اختيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور والنظر في الانتقال من تصميم الموجات الميكروية إلى الموجات المليمترية

يتراوح تردد الإشارة في تطبيق رادار السيارات بين 30 و 300 جيجاهرتز ، حتى يصل إلى 24 جيجاهرتز.بمساعدة وظائف الدائرة المختلفة ، يتم نقل هذه الإشارات من خلال تقنيات خطوط النقل المختلفة مثل خطوط microstrip وخطوط الشريط ودليل الموجة المتكاملة للركيزة (SIW) والدليل الموجي المستوي الأرضي (GCPW).عادةً ما تُستخدم تقنيات خطوط النقل هذه (الشكل 1) عند ترددات الميكروويف ، وأحيانًا عند ترددات الموجات المليمترية.مواد تصفيح الدائرة الكهربائية المستخدمة خصيصًا لظروف التردد العالي هذه مطلوبة.يمكن لخط Microstrip ، باعتباره أبسط تقنيات دوائر خطوط النقل والأكثر استخدامًا ، تحقيق معدل تأهيل عالٍ للدارة باستخدام تقنية معالجة الدوائر التقليدية.ولكن عندما يتم رفع التردد إلى تردد الموجة المليمترية ، فقد لا يكون أفضل خط نقل للدائرة.كل خط نقل له مزاياه وعيوبه.على سبيل المثال ، على الرغم من سهولة معالجة خط microstrip ، إلا أنه يجب أن يحل مشكلة فقد الإشعاع العالي عند استخدامه عند تردد الموجة المليمترية.

الشكل 1 عند الانتقال إلى تردد الموجة المليمترية ، يحتاج مصممو دوائر الموجات الصغرية إلى مواجهة اختيار ما لا يقل عن أربع تقنيات لخطوط النقل عند تردد الموجات الصغرية

على الرغم من أن الهيكل المفتوح لخط microstrip مناسب للاتصال المادي ، إلا أنه سيسبب أيضًا بعض المشكلات عند الترددات الأعلى.في خط نقل microstrip ، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية (EM) عبر موصل مادة الدائرة والركيزة العازلة للكهرباء ، لكن بعض الموجات الكهرومغناطيسية تنتشر عبر الهواء المحيط.نظرًا لقيمة Dk المنخفضة للهواء ، تكون قيمة Dk الفعالة للدائرة أقل من قيمة مادة الدائرة ، والتي يجب مراعاتها في محاكاة الدائرة.بالمقارنة مع Dk المنخفض ، تميل الدوائر المصنوعة من مواد عالية Dk إلى إعاقة انتقال الموجات الكهرومغناطيسية وتقليل معدل الانتشار.لذلك ، عادةً ما تُستخدم مواد الدائرة المنخفضة Dk في دوائر الموجات المليمترية.

نظرًا لوجود درجة معينة من الطاقة الكهرومغناطيسية في الهواء ، فإن دائرة خط microstrip ستشع للخارج في الهواء ، على غرار الهوائي.سيؤدي ذلك إلى فقدان إشعاع غير ضروري لدائرة خط microstrip ، وستزداد الخسارة مع زيادة التردد ، مما يجلب أيضًا تحديات لمصممي الدوائر الذين يدرسون خط microstrip للحد من فقد إشعاع الدائرة.من أجل تقليل فقد الإشعاع ، يمكن تصنيع خطوط microstrip بمواد دوائر ذات قيم Dk أعلى.ومع ذلك ، ستؤدي زيادة Dk إلى إبطاء معدل انتشار الموجة الكهرومغناطيسية (بالنسبة للهواء) ، مما يتسبب في تحول طور الإشارة.طريقة أخرى هي تقليل فقد الإشعاع باستخدام مواد دوائر أرق لمعالجة خطوط microstrip.ومع ذلك ، بالمقارنة مع مواد الدوائر السميكة ، تكون مواد الدوائر الأرق أكثر عرضة لتأثير خشونة سطح رقائق النحاس ، مما يؤدي أيضًا إلى حدوث تحول معين في طور الإشارة.

