ทำความเข้าใจกับการเปลี่ยนจากไมโครเวฟเป็นคลื่นมิลลิเมตรในการออกแบบ PCB

 

ในด้านวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCBs) เผชิญกับความท้าทายและการเปลี่ยนแปลงมากมายเมื่อความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนจากแถบความถี่ไมโครเวฟเป็นแถบความถี่คลื่นมิลลิเมตรแสดงถึงจุดเปลี่ยนเทคโนโลยีที่สำคัญ .}}}

โดยทั่วไป Microwaves อ้างถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ระหว่าง 300MHz และ 30GHz ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสาร (เช่นเรดาร์การสื่อสารผ่านดาวเทียม) การนำทางและฟิลด์อื่น ๆ . ระบบเทคนิคที่มีการออกแบบที่มีความยาว โครงสร้างเช่นเส้น microstrip และ striplines และสร้างความมั่นใจในความสมบูรณ์ของสัญญาณ .

ในทางกลับกันคลื่นมิลลิเมตรเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ตั้งแต่ 30GHz ถึง 300GHz . ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาพวกเขาได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นใหม่ ปัญหา:

 

1. เทคโนโลยี MicroStrip Line
MicroStrip Line เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสายส่งที่ง่ายที่สุดและใช้กันมากที่สุดในวงจรไมโครเวฟด้วยความสะดวกในการผลิตและผลผลิตสูง . อย่างไรก็ตามเมื่อเปลี่ยนไปใช้ความถี่คลื่นไมโครมิเตอร์ ในการทำตัวเหมือนเสาอากาศการแผ่พลังงานเข้าสู่อากาศโดยรอบ . สิ่งนี้นำไปสู่การสูญเสียสัญญาณที่ไม่จำเป็นซึ่งรุนแรงขึ้นเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น . นอกจากนี้การผลิตวงจร microstrip {{{{{{{{{{{ ความเข้มงวดและการเบี่ยงเบนเล็กน้อยในกระบวนการผลิตอาจทำให้เกิดปัญหาประสิทธิภาพที่ร้ายแรง .

ความท้าทายอีกประการหนึ่งอยู่ที่ลักษณะการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรไมโครสตริป . คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายไม่เพียง แต่ผ่านวัสดุวงจรเท่านั้น วงจร . ที่ความถี่คลื่นมิลลิเมตรวัสดุวงจรที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำกว่ามักจะต้องการลดการสูญเสียสัญญาณ แต่สิ่งนี้อาจส่งผลให้เกิดการแพร่กระจายของคลื่นที่ช้าลงและการเลื่อนเฟส .}

 

2. เทคโนโลยี stripline
Stripline เป็นเทคโนโลยีวงจรที่เชื่อถือได้อีกอย่างหนึ่งที่สามารถใช้งานได้ที่ความถี่คลื่นมิลลิเมตร . มันมีการแยกที่ยอดเยี่ยมเพราะตัวนำถูกล้อมรอบอย่างสมบูรณ์โดยวัสดุอิเล็กทริกและระนาบพื้น ในการเปิดสัญญาณลงในวงจรเนื่องจากโครงสร้างที่แนบมา .

การสร้างตัวเชื่อมต่อสำหรับอินพุตและเอาต์พุตของสัญญาณกลายเป็นความท้าทายมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่คลื่นมิลลิเมตร . ยิ่งไปกว่านั้นเทคโนโลยีนี้มีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการผลิตทำให้ยากที่จะบรรลุความคลาดเคลื่อนที่จำเป็น . ด้วยเหตุผลเหล่านี้

 

3. ท่อนำคลื่นรวม (SIW)
เทคโนโลยีคลื่นรวม (SIW) ของสารตั้งต้นกำลังเพิ่มความนิยมในแอพพลิเคชั่นคลื่นมิลลิเมตรโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรดาร์ยานยนต์และระบบการสื่อสารอื่น ๆ . SIW รวมข้อดีของเทคโนโลยีท่อนำคลื่น ผ่านรู (pths) . การออกแบบนี้ช่วยให้การแพร่กระจายสัญญาณการสูญเสียต่ำแม้ที่ความถี่สูง .

อย่างไรก็ตามการผลิตวงจร SIW นั้นต้องการความแม่นยำสูงมาก . PTHS จะต้องอยู่ในความคลาดเคลื่อนที่แน่นมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับความถี่ที่สูงขึ้นทำให้กระบวนการผลิตค่อนข้างท้าทาย

 

4. ท่อนำคลื่น Coplanar ที่ต่อสายดิน (GCPW)
ท่อนำคลื่น Coplanar ที่ต่อสายดิน (GCPW) เป็นเทคโนโลยีสายส่งที่มีแนวโน้มอีกอย่างหนึ่งสำหรับวงจรคลื่นมิลลิเมตร . โครงสร้าง GCPW รวมวัสดุอิเล็กทริกและตัวนำทองแดงเพื่อให้ได้การแพร่กระจายสัญญาณต่ำ . GCPW ยังสามารถใช้ในการออกแบบแบบบูรณาการซึ่งจำเป็นต้องใช้วงจรทั้งสองมิลลิเมตรและความถี่ต่ำใน PCB เดียวกัน .}

แต่วงจร GCPW มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการผลิตเช่นการเปลี่ยนแปลงในค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุอิเล็กทริกความหนาของพื้นผิวและความขรุขระพื้นผิวทองแดง . ปัจจัยเหล่านี้อาจทำให้เกิดการบิดเบือนเฟส ความหนา .

 

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในการออกแบบวงจรคลื่นมิลลิเมตร
เนื่องจากแอพพลิเคชั่นวงจรคลื่นมิลลิเมตรเช่นเรดาร์ยานยนต์และเครือข่ายไร้สาย 5G ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องนักออกแบบจะต้องพิจารณาปัจจัยสำคัญหลายประการเมื่อเลือกวัสดุวงจรและเทคโนโลยีสายส่ง:

 

ความคลาดเคลื่อนการผลิต:

วงจรคลื่นมิลลิเมตรมีข้อกำหนดความอดทนสูงมากสำหรับความกว้างของตัวนำความหนาของชั้นอิเล็กทริกและคุณภาพพื้นผิวทองแดง .

ความสมบูรณ์ของสัญญาณ: จำเป็นต้องลดผลกระทบของปัจจัยเช่นการสูญเสียรังสีการบิดเบือนเฟสและการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของวัสดุเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ที่ความถี่สูง .}

การเลือกวัสดุ: การเลือกวัสดุ PCB มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของวงจรคลื่นมิลลิเมตร . วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำเป็นที่ต้องการเพื่อลดการสูญเสียสัญญาณ แต่คุณสมบัติของพวกเขาจะต้องมีเสถียรภาพที่ความถี่สูง .}

 

บทสรุป
การออกแบบวงจรความถี่คลื่นมิลลิเมตรเผชิญกับความท้าทายที่ไม่เหมือนใคร แต่ในขณะเดียวกันก็นำโอกาสมากมายสำหรับการใช้งานที่เกิดขึ้นใหม่เช่นเครือข่าย 5G และระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) . การทำความเข้าใจข้อดีและข้อ จำกัด การออกแบบไมโครเวฟถึงมิลลิเมตร .