पीसीबीची निवड आणि मायक्रोवेव्ह ते मिलीमीटर वेव्ह बँड डिझाइनमध्ये संक्रमणाचा विचार

ऑटोमोटिव्ह रडारच्या ऍप्लिकेशनमध्ये सिग्नल वारंवारता 30 आणि 300 GHz दरम्यान बदलते, अगदी 24 GHz पेक्षा कमी.वेगवेगळ्या सर्किट फंक्शन्सच्या मदतीने, हे सिग्नल मायक्रोस्ट्रिप लाइन्स, स्ट्रिप लाइन्स, सब्सट्रेट इंटिग्रेटेड वेव्हगाइड (एसआयडब्ल्यू) आणि ग्राउंडेड कॉप्लनर वेव्हगाइड (जीसीपीडब्ल्यू) सारख्या वेगवेगळ्या ट्रान्समिशन लाइन तंत्रज्ञानाद्वारे प्रसारित केले जातात.हे ट्रान्समिशन लाइन तंत्रज्ञान (Fig. 1) सहसा मायक्रोवेव्ह फ्रिक्वेन्सीवर आणि कधी कधी मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेन्सीवर वापरले जाते.विशेषत: या उच्च वारंवारता स्थितीसाठी सर्किट लॅमिनेट सामग्री आवश्यक आहे.मायक्रोस्ट्रिप लाइन, सर्वात सोपी आणि सामान्यतः वापरली जाणारी ट्रान्समिशन लाइन सर्किट तंत्रज्ञान म्हणून, पारंपारिक सर्किट प्रक्रिया तंत्रज्ञानाचा वापर करून उच्च सर्किट पात्रता दर प्राप्त करू शकते.परंतु जेव्हा वारंवारता मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसीपर्यंत वाढविली जाते, तेव्हा ती सर्वोत्तम सर्किट ट्रान्समिशन लाइन असू शकत नाही.प्रत्येक ट्रान्समिशन लाइनचे स्वतःचे फायदे आणि तोटे आहेत.उदाहरणार्थ, मायक्रोस्ट्रिप लाइनवर प्रक्रिया करणे सोपे असले तरी, मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसीवर वापरल्यास उच्च रेडिएशन हानीची समस्या सोडवणे आवश्यक आहे.

आकृती 1 मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसीमध्ये संक्रमण करताना, मायक्रोवेव्ह सर्किट डिझायनर्सना मायक्रोवेव्ह फ्रिक्वेन्सीवर किमान चार ट्रान्समिशन लाइन तंत्रज्ञानाच्या निवडीचा सामना करावा लागतो.

जरी मायक्रोस्ट्रिप लाईनची खुली रचना भौतिक जोडणीसाठी सोयीस्कर असली तरी त्यामुळे उच्च फ्रिक्वेन्सीवर काही समस्या निर्माण होतील.मायक्रोस्ट्रिप ट्रान्समिशन लाइनमध्ये, विद्युत चुंबकीय (ईएम) लहरी सर्किट सामग्रीच्या कंडक्टर आणि डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटद्वारे प्रसारित होतात, परंतु काही विद्युत चुंबकीय लहरी आसपासच्या हवेतून प्रसारित होतात.हवेच्या कमी डीके मूल्यामुळे, सर्किटचे प्रभावी डीके मूल्य सर्किट सामग्रीच्या तुलनेत कमी आहे, ज्याचा सर्किट सिम्युलेशनमध्ये विचार करणे आवश्यक आहे.कमी Dk च्या तुलनेत, उच्च Dk सामग्रीपासून बनविलेले सर्किट इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या प्रसारणात अडथळा आणतात आणि प्रसार दर कमी करतात.म्हणून, कमी डीके सर्किट सामग्री सहसा मिलीमीटर वेव्ह सर्किटमध्ये वापरली जाते.