على الرغم من أن تكوين دائرة خط microstrip بسيط ، إلا أن دائرة خط microstrip في نطاق موجة المليمتر تحتاج إلى تحكم دقيق في التسامح.على سبيل المثال ، عرض الموصل الذي يحتاج إلى تحكم صارم ، وكلما زاد التردد ، سيكون التسامح أكثر صرامة.لذلك ، فإن خط microstrip في نطاق تردد الموجة المليمترية حساس للغاية لتغير تكنولوجيا المعالجة ، فضلاً عن سمك المادة العازلة والنحاس في المادة ، ومتطلبات التسامح لحجم الدائرة المطلوبة صارمة للغاية.

Stripline هي تقنية موثوقة لخط نقل الدائرة ، والتي يمكن أن تلعب دورًا جيدًا في تردد الموجة المليمترية.ومع ذلك ، بالمقارنة مع خط microstrip ، فإن الموصل الخطي محاط بالوسيط ، لذلك ليس من السهل توصيل الموصل أو منافذ الإدخال / الإخراج الأخرى بالخط العريض لنقل الإشارة.يمكن اعتبار الخط الفاصل كنوع من الكابلات المحورية المسطحة ، حيث يتم لف الموصل بطبقة عازلة ثم تغطيته بطبقة.يمكن أن يوفر هذا الهيكل تأثيرًا عالي الجودة لعزل الدائرة ، مع الحفاظ على انتشار الإشارة في مادة الدائرة (بدلاً من الهواء المحيط).تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية دائمًا عبر مادة الدائرة.يمكن محاكاة الدائرة الخطية وفقًا لخصائص مادة الدائرة ، دون مراعاة تأثير الموجة الكهرومغناطيسية في الهواء.ومع ذلك ، فإن موصل الدائرة المحاط بالوسيط يكون عرضة للتغيرات في تكنولوجيا المعالجة ، كما أن تحديات تغذية الإشارة تجعل من الصعب على خط التعرية التعامل ، خاصةً في ظل حالة حجم الموصل الأصغر عند تردد الموجة المليمترية.لذلك ، باستثناء بعض الدوائر المستخدمة في رادارات السيارات ، لا تُستخدم الخطوط العريضة عادةً في دوائر الموجات المليمترية.

نظرًا لوجود درجة معينة من الطاقة الكهرومغناطيسية في الهواء ، فإن دائرة خط microstrip ستشع للخارج في الهواء ، على غرار الهوائي.سيؤدي ذلك إلى فقدان إشعاع غير ضروري لدائرة خط microstrip ، وستزداد الخسارة مع زيادة التردد ، مما يجلب أيضًا تحديات لمصممي الدوائر الذين يدرسون خط microstrip للحد من فقد إشعاع الدائرة.من أجل تقليل فقد الإشعاع ، يمكن تصنيع خطوط microstrip بمواد دوائر ذات قيم Dk أعلى.ومع ذلك ، ستؤدي زيادة Dk إلى إبطاء معدل انتشار الموجة الكهرومغناطيسية (بالنسبة للهواء) ، مما يتسبب في تحول طور الإشارة.طريقة أخرى هي تقليل فقد الإشعاع باستخدام مواد دوائر أرق لمعالجة خطوط microstrip.ومع ذلك ، بالمقارنة مع مواد الدوائر السميكة ، تكون مواد الدوائر الأرق أكثر عرضة لتأثير خشونة سطح رقائق النحاس ، مما يؤدي أيضًا إلى حدوث تحول معين في طور الإشارة.

على الرغم من أن تكوين دائرة خط microstrip بسيط ، إلا أن دائرة خط microstrip في نطاق موجة المليمتر تحتاج إلى تحكم دقيق في التسامح.على سبيل المثال ، عرض الموصل الذي يحتاج إلى تحكم صارم ، وكلما زاد التردد ، سيكون التسامح أكثر صرامة.لذلك ، فإن خط microstrip في نطاق تردد الموجة المليمترية حساس للغاية لتغير تكنولوجيا المعالجة ، فضلاً عن سمك المادة العازلة والنحاس في المادة ، ومتطلبات التسامح لحجم الدائرة المطلوبة صارمة للغاية.

