Κατανόηση της μετάβασης από μικροκύματα σε κύματα χιλιοστών στο σχέδιο PCB

 

Στον τομέα της ηλεκτρονικής μηχανικής, ο σχεδιασμός των πίνακα τυπωμένων κυκλωμάτων (PCBs) αντιμετωπίζει πολλές προκλήσεις και μετασχηματισμούς καθώς οι συχνότητες λειτουργίας αυξάνονται και η μετάβαση από τη ζώνη συχνοτήτων μικροκυμάτων στη ζώνη συχνοτήτων χιλιοστών αποτελεί ένα κρίσιμο σημείο τεχνολογικής καμπής .

Τα μικροκύματα γενικά αναφέρονται σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητες μεταξύ 300MHz και 30GHz, που χρησιμοποιούνται ευρέως στην επικοινωνία (όπως το ραντάρ, η δορυφορική επικοινωνία), η πλοήγηση και τα άλλα πεδία .}}}}}}}}}}}}} για παράδειγμα, το σχεδιασμό της γραμμής, είναι Extensial Experials {}}}}}}}}}} δομές όπως γραμμές microstrip και λωρίδες και εξασφαλίζοντας ακεραιότητα σήματος .

Τα κύματα των χιλιοστών, από την άλλη πλευρά, είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητες που κυμαίνονται από 30GHz έως 300GHz . Τα τελευταία χρόνια, έχουν προσελκύσει σημαντική προσοχή λόγω των αναδυόμενων απαιτήσεων εφαρμογών, όπως η επικοινωνία 5G/6G, η αυτόνομη ραντάρ οδήγησης και η απεικόνιση υψηλής περιεκτικότητας σε μια σειρά. νέων θεμάτων:

 

1. Τεχνολογία Microstrip Line
Η γραμμή Microstrip είναι μια από τις απλούστερες και πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες γραμμής μετάδοσης σε κυκλώματα μικροκυμάτων, χάρη στην ευκολία κατασκευής και την υψηλή απόδοση . Παρόλα αυτά, όταν η μετάβαση σε συχνότητες χιλιοστών-κύματος, οι γραμμές μικροβίων αντιμετωπίζουν πολυάριθμες προκλήσεις . ένα βασικό ζήτημα είναι η απώλεια ακτινοβολίας {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}. Τείνουν να συμπεριφέρονται σαν κεραίες, ακτινοβολώντας την ενέργεια στον περιβάλλοντα αέρα . Αυτό οδηγεί σε περιττή απώλεια σήματος, η οποία γίνεται πιο σοβαρή καθώς η συχνότητα αυξάνει . επιπλέον, η παραγωγή κυκλώματος μικροσφαιριδίων απαιτεί εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια, με αυστηρές ανοχές για το πλάτος του αγωγού και το πάχος του χαλκού να γίνει ακόμη και ο χαλκός, οι απαιτήσεις του THERTANCE, και οι μικρές αποκλίσεις στη διαδικασία κατασκευής μπορούν να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα απόδοσης .

Μια άλλη πρόκληση έγκειται στα χαρακτηριστικά διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε κυκλώματα μικροσφαιριδίων . ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διαδίδονται όχι μόνο μέσω του κυκλώματος, αλλά και μέσω του περιβάλλοντος αέρα, η οποία έχει χαμηλή διηλεκτρική σταθερά . η χαμηλή διηλεκτρική σταθερά του αέρα που επηρεάζει την αποτελεσματική διηλεκτρική σταθερή Το κύκλωμα . στις συχνότητες του χιλιοστού κύματος, τα υλικά κυκλώματος με χαμηλότερη διηλεκτρική σταθερά προτιμώνται συνήθως για τη μείωση της απώλειας σήματος, αλλά αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τη βραδύτερη διάδοση κύματος και τις μετατοπίσεις φάσης .

 

2. Τεχνολογία stripline
Το Stripline είναι μια άλλη αξιόπιστη τεχνολογία κυκλώματος ικανή να λειτουργεί σε συχνότητες χιλιοστών κύματος . προσφέρει εξαιρετική απομόνωση επειδή ο αγωγός είναι πλήρως κλειστός από το διηλεκτρικό υλικό και τα επίπεδα εδάφους . Αυτός ο σχεδιασμός εξασφαλίζει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα προωθούνται πλήρως μέσα στο κύκλωμα χωρίς να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον που είναι δύσκολο να είναι το περιβάλλον που είναι δύσκολο να είναι δύσκολο να αλληλεπιδράσει με το περιβάλλον. Τα σήματα εκτόξευσης στο κύκλωμα λόγω της κλεισμένης δομής του .

