מבוא

האופי המדויק של רכיבי מיקרוגל, מעגלים ומערכות תלוי המדידה המדויקת של פרמטרים פיזור, או S-parameters. פרמטרים אלה לתאר כיצד אנרגיה מתפשטת דרך רשת על ידי תקרית, משתקפת, ולוח גלים בנמלי הרשת.במדן רשת סטנדרטית של וקטורת (VNA) מדידה, מהנדסים מניחים את המכשיר תחת בדיקה (DUT) הוא ליניארי וזמני, המפחית את הזמן, וממדד את ההשפעות של תאים אמיתיים של תופעות לוואי, לעתים קרובות.

אובדן דיאלקטרי מתייחס לאנרגיה מתפוררת כחום בתוך חומר מרתיע כאשר נחשפים לשדה חשמלי קבוע של זמן-מה. בתדרי מיקרוגל, הפסדים אלה יכולים לעוות קריאה של S-parameter בדרכים עדינות אך משמעותיות, מעצבים מובילים ומהנדסי בדיקה כדי להסיק מסקנות לא נכונות לגבי ביצועי מכשיר, יעילות, והתאמה לא נכונה. מאמר זה בוחן את המנגנונים הפיזיים שמאחורי הפסדים חשמליים, כיצד הם מופיעים באסטרטגיות של ניתוח של 5 מעלות צלזיוס, ואפקטים קריטיים של פעילות, הן על מנת להפחית את ההשפעות של תפקוד של תפקוד כלי רכב.

יסודות S-Parameters והפסדים דיאלקטריים

פרדוקסים מסובכים ב- Nutshell

S-parameters לספק תיאור מקיף של רשת N-port בתחום התדירות. עבור מכשיר שני-פורט, קידוד ההשתקפות S11 ו-S22 מצביעים על כמה כוח חוזר למקור מנמלי קלט ופלט, בהתאמה, בעוד ש-S21 ו-S12 מייצגים קדימה ולהשיג או הפסד לאחור, יחסים אלה מוגדרים עם כל הנמלים שהופסקו בהתייחסות, בדרך כלל 50 הם לחץ דם חיוני, כי הם נושאים את גודלם ואובדן.

דיוק מדידה תלוי ב-VNA ובנוהל ה calibration שלו מסלק את ה- DUT מטעויות שיטתיות שהוצגו על ידי כבלים, מחברים, ופגמים פנימיים של כלי רכב.גם עם ריצוף גבוה, תכונות חומריות של DUT וקישורים יכולים להציג מנגנוני אובדן בלתי צפויים לא יוסרו באופן מלא על ידי מודלים מסורתיים תיקון שגיאות.המטוס ההתייחסות בדרך כלל יושב על ידי קו הבדיקה, אבל כל פעולה אופטית או תיקון, בין תופעות לוואי, או תיקון, או התנהגות חיצונית, בין התקני DUT, עלולים, לבין התנהגות שונה, או תפקוד זה יכול לתרום באופן עצמאי, בין התקני DUT, לבין התנהגות שונה, לבין תופעות לוואי, בין השגיאה, לבין התנהגות שונה.

מורכבות Permittivity and the Loss Tangent

התנהגות חשמלית של חומר דיאלקטרי מתוארת על ידי הרשיון היחסי המורכב שלה:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

החלק האמיתי εFLT:0 [1] הוא היכולת של החומר לאחסן אנרגיה חשמלית, בעוד החלק הדמיוני εFLT:2rcioFLT 3" חשבונות עבור הפסדים dissipative.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

[15] שיזוף נמוך מציין כי dielectric להמיר מעט מאוד אנרגיה לתוך חום.עבור ההתייחסות, ב 10 GHz, סטנדרטי FR-4 תת-סטריט מציג שיזוף ⁇ סביב 0.02 ל 0.03, בעוד שריד נמוך רוג'רס RO4350B יכול להיות ⁇ של בערך 0.0037.

