पीसीबी चयन और माइक्रोवेव से मिलीमीटर वेव बैंड डिजाइन में संक्रमण पर विचार

ऑटोमोटिव रडार के अनुप्रयोग में संकेत आवृत्ति 30 और 300 GHz के बीच भिन्न होती है, यहां तक ​​कि 24 GHz जितनी कम होती है।विभिन्न सर्किट कार्यों की मदद से, इन संकेतों को विभिन्न ट्रांसमिशन लाइन प्रौद्योगिकियों जैसे कि माइक्रोस्ट्रिप लाइन, स्ट्रिप लाइन, सब्सट्रेट इंटीग्रेटेड वेवगाइड (SIW) और ग्राउंडेड कॉपलनार वेवगाइड (GCPW) के माध्यम से प्रेषित किया जाता है।ये ट्रांसमिशन लाइन प्रौद्योगिकियां (चित्र 1) आमतौर पर माइक्रोवेव आवृत्तियों पर और कभी-कभी मिलीमीटर तरंग आवृत्तियों पर उपयोग की जाती हैं।इस उच्च आवृत्ति की स्थिति के लिए विशेष रूप से उपयोग किए जाने वाले सर्किट लेमिनेट सामग्री की आवश्यकता होती है।माइक्रोस्ट्रिप लाइन, सबसे सरल और सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली ट्रांसमिशन लाइन सर्किट तकनीक के रूप में, पारंपरिक सर्किट प्रोसेसिंग तकनीक का उपयोग करके उच्च सर्किट योग्यता दर प्राप्त कर सकती है।लेकिन जब आवृत्ति को मिलीमीटर तरंग आवृत्ति तक बढ़ाया जाता है, तो यह सर्वोत्तम सर्किट ट्रांसमिशन लाइन नहीं हो सकता है।प्रत्येक ट्रांसमिशन लाइन के अपने फायदे और नुकसान हैं।उदाहरण के लिए, हालांकि माइक्रोस्ट्रिप लाइन को संसाधित करना आसान है, इसे मिलीमीटर वेव फ्रीक्वेंसी पर उपयोग किए जाने पर उच्च विकिरण हानि की समस्या को हल करना चाहिए।

चित्र 1 मिलीमीटर तरंग आवृत्ति में संक्रमण करते समय, माइक्रोवेव सर्किट डिजाइनरों को माइक्रोवेव आवृत्ति पर कम से कम चार ट्रांसमिशन लाइन प्रौद्योगिकियों की पसंद का सामना करना पड़ता है

यद्यपि माइक्रोस्ट्रिप लाइन की खुली संरचना भौतिक कनेक्शन के लिए सुविधाजनक है, यह उच्च आवृत्तियों पर कुछ समस्याएं भी पैदा करेगी।माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन में, विद्युत चुम्बकीय (EM) तरंगें सर्किट सामग्री के कंडक्टर और ढांकता हुआ सब्सट्रेट के माध्यम से फैलती हैं, लेकिन कुछ विद्युत चुम्बकीय तरंगें आसपास की हवा के माध्यम से फैलती हैं।हवा के कम डीके मूल्य के कारण सर्किट का प्रभावी डीके मूल्य सर्किट सामग्री की तुलना में कम है, जिसे सर्किट सिमुलेशन में माना जाना चाहिए।कम डीके की तुलना में, उच्च डीके सामग्री से बने सर्किट विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संचरण में बाधा डालते हैं और प्रसार दर को कम करते हैं।इसलिए, कम डीके सर्किट सामग्री का उपयोग आमतौर पर मिलीमीटर वेव सर्किट में किया जाता है।

क्योंकि हवा में विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की एक निश्चित डिग्री होती है, माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट एक एंटीना के समान हवा में बाहर की ओर विकीर्ण होगा।इससे माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट में अनावश्यक विकिरण हानि होगी, और आवृत्ति में वृद्धि के साथ नुकसान बढ़ेगा, जो सर्किट डिजाइनरों के लिए चुनौतियां भी लाता है जो सर्किट विकिरण हानि को सीमित करने के लिए माइक्रोस्ट्रिप लाइन का अध्ययन करते हैं।विकिरण हानि को कम करने के लिए, उच्च डीके मान वाले सर्किट सामग्री के साथ माइक्रोस्ट्रिप लाइनों का निर्माण किया जा सकता है।हालाँकि, Dk की वृद्धि विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार दर (वायु के सापेक्ष) को धीमा कर देगी, जिससे सिग्नल चरण शिफ्ट हो जाएगा।माइक्रोस्ट्रिप लाइनों को संसाधित करने के लिए पतली सर्किट सामग्री का उपयोग करके विकिरण हानि को कम करने का एक अन्य तरीका है।हालांकि, मोटे सर्किट सामग्री की तुलना में, पतली सर्किट सामग्री तांबे की पन्नी सतह खुरदरापन के प्रभाव के प्रति अधिक संवेदनशील होती है, जो एक निश्चित सिग्नल चरण बदलाव का भी कारण बनती है।