Stripline هي تقنية موثوقة لخط نقل الدائرة ، والتي يمكن أن تلعب دورًا جيدًا في تردد الموجة المليمترية.ومع ذلك ، بالمقارنة مع خط microstrip ، فإن الموصل الخطي محاط بالوسيط ، لذلك ليس من السهل توصيل الموصل أو منافذ الإدخال / الإخراج الأخرى بالخط العريض لنقل الإشارة.يمكن اعتبار الخط الفاصل كنوع من الكابلات المحورية المسطحة ، حيث يتم لف الموصل بطبقة عازلة ثم تغطيته بطبقة.يمكن أن يوفر هذا الهيكل تأثيرًا عالي الجودة لعزل الدائرة ، مع الحفاظ على انتشار الإشارة في مادة الدائرة (بدلاً من الهواء المحيط).تنتشر الموجة الكهرومغناطيسية دائمًا عبر مادة الدائرة.يمكن محاكاة الدائرة الخطية وفقًا لخصائص مادة الدائرة ، دون مراعاة تأثير الموجة الكهرومغناطيسية في الهواء.ومع ذلك ، فإن موصل الدائرة المحاط بالوسيط يكون عرضة للتغيرات في تكنولوجيا المعالجة ، كما أن تحديات تغذية الإشارة تجعل من الصعب على خط التعرية التعامل ، خاصةً في ظل حالة حجم الموصل الأصغر عند تردد الموجة المليمترية.لذلك ، باستثناء بعض الدوائر المستخدمة في رادارات السيارات ، لا تُستخدم الخطوط العريضة عادةً في دوائر الموجات المليمترية.

الشكل 2 تصميم ومحاكاة موصل الدائرة GCPW مستطيل (الشكل أعلاه) ، ولكن تتم معالجة الموصل في شبه منحرف (الشكل أدناه) ، والذي سيكون له تأثيرات مختلفة على تردد الموجة المليمترية.

بالنسبة للعديد من تطبيقات دوائر الموجات المليمترية الناشئة الحساسة لاستجابة مرحلة الإشارة (مثل رادار السيارات) ، يجب التقليل من أسباب عدم تناسق الطور.تكون دائرة GCPW لتردد الموجات المليمترية عرضة للتغيرات في المواد وتكنولوجيا المعالجة ، بما في ذلك التغييرات في قيمة Dk للمادة وسمك الركيزة.ثانيًا ، قد يتأثر أداء الدائرة بسمك الموصل النحاسي وخشونة سطح رقائق النحاس.لذلك ، يجب الحفاظ على سمك الموصل النحاسي ضمن تفاوت صارم ، ويجب تقليل خشونة السطح لرقائق النحاس.ثالثًا ، قد يؤثر اختيار طلاء السطح على دائرة GCPW أيضًا على أداء الموجة المليمترية للدائرة.على سبيل المثال ، الدائرة التي تستخدم الذهب الكيميائي النيكل بها فقد نيكل أكثر من النحاس ، وستزيد الطبقة السطحية المطلية بالنيكل من فقدان خط GCPW أو خط microstrip (الشكل 3).أخيرًا ، نظرًا للطول الموجي الصغير ، فإن تغيير سمك الطلاء سيؤدي أيضًا إلى تغيير استجابة المرحلة ، ويكون تأثير GCPW أكبر من تأثير خط microstrip.

الشكل 3 يستخدم خط microstrip ودائرة GCPW الموضحة في الشكل نفس مادة الدائرة (روجرز 8mil سميكة RO4003C ™ صفح) ، وتأثير ENIG على دائرة GCPW أكبر بكثير من ذلك على خط microstrip عند تردد موجة المليمتر.