מקור: Dielectric Loss

אובדן PCB עולה ממספר תופעות מיקרוסקופיות.FLT:0 [DipolarheFLT]: 1 {\displaystyle \ \ \bc} , כאשר שדה משתנה מצורף, דיפולנים קבועים מנסים להתאים את התחום, אבל כוחות אינרציה והביטקווס שלהם בתוך חומר מטבולי של גלימה גבוהה, אשר לעתים קרובות הוא מוסיף ירידה משמעותית של גלי חום כגון:

מכניזם של איך דיאלקטרי הפסדים משפיעים על S-Parameters

אובדן והורדת

ההשפעה הישירה ביותר של אובדן דיאלקטרי מופיעה באובדן החדירה, בדרך כלל כפיה בגודל של S21.בשורה אחידה של אורך שידור אחיד של אורך FLT:0LigFLT:1, סך הכל קבוע α מורכב מהפסדים αFLT:2cLT 3 והפסדים דיאלקטריים αFLT:4dphal:5 ל-Ftenment: 5 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) כאשר (FLT:0)FIRLT:1) הוא תדירות, ⁇ 4FLT:2effph חשמלי 3 הוא יעיל קבוע דיאלקטרי, FLT:4cirFLT:5 הוא מהירות האור. as תדירות עולה, αFLT 6DFLT 7 עולה באופן ליניארי, בהדרגה מנפח של S21, נראה כי יש סיכוי גבוה יותר להפסדים של 2GHz, אם הוא גבוה יותר מ- 2 GHz, אם הוא עשוי להיות מ- 2 GHz, 000 GHz, 000 קיבולת נמוכה יותר, 000 GHz, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 GHz, 000 GHz, 000 קיבולת גבוהה יותר, 000 GHz, 000 קיבולת גבוהה יותר של פחות קיבולת גבוהה יותר של ירידה של ירידה של GHz, 000 GHz.

שינויים קוסמטיים

(ה) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1966]]]]]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[1966]] [[1924

שלב Velocity ו- Group נדחה

(החלק האמיתי של הנימוסים היעיל קובע את מהירות השלב VFearLT:0 וריאציות שלב תזמון 1= c / ⁇ (VirtFLT:2effph3) וכתוצאה מכך אורך החשמלי של שלב השידור, בעוד ההשפעה העיקרית של אובדן דיאלקטרי היא אטמורציה, תדירות של אנטמדומים: 5) אובדן מהיר של שינוי דיגיטלי הוא ללא שינוי משמעותי של אנטים.

טרנספורמציה וקידוד

באלמנטים מבוזרים כמו בני זוג, מסננים, והתאמה של גמגמים, אורך חשמלי ואימפולסים אופייניים של כל חלק מחושב בקפידה. אובדן דיאלקטרי משנה את הפרמטרים האלה מעט אבל מספיק כדי לשנות את התדירות המרכזית של מסנן או לחדד את הישירות של זוג בכיוון סימולציה - כאשר S-zzs נמדדים, התגובה עשויה להראות פסים מתוחים, מופחת, או מצמצם את התדירות של אובדן ראייה של 2, לעומת אובדן ראייה לא ניתן לשלב 2.

השלכות מעשיות במיקרוגל

ה-PCB Substrate Conundrum

חלק משמעותי של מעגלים מיקרוגל בנוי על לוחות מעגלים מודפסים (PCBs), ובחירת substrate משפיעה ישירות על איכות המדידה. FR-4 הוא זול אבל מציג אובדן דיאלקטרי גבוה מעל 1 GHz ו- irded ulows בתוך 3,0ribphFLT5 מאפשר ל-SLT2 מדויק כדי לסווג את החומרים ה-Latelefate-Rate באופן דרמטי יותר מ-Stradowic.

השפעות חיבור וחיבור

מחברים קואקסיאליים, מתאמים, וכבלי בדיקה מכילים חומרים דיאלקטריים כגון PTFE או פוליאתילן.למרות חומרים אלה יש קצב אובדן נמוך, הם לא חסרי הפסד.בכבל ארוך מבחן או מתאם ללא שחוקים, אובדן דיאלקטרי יכול לצבור להופיע כמו תוספת של מדרונות בטעות המיוחסת DUT. a ניקוי באמצעות תכונות של 3PTAL של בדיקות שונות, אך לא יכול להוסיף שינויים כבלים שונים של ירידה.