हालाँकि माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट का कॉन्फ़िगरेशन सरल है, मिलीमीटर वेव बैंड में माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट को सटीक सहिष्णुता नियंत्रण की आवश्यकता होती है।उदाहरण के लिए, कंडक्टर की चौड़ाई जिसे कड़ाई से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, और आवृत्ति जितनी अधिक होगी, सहनशीलता उतनी ही अधिक होगी।इसलिए, मिलीमीटर वेव फ़्रीक्वेंसी बैंड में माइक्रोस्ट्रिप लाइन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के परिवर्तन के साथ-साथ सामग्री में ढांकता हुआ सामग्री और तांबे की मोटाई के प्रति बहुत संवेदनशील है, और आवश्यक सर्किट आकार के लिए सहनशीलता की आवश्यकताएं बहुत सख्त हैं।

स्ट्रिपलाइन एक विश्वसनीय सर्किट ट्रांसमिशन लाइन तकनीक है, जो मिलीमीटर वेव फ्रीक्वेंसी में अच्छी भूमिका निभा सकती है।हालांकि, माइक्रोस्ट्रिप लाइन की तुलना में, स्ट्रिपलाइन कंडक्टर माध्यम से घिरा हुआ है, इसलिए सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए कनेक्टर या अन्य इनपुट/आउटपुट पोर्ट्स को स्ट्रिपलाइन से कनेक्ट करना आसान नहीं है।स्ट्रिपलाइन को एक प्रकार की समतल समाक्षीय केबल के रूप में माना जा सकता है, जिसमें कंडक्टर को एक ढांकता हुआ परत द्वारा लपेटा जाता है और फिर एक परत द्वारा कवर किया जाता है।सर्किट सामग्री (आसपास की हवा के बजाय) में सिग्नल प्रसार को बनाए रखते हुए यह संरचना उच्च-गुणवत्ता वाले सर्किट अलगाव प्रभाव प्रदान कर सकती है।विद्युत चुम्बकीय तरंग हमेशा सर्किट सामग्री के माध्यम से फैलती है।हवा में विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रभाव पर विचार किए बिना, स्ट्रिपलाइन सर्किट को सर्किट सामग्री की विशेषताओं के अनुसार सिम्युलेटेड किया जा सकता है।हालांकि, माध्यम से घिरा सर्किट कंडक्टर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में बदलाव के लिए कमजोर है, और सिग्नल फीडिंग की चुनौतियों से स्ट्रिपलाइन को सामना करना मुश्किल हो जाता है, विशेष रूप से मिलीमीटर तरंग आवृत्ति पर छोटे कनेक्टर आकार की स्थिति में।इसलिए, ऑटोमोटिव राडार में उपयोग किए जाने वाले कुछ सर्किटों को छोड़कर, आमतौर पर मिलीमीटर वेव सर्किट में स्ट्रिपलाइन का उपयोग नहीं किया जाता है।

क्योंकि हवा में विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा की एक निश्चित डिग्री होती है, माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट एक एंटीना के समान हवा में बाहर की ओर विकीर्ण होगा।इससे माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट में अनावश्यक विकिरण हानि होगी, और आवृत्ति में वृद्धि के साथ नुकसान बढ़ेगा, जो सर्किट डिजाइनरों के लिए चुनौतियां भी लाता है जो सर्किट विकिरण हानि को सीमित करने के लिए माइक्रोस्ट्रिप लाइन का अध्ययन करते हैं।विकिरण हानि को कम करने के लिए, उच्च डीके मान वाले सर्किट सामग्री के साथ माइक्रोस्ट्रिप लाइनों का निर्माण किया जा सकता है।हालाँकि, Dk की वृद्धि विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार दर (वायु के सापेक्ष) को धीमा कर देगी, जिससे सिग्नल चरण शिफ्ट हो जाएगा।माइक्रोस्ट्रिप लाइनों को संसाधित करने के लिए पतली सर्किट सामग्री का उपयोग करके विकिरण हानि को कम करने का एक अन्य तरीका है।हालांकि, मोटे सर्किट सामग्री की तुलना में, पतली सर्किट सामग्री तांबे की पन्नी सतह खुरदरापन के प्रभाव के प्रति अधिक संवेदनशील होती है, जो एक निश्चित सिग्नल चरण बदलाव का भी कारण बनती है।

हालाँकि माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट का कॉन्फ़िगरेशन सरल है, मिलीमीटर वेव बैंड में माइक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट को सटीक सहिष्णुता नियंत्रण की आवश्यकता होती है।उदाहरण के लिए, कंडक्टर की चौड़ाई जिसे कड़ाई से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, और आवृत्ति जितनी अधिक होगी, सहनशीलता उतनी ही अधिक होगी।इसलिए, मिलीमीटर वेव फ़्रीक्वेंसी बैंड में माइक्रोस्ट्रिप लाइन प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के परिवर्तन के साथ-साथ सामग्री में ढांकता हुआ सामग्री और तांबे की मोटाई के प्रति बहुत संवेदनशील है, और आवश्यक सर्किट आकार के लिए सहनशीलता की आवश्यकताएं बहुत सख्त हैं।

