Понимание проблем материала для печатных плат на частотах в диапазоне миллиметровых волн. Часть 3

Чтобы сохранить переменные цепей на минимуме, при сборе длянных, показанных на Рис.3, были использованы цепи с 50 Ом микрополосковой линией передачи. Схемы линии передачи были достаточно длинными, 8 дюймов (203 мм), и оба конца цепи были защищены от тепла насколько это возможно. На концах цепей были разъемы концевого запуска и соединения с кабелями, таким образом эти зоны были намеренно ближе к комнатной температуре. Основная часть длины 8-дюймовой цепи была подвергнута повышенной температуре и зона цепи, подверженная этой температуре, была постоянной для различных анализируемых цепей. Ось Y на графике показывает разницу угловой фазы, когда цепь тестировалась при комнатной температуре (25°C, ≈ 20% RH) по сравлению с этой же цепью, тестируемой при 65°C и приблизительно 20% RH. После сбора данных схемам удалось достичь теплового равновесия.

Синяя кривая на Рис.3 – это тот же материал «заполненный керамикой PTFE», показанный на Рис.2 темно-синей кривой. Этот материал имеет показатель TCDk -3 ppm/°C при измерении на 10 ГГц, и в соответствии с тестом с зажатым полосковым резонатором, описанном выше в данной статье. Этот материал отмечен как «практический чистый PTFE материал» на Рис.3 и имеет показатель TCDk -125 ppm/°C при тестировании вышеуказанным методом.

Для объяснения данных, показанных на Рис.3, разница фазового угла при 80 ГГц для керамически заполненного PTFE материала составляет около 18 градусов. Что значите, что это 18-градусное отличие фазового угла от цепи, измеряемой при комнатной температуре, по сравлениню с измерением при 65°C. Практически чистый PTFE материал с худшим TCDk показан оранжевой кривой на Рис.3 и при 80 ГГц разница фазового угла составила около 59 градусов. Снова напомню, что тестирование цепей имеет больше переменных, чем тестирование сырого материала при повышенных температурах, поэтому тенденции TCDk цепей должны использоваться в сравнении или как приблизительный тренд. Датчики автомобильных радаров на миллимитровых частотах чувствительны к разницам в фазовых углах, но это очень сильно зависит от дизайна датчика. В некоторых случаях разница фазового угла в несколько градусов может быть значительной, в других случаях это может быть чувствительно только к разнице, более чем 10 градусов. Общим комментарием по поводу фазового угла в автомобильных датчиках на миллимитровых волнах будут разницы, показанные на Рис.3 для керамически заполненного материала PTFE, которые считаются хорошими, а разницы угла для практически чистого PTFE материала считаются плохими.

Другой проблемой на миллиметровых частотах может быть вариации диэлектрической постоянной из-за влагопоглощения и его влияния на фазовый угол. В общем, материал, который может поглощать влагу из окружающей среды может изменить свойства Dk. Вода имеет показатель Dk около 70, и когда большее количество влаги впитывается в подложку за счет влагопоглощения, диэлекрическая постоянная подложки увеличивается. Тест, применяемый в последнее время и известный как тест 85/85, - это оценка материала или цепей в окружающей среде, представляющей собой 85°C и 85% RH на достаточный период времени. Результаты теста 85/85 на 72 часа показан на Рис.4.