על-ידי ו- Probe-Station Measurements

על-ידי מדדי S-parameter של מעגלים משולבים מיקרוגל מונוליטי (MMICs) מציגים אתגרים ייחודיים אובדן דיאלקטרי של DVSICS (Silicon, Gallium arsenide, או סיליקון carbide) יש את אובדן שלה סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון, ו overlying שכבות דיאלקטריות המשמשות ללקות או מתכת-MIM) מציגות אפקטים נוספים של סיליקון (Ricial) עם קיבולת גבוהה יותר של תאים) עם רמות של סיליקון (Rated)

טמפרטורה ואפקטים Moisture

אובדן PCB משתנה עם טמפרטורה ולחות תוכן. A חשוף לחדר תרמי במהלך מדידות סחף S-parameter עשוי להראות סחף בגודל S21 כמו תת-קרקעית חימום למעלה. בתדרים גבוהים מאוד ליד להקות גלימטר, אפילו חומרים דלים יכול להראות עלייה משמעותית של 0 גרם אחד ב- 0 גרם אחד (כולל ירידה של 0 גרם) ב- 0 גרם ירידה במשקל גבוה במיוחד ב- 0 גרם אחד (p C2C) אבל הוא 10 ° C {\displaystyle 0 גרם אחד) במיוחד ב- 2.

אסטרטגיות מדידה ו Calibration

שיטות אנליסט רשת אנליייזר Calibration

(קיצור: SOLT) הוא קו ההגנה הראשון נגד שגיאות מדידה שיטתיות.גישה מסורתית SOLT (קיצור-load-through) פועל היטב בסביבות קו אקסקסיאליות, אך מניח שהסטנדרטים הם אידיאליים או מתוחכמים היטב.כאשר הפסדים דיאלקטריים מסוימים נמצאים בתקני הפחתת משקל (Flowed) באופן קבוע, כמו גם בקווים פתוחים באופן קבוע, אשר מחלחלים לקצבים של אובדן נמוך יותר או נמוך יותר של קו-Fre-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-re-repoto-upit-upt-upt-up-up-upit-upit-up-up-up-upitre-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-to-to-up-up-

מחיקת ותיקון מחדש

גם לאחר ה calibration, DUT הוא לעתים קרובות מוטבע בקו תיקון מבחן או שידור אשר תורם אובדן דיאלקטרי נוסף.FLT:0De-embedding טכניקות סימולציה 1LT:1 באופן מתמטי להסיר את ההשפעות של קלט ופלט שיגורים, העברת מטוס ההתייחסות לנמלים הפנימיים ביותר של המכשיר. Algorithms כגון הרחבה פורט, 2x-ruth, או AFR (תיקון מדויק) של אובדן סימולציה, כלומר, כלומר, או תיקון של תכונות קבוע, לא כולל תיקון מדויק של אובדן.

גירושים והפסדים

כדי להבין את ההשפעה על S-parameters, לעתים קרובות יש צורך להפריד אובדן דיאלקטרי מאובדן מנצח.אחת שיטה נפוצה משתמשת קווי שידור מרובים של אותו צולב אבל אורכו פיזיים שונים.על ידי מדידה של S-parameters של כל קו וביצוע ניתוח נחיתות שונה, את קבוע אינטנסיבי עבור ctation יחיד יכול להיות תמצית.

מאפיינים מתקדמים

(ב) דיוק גבוה, תכונות דיאלקטריות של ערכת החומר הספציפית המשמשת ב DUTir ניתן למדוד לפני ייצור (FLT) ספציפי:0Keysight's Note על תכונות dielectric Measures 1 LT מספר גישות, כולל שיטת capacitor המקבילה עד 1 GHz ושיטות שידור במיקרוגל.

