Характеристики FR-4 на 3-4 ГГц и проблема рассчёта импеданса проводников с учётом процесса изготовления печатной платы Опции

[CF755]

Предыстория вопроса следующая.
На плате помимо СВЧ-компонентов (2.8-3.5ГГц и 400МГц), находится много цифровых схем с кучей питаний. Всё уложилось в 10 слоёв. Планируем использовать в качестве материала платы FR-4. Мощности не большие - порядка нескольких dBm, СВЧ трассы короткие - не более 2 см. Согласование проводников сделать хочется качественней. Вопросы при этом возникли следующие:

1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).
2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.
3. Посоветуйте какой-нибудь распространённый ламинат, который можно указать при заказе (в Резоните пока ничего не посоветовали - сказали что FR-4 у них стандвртный и всё).
4. На что нужно обратить внимание при заказе платы с нужным импедансом проводников.

Заранее благодарен.

[seven7]

1. Характеристики FR-4 на частотах 400МГц и 2.8 - 3.5ГГц. - диэлектрическая пронициаимость и тангенс угла потерь (последний интересует мало, т.к. как я понял при расчёте волнового сопротивления не учитывается, но всё таки интересно).
2. Какие нужно учитывать особенности при изготовлении диэлектрических прослоек - Er препрегов и ламинатов, умеьшение толщин при пресовании, утолщение проводников после металлизации и т.п.

Тезис первый - диалектрическая проницаемость зависит от частоты (кроме температуры и влажности). Посмотрите Chart 2 файла по ссылке:
http://www.circuitexpress.com/printed-boar...4000_Series.pdf
Т.е. к 3 ГГц диэлектрическая проницаемость теряет около 10 процентов. Поэтому, если номинально 4,5 (обычно это для 1 МГц), то к 3 ГГц это все же ближе 4. Так широко используемы препрег ISOLA FR402 согласно данным производителя на 1 МГц - 4.7, на 1 ГГц - 4.25, дальше не специфицирует. А тангенс потерь опять же по данным ISOLA 1 МГц - 0.0025, 1 ГГц - 0.0016.
Именно зависимость Е от частоты сильно осложняет использование ФР-4 в СВЧ.
Я в своих расчетах на 3 ГГц обычно использую 4...4,1, на практике с препрегом который использует наш производитель ПП это согласуется, но не гарантирует что у других тоже.
Так пример ФНЧ фильтра до 2150 МГц с стоп-бэнд 2670 МГц -65 дБ на 4-х слойки неплохо получился, потребовалась только одна ревизия чтоб довести АЧХ.
Насчет проподников. Это лично мое мнение, я рассуждаю так, но могу ошибаться. При классическом изготовлении платы по шаблону наносится защитный слой на плату и она травится. При травлении проводник подтравливается чуть больше, т.к. сверху защищает защитный слой, а сбоку нет. На сколько она подтравливается, вопрос второй. Если за время травление вытравливается слой меди, то и подтравливание можно сравнить со слоем меди. Т.е. я считаю что после производства проводник будет уже с каждой стороны на толщину меди, т.е. это 18 мкм или 35 мкм в зависимости от материала.

Прикрепленные изображения

 

[Vladimir_C]

А тангенс потерь опять же по данным ISOLA 1 МГц - 0.0025, 1 ГГц - 0.0016.
Именно зависимость Е от частоты сильно осложняет использование ФР-4 в СВЧ.
Я в своих расчетах на 3 ГГц обычно использую 4...4,1, на практике с препрегом который использует наш производитель ПП это согласуется, но не гарантирует что у других тоже.

Могу подтвердить, что цифра 4...4,1 наиболее близка к реальности в диапазоне 2,45ГГц для FR-4. В свое время, для приемо-передатчика в диапазоне 2450МГц, использовали 4,1..4,3(при расчетах в MWOffice). Это сходилось с практикой в мелкой серии(около 200шт)-повторяемость была отличная. Мощность - в районе 23-25дбмВт. С чувствительностью также проблем не было.

Как показал опыт, если система СВЧ не имеет полной гальванической развязки(включая раздельные земли) , то в спектре полезного сигнала присуствуют ВСЕ тактовые частоты цифровой части и их интермодуляционные компоненты...

У нас обошлось без гальванической развязки, и все работало. И как раз, по-моему опыту, лучше, если было бы расположено в одной плоскости на одной подложке GND, непорезанной на отдельные полигоны. Мой опыт и "Буржуйские" серийные изделия в диапазонах 1800-1900 МГц(DECT-радиоудлинители) это также подтверждают. Те, кто побогаче, для большего эффекта, могут позволить себе литые или штампованные экраны по контуру СВЧ модулей (для отделения цифры от собственно радиотракта). Уточняю: приемопередатчик работал с временным разделением.