RF/マイクロ波 PCB の設計とレイアウトのガイドライン

無線周波数 (RF) およびマイクロ波 PCB は、特定の設計およびレイアウトの考慮を必要とする一般的な回路基板です。 このガイドでは、設計上の考慮事項、材料の選択、統合されたコンポーネントなど、RF/マイクロ波 PCB プロジェクトを成功させる要素について学びます。

RF およびマイクロ波 PCB とは何ですか?

伝送線路とインピーダンス

統合されたコンポーネント

レイアウトのテクニックと戦略

マテリアルとボード スタックアップ セット

表皮効果と損失正接

シールドとシールド

PCB 材料、製造および組み立て

RF およびマイクロ波 PCB とは何ですか?

RF およびマイクロ波 PCB は、メガヘルツからギガヘルツの周波数範囲 (非常に低い周波数から非常に高い周波数) の信号で動作します。これらは、携帯電話から軍用レーダーまでの範囲の通信で一般的に使用されています。 RF PCB とマイクロ波 PCB は、レイアウト、製造、および組み立てのガイドラインに関してはまったく同じです。

伝送線路とインピーダンス

伝送線路は、ある地点から別の地点にエネルギーを伝送するワイヤまたは導体です。 それらは、中断やノイズなしで PCB を介して電気信号を伝送し、電磁干渉 (EMI) を防止する銅構造です。

伝送線路には、次のような多くの種類があります。

マイクロストリップ

ストリップライン

表面マイクロストリップ (表面に銅のトレースが走ります)

端面マイクロストリップ

エッジから対称ストリップライン

組み込みマイクロストリップ

通常、ストリップラインは埋め込まれていますが、マイクロストリップは表面にあります。 コプラナリティも伝送線路の別のタイプです。

伝送線路のすべての構造はインピーダンスを運びます。

統合されたコンポーネント

正確なコンポーネントは特定の PCB によって異なりますが、次のリストは、RF/マイクロ波 PCB 設計で一般的に見られる重要なコンポーネントの詳細を示しています。

増幅器

ブルートゥース回路

アンテナ

インダクタ

コンデンサ

抵抗器

フィルター

カプラー

レイアウトのテクニックと戦略

伝送線路のインピーダンスを知る必要があります。これは、選択した PCB 材料にも直接関係しています。 エンジニアは、必要な伝送ラインのタイプを決定するのに役立ちます。

RF/マイクロ波 PCB のレイアウトは、通常、上部に伝送線路があり、銅配線の後に誘電体が続きます。 2 番目の層はグランドまたは電源プレーンです。 これらはすべて、伝送ラインのインピーダンス、銅配線の幅、および基板上の材料の高さに直接影響します。

ノイズは、RF/マイクロ波レイアウトにおける最も重要な問題の 1 つです。 これらのタイプの PCB は、多くの場合、デジタル電源から作られているため、ノイズが発生する可能性があります。 このような干渉を避けるために、回路の RF 部分を分離することが重要です。 場合によっては、空間ノイズから回路を保護できます。 また、回路の周りに接地されたバリアまたはシールドが必要な場合もあります。

材料とボードのスタックアップ

RF およびマイクロ波 PCB は、非常に固有の誘電率 (Er)、損失正接、および熱膨張係数 (CTE) 特性を持つ高度な複合材料を使用して製造されることがよくあります。

安定した Er と損失正接が低い高周波回路材料により、高速信号が標準の FR-4 PCB 材料よりも低いインピーダンスで PCB を通過できます。 これらの材料は、最適なパフォーマンスと経済性を実現するために、同じスタック内で混合できます。

材料の選択に密接に関連するインピーダンス計算を考慮することが重要です。 2 層基板は比較的単純ですが、多層 PCB はより困難な場合があります。 たとえば、RF/マイクロ波 PCB スタックアップでは、伝送ラインとグランド プレーンを互いに隣接させる必要があります。 それらが互いに 2 層離れている場合、エンジニアが使用するソフトウェアは、すべての層の高さと重量を決定するための正しいスタックアップを開発するのに役立ちます。

一部の材料は他の材料よりも RF/マイクロ波 PCB に適していますが、周波数によって異なります。 たとえば、テフロンは損失正接が低いため、高周波 PCB に最適です。

表皮効果と損失正接

表皮効果とは、銅配線が原因でボード上で拾われるノイズを指します。 損失正接は、電磁エネルギーによって引き起こされる誘電損失の尺度です。 安定した Er と損失正接が低い高周波回路材料により、高速信号が標準の FR-4 PCB 材料よりも低いインピーダンスで PCB を通過できます。

RF/マイクロ波 PCB は通常、損失正接の低い材料を使用します。

シールドとシールド

回路のリターン パスは、ノイズから保護または「シールド」する必要があります。 シールドは、物理的なシールドまたはコンポーネントの配置を指す場合があります。 ビアの追加は、ノイズと干渉を回避するのに役立つもう 1 つの考慮事項です。

RF/マイクロ波 PCB 材料、製造および組み立て

Kingford のエンジニアは、RF およびマイクロ波技術に関連する幅広い材料の取り扱いにおいて豊富な経験を持っています。これにより、注文が時間通りに予算内で製造されていることを確認できます。 カスタム RF およびマイクロ波 PCB 製造を 24 時間以内に提供できます。お客様が行う必要があるのは、それを要求することだけです。 さらに、すべての設計、製造、および組み立ては、外部委託なしでキングフォード工場で行うことができます。

ご質問がある場合、または RF/マイクロ波 PCB について詳しく知りたい場合は、お問い合わせいただくか、見積もりをリクエストしてください。