जब हाई फ्रीक्वेंसी/माइक्रोवेव रेडियो फ्रीक्वेंसी सिग्नल को में फीड किया जाता है पीसीबी सर्किट, सर्किट और सर्किट सामग्री के कारण होने वाली हानि अनिवार्य रूप से एक निश्चित मात्रा में गर्मी उत्पन्न करेगी। जितना अधिक नुकसान होगा, पीसीबी सामग्री से गुजरने वाली शक्ति उतनी ही अधिक होगी, और उतनी ही अधिक गर्मी उत्पन्न होगी। जब सर्किट का ऑपरेटिंग तापमान रेटेड मान से अधिक हो जाता है, तो सर्किट कुछ समस्याएं पैदा कर सकता है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ऑपरेटिंग पैरामीटर एमओटी, जिसे पीसीबी में अच्छी तरह से जाना जाता है, अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान है। जब ऑपरेटिंग तापमान एमओटी से अधिक हो जाता है, तो पीसीबी सर्किट के प्रदर्शन और विश्वसनीयता को खतरा होगा। विद्युत चुम्बकीय मॉडलिंग और प्रयोगात्मक माप के संयोजन के माध्यम से, आरएफ माइक्रोवेव पीसीबी की थर्मल विशेषताओं को समझने से उच्च तापमान के कारण सर्किट प्रदर्शन में गिरावट और विश्वसनीयता में गिरावट से बचने में मदद मिल सकती है।

सर्किट सामग्री में सम्मिलन हानि कैसे होती है यह समझना उच्च आवृत्ति पीसीबी सर्किट के थर्मल प्रदर्शन से संबंधित महत्वपूर्ण कारकों का बेहतर वर्णन करने में मदद करता है। यह आलेख माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट को सर्किट के थर्मल प्रदर्शन से संबंधित ट्रेड-ऑफ पर चर्चा करने के लिए एक उदाहरण के रूप में लेगा। एक दो तरफा पीसीबी संरचना के साथ एक माइक्रोस्ट्रिप सर्किट में, नुकसान में ढांकता हुआ नुकसान, कंडक्टर की हानि, विकिरण हानि, और रिसाव हानि शामिल है। विभिन्न नुकसान घटकों के बीच का अंतर बड़ा है। कुछ अपवादों के साथ, उच्च आवृत्ति पीसीबी सर्किट का रिसाव नुकसान आम तौर पर बहुत कम होता है। इस लेख में, चूंकि रिसाव हानि मूल्य बहुत कम है, इसलिए इसे कुछ समय के लिए अनदेखा कर दिया जाएगा।

विकिरण हानि

विकिरण हानि कई सर्किट मापदंडों पर निर्भर करती है जैसे ऑपरेटिंग आवृत्ति, सर्किट सब्सट्रेट मोटाई, पीसीबी ढांकता हुआ स्थिरांक (सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक या εr) और डिजाइन योजना। जहां तक ​​​​डिजाइन योजनाओं का संबंध है, विकिरण हानि अक्सर सर्किट में खराब प्रतिबाधा परिवर्तन या सर्किट में विद्युत चुम्बकीय तरंग संचरण में अंतर से उत्पन्न होती है। सर्किट प्रतिबाधा परिवर्तन क्षेत्र में आमतौर पर सिग्नल फीड-इन क्षेत्र, चरण प्रतिबाधा बिंदु, स्टब और मिलान नेटवर्क शामिल होते हैं। उचित सर्किट डिजाइन चिकनी प्रतिबाधा परिवर्तन का एहसास कर सकता है, जिससे सर्किट के विकिरण नुकसान को कम किया जा सकता है। बेशक, यह महसूस किया जाना चाहिए कि सर्किट के किसी भी इंटरफेस पर विकिरण हानि के कारण प्रतिबाधा बेमेल होने की संभावना है। ऑपरेटिंग आवृत्ति के दृष्टिकोण से, आमतौर पर आवृत्ति जितनी अधिक होती है, सर्किट का विकिरण नुकसान उतना ही अधिक होता है।