שיקולים ועיצוב

בחירת צוללות נמוכות ו Dielectrics

(הופנה מהדף הנחושת להפחית את ההשפעה של אובדן דיאלקטרי על מדידות S-parameter הוא לבחור חומרים עם ירידה נמוכה באופן בלתי רווי גליציטיס (בתדירות נמוכה יותר מיקרוגל, polytetrafluoroethylene (PTFE) מבוסס על מנת לבחור חומרים מטבוליים בגודל של PTF2 נמוך יותר מאשר חומרים ⁇ נמוך יותר מתחת ל-pola (pol) נמוך מאוד נמוך יותר מ-pol (pol) מאשר חומרים מטווח נמוך של שלפוחית חום (pol) ו-R) נמוך יותר מלמטה) הוא לעתים קרובות ירידה במשקל נמוך יותר של PTLol (pol (pol) נמוך יותר) מאשר שלפוחית השתן (pol) עבור חומרים מטבוליתיקים) נמוך יותר מטבולית (pol) נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר מסולקפטיבית (ptraten) עבור חומרים מטבולית (pol) נמוך יותר) מאשר ⁇ נמוך יותר מסולם נמוך יותר מאשר ⁇ נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר נמוך יותר מאשר חומרים מטבולית (pol) מאשר ⁇ נמוך יותר מאשר ⁇ ptraten) מאשר קיבולת נמוכה מאוד נמוך יותר של ⁇ p.

עיצוב-Level Optimization

(המעצבים יכולים למזער את הרגישות המעגלית להפסדים דיאלקטריים.לדוגמה, מסננים רחבים יותר שניתן לתכנן עם רוחב פס רחב מעט יותר ולהפחית את אובדן הסובלנות המשתנים הצפויים כל כך לא לדחוף ביצועים מחוץ למפרט.תחברות ייצור יכולות לכלול להקה שמירה עבור אובדן חוזר (מ"ק) במקום זאת, בחירת תהליך מצא עם רמות גבוהות יותר של ירידה חשמלית עבור תאים קצרים יותר (Fopate) באופן קבוע יותר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, אם כי אם כי הוא יכול להפחית את התוצאה הסופית של אובדן מיקרו-FSTFSTFSTFate) של ירידה יעילה יותר (מסלולארי) של ירידה יעילה יותר של ירידה יעילה יותר של ירידה חלקית של ירידה חלקית של ירידה חלקית של ירידה חלקית של ירידה).

שילוב EM Simulation עם מודלים חומריים

חבילות סימולציה מודרנית של EM מאפשרות מורכבות תלויה תדירות להיות מוגדר באמצעות מודלים כמו Djordjevic-Sarkar או רחב פס מודל דביאי. כאשר מודלים אלה משמשים במהלך עיצוב, סימולציה S-parameter כבר כוללים את החתימה dielectric הפסד חתימה. subsequent VNA מדידה אז לשמש אימות ולא הפתעה. אם הפערים נשארים, הם נוטים יותר עקב סובלנות או חפצים, אשר ניתן להעריך באופן שיטתי של חומרים שונים של חומר VCM.

מגמות עתידיות וחומרים מתקדמים

(הופנה מהדף תדרים גבוהים יותר -5G מילימטר-גלימה, מכ"ם רכב ב-77 GHz ומעבר - חומרים חשמליים להובלת ביקוש לדאלקטרי עם אובדן נמוך ויציבות תרמית טובה יותר, משפחות חומריות חדשות כגון FLT:0cyclic olefin copolymers (COC) יכולות לשפר את התכונות של GHz-FLT1, ו-uprtz גבוה יותר, ו-upreperre-uprewareerresure) , כאשר הם אלה נפתחים ב-preli-prelid.

מסקנה

הפסדים דיאלקטריים מפעילים השפעה עמוקה על מדידות S-parameter של מכשירי מיקרוגל.הם באים לידי ביטוי אובדן יתר של החדרה, מחזורים מאולתרים, עיוות שלב ותשובות תדר בלתי צפויות שיכולים להטעות אפילו מהנדסים מנוסים.על ידי הבנת המקורות הפיזיים של אובדן דיאלקטרי, ההשפעה שלו על קווי שידור ואלמנטים מעצימות, והמגבלות של שגרת קיטובה טיפוסית, אנשי מקצוע יכולים לאמץ גישה אבחון יותר לשילוב של אסטרטגיות מדויקות יותר, כמו גם חומרים מדויקים של חומרים.