit: suurin tiheys (3.00 g/cm³), TCDk −70 ppm/°K (suurin lämpötilaryömintä TMM-perheessä), alhaisempi kuparin kuoriutumislujuus (4.0 lb/in vs. 5.7 TMM3:lla) ja lämmönjohtavuus, jota Rogers ei ole julkaissut. Kun vaaditaan maksimaalista Dk:ta ja lämpökovettuvaa prosessoitavuutta, TMM13i on ainoa laminointivaihtoehto, josta puuttuu räätälöityjä keraamisia alustoja.

6. TMM-piirilevyjen valmistus: poraus, pinnoitus ja laminointi

TMM:n kestokovettuva matriisi tarkoittaa, että se prosessoidaan standardinmukaisilla FR4-laitteilla – merkittävä etu PTFE:hen verrattuna. Keraaminen täyteaine tuo mukanaan erityisiä säätöjä, ja hauraus lisääntyy Dk:n myötä.

TMM10-, TMM10i- ja TMM13i-malleille suositellaan laserporausta mikroläpivientien tekemiseen – hauras materiaali voi mikromurtua pienten mekaanisesti porattujen reikien ympärille. Suunnittele vähimmäisjohtimen leveys 4 miliä TMM3/TMM4/TMM6-malleille ja 5 miliä TMM10/TMM10i/TMM13i-malleille. Sisällytä impedanssimittauskupongit jokaiseen paneeliin.

Highleap valmistaa TMM-piirilevyjä kaikissa kuudessa eri variantissa. TMM3, TMM6 ja TMM10i ovat varastossa vakiopaksuuksina (25 ja 50 mil). TMM4, TMM10 ja TMM13i ovat saatavilla tilauksesta 2–4 ​​viikon materiaalin toimitusajalla. Tuettuja ovat jopa 8-kerroksiset TMM-rakenteet ja TMM/FR4-hybridipinoamiset. Katso täydellinen valmistusprosessi, joka kattaa kaikki Rogersin materiaaliperheet, Rogersin piirilevyjen valmistusprosessioppaasta.

7. Rogers TMM vs. RO4000 vs. RO3000: Materiaalin valintaopas

Selkein käyttötapaus TMM:lle on silloin, kun suunnittelulta vaaditaan yli 6.0:n Dk-arvoa yhdistettynä standardinmukaiseen piirilevyjen prosessoitavuuteen – mikään muu Rogers-sarja ei tarjoa tätä kestomuovissa. Toinen vahva käyttötapaus on lämpötilastabiili vaihesuorituskyky: TMM4:n TCDk +15 ppm/°K on Rogersin valikoiman pienin arvo, mikä tekee siitä standardin kapeakaistaisille satelliittitietoliikennesuodattimille ja tarkkuustutkasyöttöverkoille, joissa taajuusstabiilisuus −55 - +125 °C:ssa on kriittistä.

TMM ei ole oikea valinta, kun vaaditaan absoluuttisen minimaalista väliinkytkentähäviötä (käytä RT/duroid 5880:aa), kun toimitaan pääasiassa yli 40 GHz:n taajuuksilla (PTFE on TMM:ää parempi millimetriaallolla) tai kun hinta on ensisijainen tekijä yleisen radiotaajuuden kannalta alle 10 GHz:n taajuuksilla (RO4350B on halvempi ja sitä on laajemmin varastossa).

Pyydä tarjous TMM-piirilevystä Highleapilta → Lähetä Gerber-tiedostot ja pinoamisvaatimukset. Tekninen konsultointi TMM:n, RO4000:n ja RO3000:n kompromisseista sisältyy hintaan. Miniatyrisoidun antennin tarjousta varten anna taajuuskaista, antennin geometria, pinoamisaste, piirilevyn ääriviivat, kupari ja RF-testausvaatimukset. Näin valmistaja voi arvioida, onko vaadittu ominaisuuskoko yhteensopiva ehdotetun rakenteen kanssa.