Η δημιουργία συνδετήρων για την είσοδο και την έξοδο σήματος γίνεται πιο δύσκολη, ειδικά στις συχνότητες των χιλιοστών κύματος . Επιπλέον, αυτή η τεχνολογία είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη σε παραλλαγές στη διαδικασία κατασκευής, καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη των απαιτούμενων ανοχών . για αυτούς τους λόγους, η λωρίδα χρησιμοποιείται λιγότερο σε κυκλοφορίες χιλιοστών, εκτός από τις συγκεκριμένες εφαρμογές,

 

3. υπόστρωμα Ολοκληρωμένο κυματοδηγό (SIW)
Η τεχνολογία ενσωματωμένου κυματοδηγού (SIW) του υποστρώματος κερδίζει αυξανόμενη δημοτικότητα στις εφαρμογές των χιλιοστών κύματος, ιδιαίτερα στο ραντάρ αυτοκινήτων και σε άλλα συστήματα επικοινωνίας . siw συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας κυματοδηγού και του τυπωμένου κυκλώματος (PCB), η κατασκευή . σχηματίζει ένα compact romcrular κυματοειδούς κυματοειδούς. (PTHS) . Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει τη διάδοση σήματος χαμηλής απώλειας ακόμη και σε υψηλές συχνότητες .

Ωστόσο, η κατασκευή κυκλωμάτων SIW απαιτεί εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια . Οι PTHs πρέπει να τοποθετηθούν μέσα σε πολύ στενές ανοχές, ειδικά για υψηλότερες συχνότητες, καθιστώντας τη διαδικασία κατασκευής αρκετά προκλητική . επιπλέον, το SIW απαιτεί υλικά με ελάχιστες ποικιλίες σε διηλεκτρική σταθερά, η οποία αυξάνει τις δυσκολίες κατασκευής {}}}}}

 

4. γειωμένο κυματοδηγό Coplanar (GCPW)
Ο γειωμένος κυματοδηγός Coplanar (GCPW) είναι μια άλλη πολλά υποσχόμενη τεχνολογία γραμμής μετάδοσης για κυκλώματα χιλιοστών . Η δομή GCPW συνδυάζει τα διηλεκτρικά υλικά και τους αγωγούς χαλκού για να επιτευχθούν τα συστήματα πολλαπλασιασμού {5}. Το GCPW μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε ολοκληρωμένα σχέδια όπου απαιτούνται και τα κυκλώματα χιλιοστό-κύματος και χαμηλότερης συχνότητας στο ίδιο PCB .

Αλλά τα κυκλώματα GCPW είναι ευαίσθητα στις μεταβολές της διαδικασίας κατασκευής, όπως οι μεταβολές στη διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού υλικού, στο πάχος του υποστρώματος και στην αυστηρή επιφάνεια του χαλκού . Αυτοί οι παράγοντες μπορεί να προκαλέσουν παραμόρφωση φάσης, η οποία γίνεται πιο κρίσιμη σε συχνές συχνότητες χιλιοστών . για να εξασφαλιστεί η βέλτιστη απόδοση, ο αυστηρός έλεγχος της κατασκευής. πάχος .

 

Βασικές εκτιμήσεις στο σχεδιασμό κυκλώματος κύματος χιλιοστών
Καθώς οι εφαρμογές κυκλώματος κύματος χιλιοστών, όπως το ραντάρ αυτοκινήτων και τα ασύρματα δίκτυα 5G, συνεχίζουν να αναπτύσσονται, οι σχεδιαστές πρέπει να εξετάσουν αρκετούς βασικούς παράγοντες κατά την επιλογή υλικών κυκλώματος και τεχνολογίες γραμμής μετάδοσης:

 

Ανοχές στην κατασκευή:

Τα κυκλώματα χιλιοστών κύματος έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις ανοχής για το πλάτος του αγωγού, το πάχος του διηλεκτρικού στρώματος και την ποιότητα της επιφάνειας του χαλκού .

Ακεραιότητα σήματος: Είναι απαραίτητο να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση παραγόντων όπως η απώλεια ακτινοβολίας, η παραμόρφωση της φάσης και οι αλλαγές στη διηλεκτρική σταθερά των υλικών για να εξασφαλιστεί αξιόπιστες επιδόσεις σε υψηλές συχνότητες .

Επιλογή υλικού: Η επιλογή των υλικών PCB είναι ζωτικής σημασίας για την απόδοση των κυκλωμάτων χιλιοστών . υλικών με χαμηλή διηλεκτρική σταθερά προτιμώνται για τη μείωση της απώλειας σήματος, αλλά οι ιδιότητές τους πρέπει να παραμείνουν σταθερές σε υψηλές συχνότητες .

 

Σύναψη
Ο σχεδιασμός των κυκλωμάτων συχνότητας των χιλιοστών κύματος αντιμετωπίζει μοναδικές προκλήσεις, αλλά ταυτόχρονα φέρνει τεράστιες ευκαιρίες για αναδυόμενες εφαρμογές, όπως 5G Networks και Advanced Driver Systems (ADAS) . κατανόηση των συμβουλών και των περιορισμών των διαφορετικών τεχνολογιών μετάδοσης, όπως οι μικροσκοπικές γραμμές, οι λωρίδες, το Siw και το GCPW Σχεδιασμός χιλιοστών .