विकिरण हानि से संबंधित सर्किट सामग्री के पैरामीटर मुख्य रूप से ढांकता हुआ स्थिरांक और पीसीबी सामग्री मोटाई हैं। सर्किट सब्सट्रेट जितना मोटा होगा, विकिरण हानि होने की संभावना उतनी ही अधिक होगी; पीसीबी सामग्री का r जितना कम होगा, सर्किट का विकिरण नुकसान उतना ही अधिक होगा। व्यापक रूप से वजन सामग्री विशेषताओं, पतली सर्किट सबस्ट्रेट्स का उपयोग कम εr सर्किट सामग्री के कारण विकिरण हानि को ऑफसेट करने के तरीके के रूप में उपयोग किया जा सकता है। सर्किट सब्सट्रेट की मोटाई और सर्किट विकिरण हानि पर r का प्रभाव इसलिए है क्योंकि यह एक आवृत्ति-निर्भर कार्य है। जब सर्किट सब्सट्रेट की मोटाई 20mil से अधिक नहीं होती है और ऑपरेटिंग आवृत्ति 20GHz से कम होती है, तो सर्किट का विकिरण नुकसान बहुत कम होता है। चूंकि इस आलेख में अधिकांश सर्किट मॉडलिंग और माप आवृत्तियां 20GHz से कम हैं, इसलिए इस आलेख में चर्चा सर्किट हीटिंग पर विकिरण हानि के प्रभाव को अनदेखा कर देगी।

20GHz से नीचे विकिरण हानि को अनदेखा करने के बाद, माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट के सम्मिलन हानि में मुख्य रूप से दो भाग शामिल हैं: ढांकता हुआ नुकसान और कंडक्टर हानि। दोनों का अनुपात मुख्य रूप से सर्किट सब्सट्रेट की मोटाई पर निर्भर करता है। पतले सबस्ट्रेट्स के लिए, कंडक्टर का नुकसान मुख्य घटक है। कई कारणों से, कंडक्टर के नुकसान की सटीक भविष्यवाणी करना आम तौर पर मुश्किल होता है। उदाहरण के लिए, एक कंडक्टर की सतह खुरदरापन विद्युत चुम्बकीय तरंगों की संचरण विशेषताओं पर बहुत बड़ा प्रभाव डालती है। तांबे की पन्नी की सतह खुरदरापन न केवल माइक्रोस्ट्रिप सर्किट के विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार स्थिरांक को बदलेगी, बल्कि सर्किट के कंडक्टर के नुकसान को भी बढ़ाएगी। त्वचा के प्रभाव के कारण, कंडक्टर के नुकसान पर तांबे की पन्नी खुरदरापन का प्रभाव भी आवृत्ति पर निर्भर होता है। चित्रा 1 विभिन्न पीसीबी मोटाई के आधार पर 50 ओम माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट के सम्मिलन हानि की तुलना करता है, जो क्रमशः 6.6 मिलियन और 10 मिलियन हैं।

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चित्रा 1. विभिन्न मोटाई की पीसीबी सामग्री के आधार पर 50 ओम माइक्रोस्ट्रिप ट्रांसमिशन लाइन सर्किट की तुलना

मापा और नकली परिणाम

चित्रा 1 में वक्र में मापा परिणाम और सिमुलेशन परिणाम शामिल हैं। सिमुलेशन परिणाम रोजर्स कॉर्पोरेशन के MWI-2010 माइक्रोवेव प्रतिबाधा गणना सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्राप्त किए जाते हैं। MWI-2010 सॉफ्टवेयर माइक्रोस्ट्रिप लाइन मॉडलिंग के क्षेत्र में क्लासिक पेपर में विश्लेषणात्मक समीकरणों को उद्धृत करता है। चित्रा 1 में परीक्षण डेटा एक वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक की अंतर लंबाई माप विधि द्वारा प्राप्त किया जाता है। यह चित्र 1 से देखा जा सकता है कि कुल हानि वक्र के सिमुलेशन परिणाम मूल रूप से मापा परिणामों के अनुरूप हैं। यह आंकड़ा से देखा जा सकता है कि पतले सर्किट का कंडक्टर नुकसान (बाईं ओर वक्र 6.6 मिलियन की मोटाई से मेल खाता है) कुल सम्मिलन हानि का मुख्य घटक है। जैसे-जैसे सर्किट की मोटाई बढ़ती है (दाईं ओर वक्र के अनुरूप मोटाई 10mil है), ढांकता हुआ नुकसान और कंडक्टर का नुकसान करीब आता है, और दोनों मिलकर कुल सम्मिलन हानि का गठन करते हैं।

