專欄文章

印刷電路板型式之天線結構可利用標準化製程進行施作，有別於金屬件型式，可省去模具開發費用；對於高功率通訊系統而言，天線基板選擇需朝低被動式交互調變為佳，本專欄將探討Low PIM基板特性與目前商用基板解決方案。

       延續上一篇技術專欄探討在設計高功率天線時，如何從材料選擇與幾何結構改變來滿足低被動式交互調變要求。然而在評估高功率基站天線乃至於室分天線系統開發上常會利用印刷電路板製程來實現天線結構製作。

       對於基板在高功率承載上勢必無法在選擇傳統之玻璃纖維板(FR-4)，一般這類型的基板材料仍偏向低功率(1W以內)傳輸應用，基材本身的散熱性與銅箔附著力皆無法滿足此需求。美商Rogers公司針對低被動式交互調變應用，開發多款Low PIM板材型號，如表一所示為該系列板材型號之參數規格，RO45XX與RO47XX系列除了保有優良的介電特性外，亦多了規範被動式交互調變規格。

       PIM規格在輸出功率值20W承載下可小於-157dBc，甚至在RO47XX系列可達到小於-160dBc水準。另外，AD系列(AD250C、AD255C、AD260A)板材也可達到優越Low PIM效能，與RO47XX系列唯一差異點在於AD系列的板材，在損耗因子(Dissipation Factor)的表現更佳。因此，較適合應用於高功率且高頻之毫米波通訊系統。

                                 表一、商用Low PIM基板型號規格

圖一所示為電路板銅箔表面粗糙度與PIM性能之關係，結果顯示隨著銅箔表面粗糙度增加，對於PIM影響程度越大。RO45XX系列或RO47XX系列之Low PIM板材即利用反轉銅(Reverse-treat Copper)技術，使得導體有更佳表面粗糙度與結合性，對於板材插入損失與PIM特性皆提升許多。另外，裸銅基材在長時間放置下恐會因銅鏽而誘發PIM，一般在PCB製程會使用浸鍍銀/錫或化金等做表面處理，通常會塗佈化學鎳金做基座，但由於鎳合金具有導磁特性，因此，對PIM也會有些許影響。

                       圖一、基材之銅箔表面粗糙度與PIM效能關係

圖二所示為使用板厚32.7mil之RO4534電路板進行三種不同電路架構之PIM測試，分別為傳輸線、帶通濾波器及低通濾波器。可以發現雖然這些電路架構是基於同一款板材型號製作，但由於PIM受到不同電流密度之影響，造成顯著的PIM差異。相較於簡單的傳輸線電路，濾波器具有較高的電流密度，進而產生更高的PIM功率位準。

圖二、三種不同電路架構之PIM效能

以長期運作之Low PIM天線產品而言，除了在設計端可以透過Layout方式加以優化外，有必要採取Low PIM板材或Low PIM線材之組合，以避免後續因PIM劣化，造成網路運作效能不佳，連帶影響運營商整體維運成本，其重要性不容小覷。

參考資料

[1]  Chandler, Ariz, “New Laminates Lower PIM for Base Station Antennas”,Microwaves Journal, 2018.

[2]  John Coonrod, “Materials Make the Difference in Low-PIM PCB Antennas”, Microwave&RF, 2016.

[3]  John Coonrod, “Choosing Circuit Materials for Low-PIM PCB Antennas”, Microwave&RF, 2017.

[4]  RO4000® Series [Online]. Available: https://rogerscorp.com/advanced-connectivity-solutions/ro4000-series-laminates

[5]  AD Series® Laminates [Online]. Available: https://rogerscorp.com/advanced-connectivity-solutions/ad-series-laminates