स्ट्रिपलाइन एक विश्वसनीय सर्किट ट्रांसमिशन लाइन तकनीक है, जो मिलीमीटर वेव फ्रीक्वेंसी में अच्छी भूमिका निभा सकती है।हालांकि, माइक्रोस्ट्रिप लाइन की तुलना में, स्ट्रिपलाइन कंडक्टर माध्यम से घिरा हुआ है, इसलिए सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए कनेक्टर या अन्य इनपुट/आउटपुट पोर्ट्स को स्ट्रिपलाइन से कनेक्ट करना आसान नहीं है।स्ट्रिपलाइन को एक प्रकार की समतल समाक्षीय केबल के रूप में माना जा सकता है, जिसमें कंडक्टर को एक ढांकता हुआ परत द्वारा लपेटा जाता है और फिर एक परत द्वारा कवर किया जाता है।सर्किट सामग्री (आसपास की हवा के बजाय) में सिग्नल प्रसार को बनाए रखते हुए यह संरचना उच्च-गुणवत्ता वाले सर्किट अलगाव प्रभाव प्रदान कर सकती है।विद्युत चुम्बकीय तरंग हमेशा सर्किट सामग्री के माध्यम से फैलती है।हवा में विद्युत चुम्बकीय तरंग के प्रभाव पर विचार किए बिना, स्ट्रिपलाइन सर्किट को सर्किट सामग्री की विशेषताओं के अनुसार सिम्युलेटेड किया जा सकता है।हालांकि, माध्यम से घिरा सर्किट कंडक्टर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में बदलाव के लिए कमजोर है, और सिग्नल फीडिंग की चुनौतियों से स्ट्रिपलाइन को सामना करना मुश्किल हो जाता है, विशेष रूप से मिलीमीटर तरंग आवृत्ति पर छोटे कनेक्टर आकार की स्थिति में।इसलिए, ऑटोमोटिव राडार में उपयोग किए जाने वाले कुछ सर्किटों को छोड़कर, आमतौर पर मिलीमीटर वेव सर्किट में स्ट्रिपलाइन का उपयोग नहीं किया जाता है।

चित्र 2 GCPW सर्किट कंडक्टर का डिज़ाइन और अनुकरण आयताकार (ऊपर की आकृति) है, लेकिन कंडक्टर को एक ट्रेपेज़ॉइड (नीचे की आकृति) में संसाधित किया जाता है, जिसका मिलीमीटर तरंग आवृत्ति पर अलग-अलग प्रभाव पड़ेगा।

कई उभरते हुए मिलीमीटर तरंग सर्किट अनुप्रयोगों के लिए जो संकेत चरण प्रतिक्रिया (जैसे ऑटोमोटिव रडार) के प्रति संवेदनशील हैं, चरण असंगतता के कारणों को कम किया जाना चाहिए।मिलीमीटर तरंग आवृत्ति GCPW सर्किट सामग्री और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील है, जिसमें सामग्री डीके मूल्य और सब्सट्रेट मोटाई में परिवर्तन शामिल हैं।दूसरे, तांबे के कंडक्टर की मोटाई और तांबे की पन्नी की सतह खुरदरापन से सर्किट का प्रदर्शन प्रभावित हो सकता है।इसलिए, तांबे के कंडक्टर की मोटाई सख्त सहनशीलता के भीतर रखी जानी चाहिए, और तांबे की पन्नी की सतह खुरदरापन को कम किया जाना चाहिए।तीसरा, GCPW सर्किट पर सतह कोटिंग का चुनाव सर्किट के मिलीमीटर तरंग प्रदर्शन को भी प्रभावित कर सकता है।उदाहरण के लिए, रासायनिक निकेल गोल्ड का उपयोग करने वाले सर्किट में तांबे की तुलना में अधिक निकल का नुकसान होता है, और निकल चढ़ाया हुआ सतह परत GCPW या माइक्रोस्ट्रिप लाइन (चित्र 3) के नुकसान को बढ़ाएगा।अंत में, छोटी तरंग दैर्ध्य के कारण, कोटिंग की मोटाई में परिवर्तन भी चरण प्रतिक्रिया के परिवर्तन का कारण होगा, और GCPW का प्रभाव माइक्रोस्ट्रिप लाइन से अधिक होता है।

चित्र 3 चित्र में दिखाई गई माइक्रोस्ट्रिप लाइन और GCPW सर्किट समान सर्किट सामग्री (रोजर्स की 8mil मोटी RO4003C ™ लैमिनेट) का उपयोग करते हैं, GCPW सर्किट पर ENIG का प्रभाव मिलीमीटर तरंग आवृत्ति पर माइक्रोस्ट्रिप लाइन की तुलना में कहीं अधिक है।