靈活應(yīng)用高頻板材的設(shè)計方法

高頻板材是微帶電路工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，在微帶電路設(shè)計的過程中，有時會遇到原設(shè)計板材缺貨的情況，或者需要使用可靠性更高的高頻板材進(jìn)行電路設(shè)計。那么如何在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，簡單快速準(zhǔn)確的解決上述問題呢?筆者通過一個工程實(shí)例與大家分享一種實(shí)用的設(shè)計方法。

設(shè)計方法簡介

原設(shè)計為使用RO3010實(shí)現(xiàn)的微帶耦合濾波器：

圖1：微帶耦合濾波器版圖

微帶電路的頻率響應(yīng)：

圖2：使用RO3010設(shè)計電路的頻率響應(yīng)

微帶耦合濾波器的電路結(jié)構(gòu)：

圖3：微帶耦合濾波器的電路結(jié)構(gòu)

微帶耦合濾波器的性能受平行耦合線的線寬w、耦合線間距s以及耦合線長度l的影響。上述圖3電路結(jié)構(gòu)中有w1、s1、l1，w2、s2、l2及w3、s3、l3三組不同的參數(shù)，使用高頻板材RO3010設(shè)計電路時，這三組參數(shù)的數(shù)值如表1所示：

表1：高頻板材RO3010的電路物理尺寸

在進(jìn)行微帶耦合濾波器的原理設(shè)計時，其電氣性能是不變的，但是在使用高頻板材將設(shè)計工程實(shí)現(xiàn)時，由于板材的指標(biāo)參數(shù)不同，計算出的物理尺寸是不同的。下表是RO3010主要技術(shù)參數(shù)：

表2：高頻板材RO3010的主要參數(shù)指標(biāo)

使用仿真軟件中的耦合線參數(shù)計算功能進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)化，將板材指標(biāo)參數(shù)和電路結(jié)構(gòu)中的物理尺寸輸入到轉(zhuǎn)化界面進(jìn)行計算，使用電路的物理尺寸解析出電氣參數(shù)：

圖4：參數(shù)轉(zhuǎn)換界面

將高頻板材RO3010的主要參數(shù)指標(biāo)、電路物理尺寸以及工作頻率輸入到參數(shù)轉(zhuǎn)換的界面，可以分析出電路的電氣參數(shù)，圖4中的Electrical選項(xiàng)卡下的ZE、Z0、C_DB等即為電氣參數(shù)。

查找主流高頻板材，Rogers公司的RT/duriod 5880電氣性能穩(wěn)定，能夠有效地提高電路的可靠性。同時這款板材應(yīng)用廣泛，能夠快速調(diào)取現(xiàn)貨，據(jù)Rogers的代理商世強(qiáng)公司表示，該板材很少會出現(xiàn)缺貨現(xiàn)象。因此，選擇這款板材進(jìn)行電路設(shè)計，大可不必?fù)?dān)心供貨問題。下表是RT/duriod 5880的主要技術(shù)參數(shù)：

表3：高頻板材RT/duriod5880的主要參數(shù)指標(biāo)

保持電氣參數(shù)不變，輸入表3中的參數(shù)指標(biāo)，綜合出電路的物理尺寸，得出的電路物理尺寸如表4所示：

表4：高頻板材RT/duriod 5880的電路物理尺寸

將新的電路結(jié)構(gòu)尺寸和高頻板材RT/duriod 5880指標(biāo)帶入到設(shè)計當(dāng)中，我們得到電路的頻率響應(yīng)：

圖5：使用RT/duriod 5880設(shè)計電路的頻率響應(yīng)

對比圖2和圖5，使用兩種高頻板材設(shè)計電路的頻率響應(yīng)主體沒有太大的變化，但是濾波器的插入損耗、帶內(nèi)不平度及帶寬等指標(biāo)變差了一些，需要進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。同時，表4中的耦合寬度s1=4.8mil=0.12mm，這個結(jié)構(gòu)尺寸超過了微帶線的實(shí)際加工精度，制造時會出現(xiàn)困難，最終影響制版性能。在不做特殊處理的情況下，保證微帶線加工精度的最小值為0.2mm，調(diào)整s1數(shù)值，將其改為10mil。

優(yōu)化電路參數(shù)，使電路的頻率響應(yīng)達(dá)到未改變前的指標(biāo)要求。優(yōu)化后電路的頻率響應(yīng)：

圖6：使用RT/duriod 5880優(yōu)化設(shè)計電路的頻率響應(yīng)

優(yōu)化后的電路物理尺寸如表5所示：

表5：高頻板材RT/duriod 5880的電路物理尺寸優(yōu)化值

使用兩種板材設(shè)計電路的頻率響應(yīng)對比：

圖7：兩種板材設(shè)計電路的頻率響應(yīng)對比

圖7中紅色和藍(lán)色曲線分別代表使用RO3010和RT/duriod 5880高頻板材設(shè)計出的電路頻率響應(yīng)，兩者性能指標(biāo)都滿足使用要求。

以上就是我在Rogers高頻板材工程應(yīng)用過程中積累的一些設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)成文與大家分享，希望能對大家有所幫助。

審核編輯：湯梓紅