Warum werden magnetische Substrate nicht so für HF-gedruckte Schaltungen verwendet?

Ich habe vor kurzem angefangen, im Mikrowellenbereich zu arbeiten, daher habe ich außer der grundlegenden Theorie kein großes Wissen.

Was mir aufgefallen ist, ist, dass in gedruckten HF- und Mikrowellenschaltungen (z. B. für Mikrostreifenleitungen, Patchantennen usw.) das Substratmaterial im Allgemeinen ein nicht magnetisches Material ist (relative Permeabilität etwa gleich 1).

Diese Tendenz ist so üblich geworden, dass die meisten Menschen (und sogar die Datenblätter von Substraten) die relative Permeabilität nie erwähnen, da sie bekanntermaßen 1 beträgt.

Hier und Hier finden Sie eine Liste typischer Substratmaterialien, die sich alle durch nichtmagnetische Eigenschaften auszeichnen und hauptsächlich aufgrund ihres Verlustfaktors (Dissipation) und ihrer Dielektrizitätskonstante ausgewählt werden.

Meine Frage lautet also: Warum nicht Materialien mit einer relativen Permeabilität größer als 1 verwenden?

Materialien mit hoher elektrischer Permittivität werden verwendet, wenn wir:

  1. Erhöhen Sie die Kapazität zwischen zwei Metallgegenständen;

  2. Verringern Sie die Wellenlänge (für eine feste Quellfrequenz). Dies ermöglicht es, die Struktur (Patchantenne, Mikrostreifenleitung usw.) bezüglich der Wellenlänge größer erscheinen zu lassen, und somit kann ihre Größe verringert werden. Dadurch können die Gerätegrößen auf Kosten höherer parasitärer Effekte minimiert werden.

Nun, selbst die Wahl eines Materials mit hoher magnetischer Permeabilität kann die Wellenlänge reduzieren und den Vorteil 2) bieten, da:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Rolle der magnetischen Permeabilität bei der Reduzierung der Wellenlänge ist genau die gleiche wie die der elektrischen Permittivität. Kein Unterschied. Aber warum werden magnetische Materialien selten verwendet?

.. wie zum Beispiel? Welche Kandidatenmaterialien genau? Welche Anforderungen an den Herstellungsprozess ändern sich dadurch?
Wie Andy sagte, sind die zusätzlichen Verluste ein Showstopper in vielen HF-/Mikrowellenanwendungen. Einige Designer würden ihre Mütter für 0,5 dB weniger Verlust verkaufen <zwinker>. Materialchemiker und -designer verbringen Jahre damit, bessere verlustarme Materialien als Substrate zu entwickeln.
Nicht standardmäßiger Prozess. Es ist jedoch ein bisschen ein Zirkelschluss, denn wenn der Vorteil groß genug wäre, würde ein Prozess, der zB hochpermeable Leiterplattensubstrate ermöglicht, schnell zum Standard werden. Bis jemand einen solchen Vorteil zeigt und ein solches Verfahren entwickelt, wird die Herstellung (zumindest zeitlich) teuer sein. (Möglicherweise billige Materialien. Wenn ich die Notwendigkeit hätte, würde ich Epoxidharz mit Ferritpulver sowie Glasgewebe mischen)
Die magnetische Permeabilität neigt dazu, stark frequenzabhängig zu sein und fällt bei hoher Frequenz schnell ab. Ich bin nicht einmal sicher, ob Sie Materialien bekommen können, wie Sie bei Mikrowellenfrequenzen denken. Wenn Sie könnten, hätten sie wahrscheinlich einen sehr begrenzten Bereich von Arbeitsfrequenzen, was ihren Nutzen einschränken würde.

Antworten (1)

Aber warum werden magnetische Materialien selten verwendet?

Ein paar Gedanken: -

  1. Extrakosten
  2. Zusatzverluste (Wirbelstromverluste insbesondere bei steigender Frequenz)
  3. Ein zusätzlicher Prozess
  4. Eine weitere Variable
  5. Änderungen der Permeabilität mit der Temperatur
  6. Änderungen der Permeabilität mit der Frequenz

Ein weiterer Gedanke

  • Ein magnetisches Substrat über die gesamte Leiterplatte führt zu zusätzlichen unerwünschten Eigenschaften auf Leiterplattenspuren, die keine Induktivitätserhöhungen aufweisen sollten. Um dies zu vermeiden, müsste das magnetische Substrat in einigen Bereichen implementiert werden und in anderen nicht.

Der einzige Vorteil, den ich mir vorstellen kann, ist, dass Sie die Spuren für eine Impedanz von 50 Ω verdicken und einen höheren Stromdurchsatz erzielen können. Oder Sie können Platinen dünner machen, während Sie immer noch die gleiche charakteristische Impedanz beibehalten.

Warum werden magnetische Substrate nicht so für HF-gedruckte Schaltungen verwendet?
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