हवेत विशिष्ट प्रमाणात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ऊर्जा असल्यामुळे, मायक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट अँटेना प्रमाणेच हवेत बाहेरून विकिरण करेल.यामुळे मायक्रोस्ट्रीप लाइन सर्किटला अनावश्यक रेडिएशन नुकसान होईल आणि वारंवारता वाढल्याने तोटा वाढेल, ज्यामुळे सर्किट डिझायनर्सनाही आव्हाने येतात जे सर्किट रेडिएशन लॉस मर्यादित करण्यासाठी मायक्रोस्ट्रिप लाइनचा अभ्यास करतात.किरणोत्सर्गाचे नुकसान कमी करण्यासाठी, मायक्रोस्ट्रीप रेषा उच्च Dk मूल्यांसह सर्किट सामग्रीसह तयार केल्या जाऊ शकतात.तथापि, Dk ची वाढ इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह प्रसार दर (हवेशी सापेक्ष) कमी करेल, ज्यामुळे सिग्नल फेज शिफ्ट होईल.मायक्रोस्ट्रीप लाइन्सवर प्रक्रिया करण्यासाठी पातळ सर्किट मटेरियल वापरून रेडिएशनचे नुकसान कमी करणे ही दुसरी पद्धत आहे.तथापि, जाड सर्किट सामग्रीच्या तुलनेत, पातळ सर्किट सामग्री कॉपर फॉइलच्या पृष्ठभागाच्या खडबडीच्या प्रभावास अधिक संवेदनाक्षम असतात, ज्यामुळे विशिष्ट सिग्नल फेज शिफ्ट देखील होते.

जरी मायक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किटचे कॉन्फिगरेशन सोपे आहे, मिलीमीटर वेव्ह बँडमधील मायक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किटला अचूक सहिष्णुता नियंत्रण आवश्यक आहे.उदाहरणार्थ, कंडक्टरची रुंदी ज्याला कठोरपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे आणि वारंवारता जितकी जास्त असेल तितकी सहनशीलता अधिक कठोर असेल.त्यामुळे, मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेन्सी बँडमधील मायक्रोस्ट्रीप लाइन प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या बदलासाठी अत्यंत संवेदनशील आहे, तसेच सामग्रीमधील डायलेक्ट्रिक सामग्री आणि तांबे यांची जाडी आणि आवश्यक सर्किट आकारासाठी सहिष्णुता आवश्यकता अत्यंत कठोर आहेत.

स्ट्रिपलाइन हे विश्वसनीय सर्किट ट्रान्समिशन लाइन तंत्रज्ञान आहे, जे मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेन्सीमध्ये चांगली भूमिका बजावू शकते.तथापि, मायक्रोस्ट्रिप लाइनच्या तुलनेत, स्ट्रिपलाइन कंडक्टर माध्यमाने वेढलेला असतो, त्यामुळे सिग्नल ट्रान्समिशनसाठी कनेक्टर किंवा इतर इनपुट/आउटपुट पोर्ट्स स्ट्रिपलाइनशी जोडणे सोपे नाही.स्ट्रिपलाइनला एक प्रकारची सपाट कोएक्सियल केबल मानली जाऊ शकते, ज्यामध्ये कंडक्टर डायलेक्ट्रिक लेयरने गुंडाळला जातो आणि नंतर स्ट्रॅटमने झाकलेला असतो.ही रचना सर्किट सामग्रीमध्ये सिग्नल प्रसार (आजूबाजूच्या हवेपेक्षा) ठेवताना उच्च-गुणवत्तेचा सर्किट अलगाव प्रभाव प्रदान करू शकते.विद्युत चुंबकीय लहरी नेहमी सर्किट सामग्रीद्वारे प्रसारित होतात.हवेतील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हच्या प्रभावाचा विचार न करता, सर्किट सामग्रीच्या वैशिष्ट्यांनुसार स्ट्रिपलाइन सर्किटचे अनुकरण केले जाऊ शकते.तथापि, माध्यमाने वेढलेले सर्किट कंडक्टर प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील बदलांसाठी असुरक्षित आहे आणि सिग्नल फीडिंगच्या आव्हानांमुळे स्ट्रिपलाइनला सामना करणे कठीण होते, विशेषत: मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसीवर लहान कनेक्टर आकाराच्या स्थितीत.म्हणून, ऑटोमोटिव्ह रडारमध्ये वापरल्या जाणार्‍या काही सर्किट्स वगळता, स्ट्रिपलाइन्स सहसा मिलिमीटर वेव्ह सर्किट्समध्ये वापरल्या जात नाहीत.

