高频板材灵活选取方案

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高频板材是微带电路工程实现的基础,在微带电路设计的过程中,有时会遇到原设计板材缺货的情况,或者需要使用可靠性更高的高频板材进行电路设计。那么如何在原有设计的基础上,简单快速准确的解决上述问题呢?笔者通过一个工程实例与大家分享一种实用的设计方法。

设计方法简介

原设计为使用RO3010实现的微带耦合滤波器:

 

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图1:微带耦合滤波器版图

微带电路的频率响应:
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图2:使用RO3010设计电路的频率响应

微带耦合滤波器的电路结构:


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图3:微带耦合滤波器的电路结构

微带耦合滤波器的性能受平行耦合线的线宽w、耦合线间距s以及耦合线长度l的影响。上述图3电路结构中有w1、s1、l1,w2、s2、l2及w3、s3、l3三组不同的参数,使用高频板材RO3010设计电路时,这三组参数的数值如表1所示:

 

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表1:高频板材RO3010的电路物理尺寸

在进行微带耦合滤波器的原理设计时,其电气性能是不变的,但是在使用高频板材将设计工程实现时,由于板材的指标参数不同,计算出的物理尺寸是不同的。下表是RO3010主要技术参数:

 

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表2:高频板材RO3010的主要参数指标

使用仿真软件中的耦合线参数计算功能进行参数转化,将板材指标参数和电路结构中的物理尺寸输入到转化界面进行计算,使用电路的物理尺寸解析出电气参数:

 

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图4:参数转换界面

将高频板材RO3010的主要参数指标、电路物理尺寸以及工作频率输入到参数转换的界面,可以分析出电路的电气参数,图4中的Electrical选项卡下的ZE、Z0、C_DB等即为电气参数。

查找主流高频板材,Rogers公司的RT/duriod 5880电气性能稳定,能够有效地提高电路的可靠性。同时这款板材应用广泛,能够快速调取现货,据Rogers的代理商世强公司表示,该板材很少会出现缺货现象。因此,选择这款板材进行电路设计,大可不必担心供货问题。下表是RT/duriod 5880的主要技术参数:

 

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表3:高频板材RT/duriod5880的主要参数指标

保持电气参数不变,输入表3中的参数指标,综合出电路的物理尺寸,得出的电路物理尺寸如表4所示:

 

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表4:高频板材RT/duriod 5880的电路物理尺寸

将新的电路结构尺寸和高频板材RT/duriod 5880指标带入到设计当中,我们得到电路的频率响应:

 

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图5:使用RT/duriod 5880设计电路的频率响应

对比图2和图5,使用两种高频板材设计电路的频率响应主体没有太大的变化,但是滤波器的插入损耗、带内不平度及带宽等指标变差了一些,需要进行参数优化设计。同时,表4中的耦合宽度s1=4.8mil=0.12mm,这个结构尺寸超过了微带线的实际加工精度,制造时会出现困难,最终影响制版性能。在不做特殊处理的情况下,保证微带线加工精度的最小值为0.2mm,调整s1数值,将其改为10mil。

优化电路参数,使电路的频率响应达到未改变前的指标要求。优化后电路的频率响应:

 

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图6:使用RT/duriod 5880优化设计电路的频率响应

优化后的电路物理尺寸如表5所示:

 

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表5:高频板材RT/duriod 5880的电路物理尺寸优化值

使用两种板材设计电路的频率响应对比:

 

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图7:两种板材设计电路的频率响应对比

图7中红色和蓝色曲线分别代表使用RO3010和RT/duriod 5880高频板材设计出的电路频率响应,两者性能指标都满足使用要求。

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