¿Por qué los sustratos magnéticos no se usan tanto para los circuitos impresos de RF?

Recientemente comencé a trabajar en el campo de las microondas, por lo que no tengo un gran conocimiento, excepto la teoría básica.

Lo que he notado es que, en los circuitos impresos de rf y microondas (por ejemplo, para líneas de microstrip, antenas de parche, etc.), el material del sustrato es generalmente un material no magnético (permeabilidad relativa aproximadamente igual a 1).

Esta tendencia se ha vuelto tan estándar que la mayoría de las personas (e incluso las hojas de datos de sustratos) nunca mencionan la permeabilidad relativa, ya que se sabe que es 1.

Aquí y Aquí puede encontrar una lista de materiales de sustratos típicos, que se caracterizan por sus propiedades no magnéticas y que se eligen principalmente por su tangente de pérdida (disipación) y constante dieléctrica.

Entonces, mi pregunta es: ¿por qué no usar materiales con permeabilidad relativa mayor que 1?

Los materiales de alta permitividad eléctrica se utilizan cuando necesitamos:

  1. Aumenta la capacitancia entre dos objetos metálicos;

  2. Disminuya la longitud de onda (para una frecuencia de fuente fija). Esto permite hacer que la estructura (antena de parche, línea microstrip, etc.) parezca más grande con respecto a la longitud de onda, por lo que se puede reducir su tamaño. Esto permite minimizar el tamaño de los dispositivos a costa de mayores efectos parásitos.

Bueno, incluso elegir un material con alta permeabilidad magnética puede reducir la longitud de onda y proporcionar la ventaja 2), ya que:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El papel de la permeabilidad magnética en la reducción de la longitud de onda es exactamente el mismo que el de la permitividad eléctrica. Ninguna diferencia. Pero, ¿por qué los materiales magnéticos rara vez se usan?

.. ¿como? ¿Qué materiales candidatos exactamente? ¿Qué requisitos del proceso de fabricación cambia eso?
Como dijo Andy, las pérdidas adicionales son un problema en muchas aplicaciones de RF/microondas. Algunos diseñadores venderían sus madres por 0,5 dB menos de pérdida <guiño>. Los químicos y diseñadores de materiales pasan años buscando mejores materiales de baja pérdida para usar como sustrato.
Proceso no estándar. Sin embargo, es un argumento un poco circular, porque si hubiera una ventaja lo suficientemente grande, un proceso que permitiera, por ejemplo, sustratos de PCB de alta permeabilidad, se convertiría rápidamente en estándar. Hasta que alguien muestre tal ventaja y desarrolle tal proceso, será costoso (al menos en el tiempo) de fabricar. (Puede ser barato en materiales. Si tuviera la necesidad, estaría mezclando resina epoxi con polvos de ferrita y tejido de vidrio)
La permeabilidad magnética tiende a depender fuertemente de la frecuencia y cae rápidamente a alta frecuencia. Ni siquiera estoy seguro de que puedas obtener materiales como los que estás pensando en frecuencias de microondas. Si pudiera, probablemente tendrían un rango muy limitado de frecuencias de trabajo, lo que limitaría su utilidad.

Respuestas (1)

Pero, ¿por qué los materiales magnéticos rara vez se usan?

Algunos pensamientos: -

  1. Costo adicional
  2. Pérdidas adicionales (pérdidas por corrientes de Foucault, especialmente a medida que aumenta la frecuencia)
  3. Un proceso adicional
  4. Otra variable
  5. Cambios en la permeabilidad con la temperatura
  6. Cambios en la permeabilidad con la frecuencia

otro pensamiento

  • Tener un sustrato magnético en toda la PCB significará propiedades indeseables adicionales en las pistas de PCB que no deberían tener aumentos de inductancia. Evitar eso significaría que el sustrato magnético deberá implementarse en algunas áreas y no en otras.

El único beneficio que puedo imaginar es que puede engrosar las pistas para una impedancia de 50 Ω y obtener un mayor rendimiento actual. O bien, puede hacer placas más delgadas manteniendo la misma impedancia característica.

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