हवेत विशिष्ट प्रमाणात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ऊर्जा असल्यामुळे, मायक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किट अँटेना प्रमाणेच हवेत बाहेरून विकिरण करेल.यामुळे मायक्रोस्ट्रीप लाइन सर्किटला अनावश्यक रेडिएशन नुकसान होईल आणि वारंवारता वाढल्याने तोटा वाढेल, ज्यामुळे सर्किट डिझायनर्सनाही आव्हाने येतात जे सर्किट रेडिएशन लॉस मर्यादित करण्यासाठी मायक्रोस्ट्रिप लाइनचा अभ्यास करतात.किरणोत्सर्गाचे नुकसान कमी करण्यासाठी, मायक्रोस्ट्रीप रेषा उच्च Dk मूल्यांसह सर्किट सामग्रीसह तयार केल्या जाऊ शकतात.तथापि, Dk ची वाढ इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह प्रसार दर (हवेशी सापेक्ष) कमी करेल, ज्यामुळे सिग्नल फेज शिफ्ट होईल.मायक्रोस्ट्रीप लाइन्सवर प्रक्रिया करण्यासाठी पातळ सर्किट मटेरियल वापरून रेडिएशनचे नुकसान कमी करणे ही दुसरी पद्धत आहे.तथापि, जाड सर्किट सामग्रीच्या तुलनेत, पातळ सर्किट सामग्री कॉपर फॉइलच्या पृष्ठभागाच्या खडबडीच्या प्रभावास अधिक संवेदनाक्षम असतात, ज्यामुळे विशिष्ट सिग्नल फेज शिफ्ट देखील होते.

जरी मायक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किटचे कॉन्फिगरेशन सोपे आहे, मिलीमीटर वेव्ह बँडमधील मायक्रोस्ट्रिप लाइन सर्किटला अचूक सहिष्णुता नियंत्रण आवश्यक आहे.उदाहरणार्थ, कंडक्टरची रुंदी ज्याला कठोरपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे आणि वारंवारता जितकी जास्त असेल तितकी सहनशीलता अधिक कठोर असेल.त्यामुळे, मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेन्सी बँडमधील मायक्रोस्ट्रीप लाइन प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या बदलासाठी अत्यंत संवेदनशील आहे, तसेच सामग्रीमधील डायलेक्ट्रिक सामग्री आणि तांबे यांची जाडी आणि आवश्यक सर्किट आकारासाठी सहिष्णुता आवश्यकता अत्यंत कठोर आहेत.