चित्रा 1 में सिमुलेशन मॉडल और वास्तविक सर्किट में उपयोग किए जाने वाले सर्किट सामग्री पैरामीटर हैं: ढांकता हुआ निरंतर 3.66, हानि कारक 0.0037, और तांबा कंडक्टर सतह खुरदरापन 2.8 उम आरएमएस। जब एक ही सर्किट सामग्री के तहत तांबे की पन्नी की सतह खुरदरापन कम हो जाती है, तो चित्रा 6.6 में 10 मिलियन और 1 मिलिट्री सर्किट का कंडक्टर नुकसान काफी कम हो जाएगा; हालांकि, 20 मिलिट्री सर्किट के लिए प्रभाव स्पष्ट नहीं है। चित्रा 2 अलग खुरदरापन के साथ दो सर्किट सामग्री के परीक्षण के परिणाम दिखाता है, अर्थात् उच्च खुरदरापन के साथ रोजर्स आरओ4350बी™ मानक सर्किट सामग्री और कम खुरदरापन के साथ रोजर्स आरओ4350बी लोप्रो™ सर्किट सामग्री।

चित्रा 2 माइक्रोस्ट्रिप सर्किट को संसाधित करने के लिए एक चिकनी तांबे की पन्नी सतह सब्सट्रेट का उपयोग करने के फायदे दिखाता है। पतले सबस्ट्रेट्स के लिए, चिकनी तांबे की पन्नी का उपयोग सम्मिलन हानि को काफी कम कर सकता है। 6.6mil सब्सट्रेट के लिए, चिकनी तांबे की पन्नी के उपयोग के कारण सम्मिलन हानि 0.3GHz पर 20 dB कम हो जाती है; 10mil सब्सट्रेट को 0.22GHz पर 20 dB कम किया जाता है; और 20mil सब्सट्रेट, सम्मिलन हानि केवल 0.11 dB से कम हो जाती है।

जैसा कि चित्र 1 और चित्र 2 में दिखाया गया है, सर्किट सब्सट्रेट जितना पतला होगा, सर्किट का सम्मिलन नुकसान उतना ही अधिक होगा। इसका मतलब यह है कि जब सर्किट को एक निश्चित मात्रा में आरएफ माइक्रोवेव पावर के साथ खिलाया जाता है, तो सर्किट जितना पतला होगा, उतनी ही अधिक गर्मी उत्पन्न होगी। जब सर्किट हीटिंग के मुद्दे को व्यापक रूप से तौला जाता है, तो एक तरफ, एक पतला सर्किट उच्च शक्ति स्तरों पर एक मोटे सर्किट की तुलना में अधिक गर्मी उत्पन्न करता है, लेकिन दूसरी ओर, एक पतला सर्किट हीट सिंक के माध्यम से अधिक प्रभावी गर्मी प्रवाह प्राप्त कर सकता है। तापमान अपेक्षाकृत कम रखें।

सर्किट की हीटिंग समस्या को हल करने के लिए, आदर्श पतले सर्किट में निम्नलिखित विशेषताएं होनी चाहिए: सर्किट सामग्री का कम नुकसान कारक, चिकनी तांबे की पतली सतह, कम εr और उच्च तापीय चालकता। उच्च r की सर्किट सामग्री की तुलना में, कम r की स्थिति के तहत प्राप्त समान प्रतिबाधा की कंडक्टर चौड़ाई बड़ी हो सकती है, जो सर्किट के कंडक्टर नुकसान को कम करने के लिए फायदेमंद है। सर्किट गर्मी अपव्यय के परिप्रेक्ष्य से, हालांकि अधिकांश उच्च आवृत्ति पीसीबी सर्किट सबस्ट्रेट्स में कंडक्टर के सापेक्ष बहुत खराब थर्मल चालकता होती है, सर्किट सामग्री की थर्मल चालकता अभी भी एक बहुत ही महत्वपूर्ण पैरामीटर है।

सर्किट सबस्ट्रेट्स की तापीय चालकता के बारे में बहुत सारी चर्चाएँ पहले के लेखों में विस्तृत की गई हैं, और यह लेख पहले के लेखों के कुछ परिणामों और सूचनाओं को उद्धृत करेगा। उदाहरण के लिए, निम्न समीकरण और चित्र 3 पीसीबी सर्किट सामग्री के थर्मल प्रदर्शन से संबंधित कारकों को समझने में सहायक होते हैं। समीकरण में, k तापीय चालकता (W/m/K) है, A क्षेत्र है, TH ऊष्मा स्रोत का तापमान है, TC ठंडे स्रोत का तापमान है, और L ऊष्मा स्रोत और के बीच की दूरी है। ठंडा स्रोत।