基礎電路設計（十）高頻電路用電路板設計技術探索(4)

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基礎電路設計（十）高頻電路用電路板設計技術探索(4)

波長對pattern長度的相關性

*波長與波長的關系

圖4是12GHz micro strip edge couple BPF電路板封裝后的外觀，類似如此超高頻的印刷pattern重合部位，不論是長度、寬度與間隔都需作高精度的要求，如果是圖2所示的電路板封裝方式，基本上不可能獲得預期的高頻特性。主要原因是兩電路板處理的信號頻率差異，使得電路板的layout方式也截然不同。假設空氣中或是真空中的波長為λ(mm) ，頻率為f(GHZ) 時，兩者的關系式如下:

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-28693.png
表1是利用式(1)試算波長與頻率的結果。

頻率(GHZ)	真空中的(mm)
1	300
2.4	125
5.6	53.6
12	25

表1 空氣中或的波長與頻率的關系

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-1531.png　
照片4 12GHz的micro strip edge couple BPF電路板的設計實例

*印刷電路板上的波長比真空中的波長短

在比誘電率為 的電路板上的信號波長會變短，這種現象稱為波長縮短率 ，波長縮短率可用下式表示:

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-17819.png
例如G10玻璃環氧樹脂(glass epoxy)的 為4.8，如果將該值夜代入式(2)便可求得波長縮短率:

file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-16441.png
假設800MHz的信號，空間波長為375nm，則玻璃環氧樹脂電路板上的波長會縮短為:

375×0.456=171nm

*實際波長可用實效比誘電率計算

實際電路板若是由micro strip line構成的場合，由于電界會外漏至誘電體電路板外面臨造成誘電率下降，該誘電率稱為實效比誘電率。電路板上的縮短率SPCB 可用下式表示:
file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps_clip_image-11156.png　

表2是1GHz常用的CEM-3與12GHz BS converter常用的PPO，利用MEL的SNAP高頻仿真器計算兩者實效比誘電率的結果；表3是根據實效比誘電率的計算結果，計算1G Hz與12GHz信號在印刷電路板上的波長。根據仿真分析結果顯示傳至印刷pattern的高頻信號波長，對電路板的材質具有很高的相關性。

誘電體的厚度(t=mm)	實效比誘電率( εr )	特性阻抗 Zo ( Ω )	Line寬度 W(mm)
0.6	3.246	50.07	1.143
1	3.256	50.08	1.92
(a)CEM-3, εr = 4.3,銅箔厚度18μm，頻率1GHz誘電體的厚度(t=mm)	實效比誘電率( εr )	特性阻抗 Zo ( Ω )	Line寬度 W(mm)
0.6	2.591	50.06	1.396
1	2.669	50.06	2.289

(b)PPO,εr = 3.2 ,銅箔厚度18μm，頻率10GHz
表2 典型的兩種印刷電路板的實效比誘電率

頻率	空間波長(λair)	電路板上的波長
(GHz)		SPCB (mm)	SPCB / 4(mm)
1	300	166.5	41.6
12		15.5	3.9

表3 電路板上與空氣中的波長差異

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2013-5-2 15:56 上傳

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