स्ट्रिपलाइन हे विश्वसनीय सर्किट ट्रान्समिशन लाइन तंत्रज्ञान आहे, जे मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेन्सीमध्ये चांगली भूमिका बजावू शकते.तथापि, मायक्रोस्ट्रिप लाइनच्या तुलनेत, स्ट्रिपलाइन कंडक्टर माध्यमाने वेढलेला असतो, त्यामुळे सिग्नल ट्रान्समिशनसाठी कनेक्टर किंवा इतर इनपुट/आउटपुट पोर्ट्स स्ट्रिपलाइनशी जोडणे सोपे नाही.स्ट्रिपलाइनला एक प्रकारची सपाट कोएक्सियल केबल मानली जाऊ शकते, ज्यामध्ये कंडक्टर डायलेक्ट्रिक लेयरने गुंडाळला जातो आणि नंतर स्ट्रॅटमने झाकलेला असतो.ही रचना सर्किट सामग्रीमध्ये सिग्नल प्रसार (आजूबाजूच्या हवेपेक्षा) ठेवताना उच्च-गुणवत्तेचा सर्किट अलगाव प्रभाव प्रदान करू शकते.विद्युत चुंबकीय लहरी नेहमी सर्किट सामग्रीद्वारे प्रसारित होतात.हवेतील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हच्या प्रभावाचा विचार न करता, सर्किट सामग्रीच्या वैशिष्ट्यांनुसार स्ट्रिपलाइन सर्किटचे अनुकरण केले जाऊ शकते.तथापि, माध्यमाने वेढलेले सर्किट कंडक्टर प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील बदलांसाठी असुरक्षित आहे आणि सिग्नल फीडिंगच्या आव्हानांमुळे स्ट्रिपलाइनला सामना करणे कठीण होते, विशेषत: मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसीवर लहान कनेक्टर आकाराच्या स्थितीत.म्हणून, ऑटोमोटिव्ह रडारमध्ये वापरल्या जाणार्‍या काही सर्किट्स वगळता, स्ट्रिपलाइन्स सहसा मिलिमीटर वेव्ह सर्किट्समध्ये वापरल्या जात नाहीत.

आकृती 2 GCPW सर्किट कंडक्टरची रचना आणि सिम्युलेशन आयताकृती आहे (वरील आकृती), परंतु कंडक्टर ट्रॅपेझॉइड (आकृतीच्या खाली) मध्ये प्रक्रिया केली जाते, ज्याचा मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसीवर भिन्न प्रभाव पडेल.

अनेक उदयोन्मुख मिलिमीटर वेव्ह सर्किट ऍप्लिकेशन्ससाठी जे सिग्नल फेज प्रतिसादास संवेदनशील असतात (जसे की ऑटोमोटिव्ह रडार), फेज विसंगतीची कारणे कमी केली पाहिजेत.मिलिमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसी GCPW सर्किट सामग्री आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानातील बदलांसाठी असुरक्षित आहे, ज्यामध्ये सामग्री Dk मूल्य आणि सब्सट्रेट जाडीमध्ये बदल समाविष्ट आहेत.दुसरे म्हणजे, तांबे कंडक्टरची जाडी आणि तांबे फॉइलच्या पृष्ठभागाच्या खडबडीमुळे सर्किट कार्यप्रदर्शन प्रभावित होऊ शकते.म्हणून, तांबे कंडक्टरची जाडी कठोर सहिष्णुतेमध्ये ठेवली पाहिजे आणि तांब्याच्या फॉइलच्या पृष्ठभागाची खडबडीता कमी केली पाहिजे.तिसरे म्हणजे, GCPW सर्किटवरील पृष्ठभागाच्या कोटिंगची निवड सर्किटच्या मिलीमीटर वेव्ह कार्यक्षमतेवर देखील परिणाम करू शकते.उदाहरणार्थ, रासायनिक निकेल सोन्याचा वापर करणार्‍या सर्किटमध्ये तांब्यापेक्षा जास्त निकेलचे नुकसान होते आणि निकेल प्लेटेड पृष्ठभागाच्या थरामुळे GCPW किंवा मायक्रोस्ट्रिप लाइन (आकृती 3) चे नुकसान वाढेल.शेवटी, लहान तरंगलांबीमुळे, कोटिंगच्या जाडीत बदल देखील फेज प्रतिसादात बदल घडवून आणेल आणि GCPW चा प्रभाव मायक्रोस्ट्रिप लाइनपेक्षा जास्त आहे.

आकृती 3 आकृतीमध्ये दर्शविलेली मायक्रोस्ट्रिप लाइन आणि GCPW सर्किट समान सर्किट सामग्रीचा वापर करतात (रॉजर्सचे 8mil जाड RO4003C™ लॅमिनेट), GCPW सर्किटवरील ENIG चा प्रभाव मिलीमीटर वेव्ह फ्रिक्वेंसी असलेल्या मायक्रोस्ट्रिप लाइनवरील प्रभावापेक्षा खूप जास्त आहे.