අධි සංඛ්‍යාත/ක්ෂුද්‍ර තරංග රේඩියෝ සංඛ්‍යාත සංඥාව වෙතට ලබා දෙන විට PCB පරිපථය, පරිපථය විසින්ම සිදුවන පාඩුව සහ පරිපථ ද්රව්ය අනිවාර්යයෙන්ම යම් තාප ප්රමාණයක් ජනනය කරනු ඇත. පාඩුව වැඩි වන තරමට, PCB ද්‍රව්‍ය හරහා ගමන් කරන බලය වැඩි වන අතර ජනනය වන තාපය වැඩි වේ. පරිපථයේ ක්රියාකාරී උෂ්ණත්වය ශ්රේණිගත අගය ඉක්මවා ගිය විට, පරිපථය සමහර ගැටළු ඇති විය හැක. උදාහරණයක් ලෙස, PCB වල හොඳින් දන්නා සාමාන්ය ක්රියාකාරී පරාමිතිය MOT, උපරිම ක්රියාකාරී උෂ්ණත්වය වේ. මෙහෙයුම් උෂ්ණත්වය MOT ඉක්මවන විට, PCB පරිපථයේ කාර්ය සාධනය සහ විශ්වසනීයත්වය තර්ජනයට ලක් වනු ඇත. විද්‍යුත් චුම්භක ආකෘතිකරණය සහ පර්යේෂණාත්මක මිනුම්වල සංකලනය හරහා, RF මයික්‍රෝවේව් PCB වල තාප ලක්ෂණ අවබෝධ කර ගැනීම මගින් පරිපථ ක්‍රියාකාරීත්වය පිරිහීම සහ අධික උෂ්ණත්වය නිසා ඇති වන විශ්වසනීයත්වය පිරිහීම වළක්වා ගත හැකිය.

අධි-සංඛ්‍යාත PCB පරිපථවල තාප ක්‍රියාකාරිත්වයට අදාළ වැදගත් සාධක වඩාත් හොඳින් විස්තර කිරීමට පරිපථ ද්‍රව්‍යවල ඇතුළත් කිරීම් අලාභය සිදුවන ආකාරය අවබෝධ කර ගැනීමට උපකාරී වේ. මෙම ලිපිය මඟින් පරිපථයේ තාප ක්‍රියාකාරිත්වයට අදාළ වෙළඳාම් සාකච්ඡා කිරීම සඳහා මයික්‍රොස්ට්‍රිප් සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග පරිපථය උදාහරණයක් ලෙස ගනු ඇත. ද්වි-පාර්ශ්වික PCB ව්‍යුහයක් සහිත මයික්‍රොස්ට්‍රිප් පරිපථයක, පාඩු වලට පාර විද්‍යුත් අලාභය, සන්නායක අලාභය, විකිරණ අලාභය සහ කාන්දු පාඩු ඇතුළත් වේ. විවිධ අලාභ සංරචක අතර වෙනස විශාල වේ. ව්‍යතිරේක කිහිපයක් සමඟින්, අධි-සංඛ්‍යාත PCB පරිපථවල කාන්දු පාඩුව සාමාන්‍යයෙන් ඉතා අඩුය. මෙම ලිපියේ, කාන්දු පාඩු අගය ඉතා අඩු බැවින්, එය දැනට නොසලකා හරිනු ඇත.

විකිරණ නැතිවීම

විකිරණ අලාභය මෙහෙයුම් සංඛ්යාතය, පරිපථ උපස්ථර ඝණකම, PCB පාර විද්යුත් නියත (සාපේක්ෂ පාර විද්යුත් නියත හෝ εr) සහ සැලසුම් සැලැස්ම වැනි බොහෝ පරිපථ පරාමිතීන් මත රඳා පවතී. සැලසුම් යෝජනා ක්‍රම සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, විකිරණ අලාභය බොහෝ විට පැන නගින්නේ පරිපථයේ දුර්වල සම්බාධන පරිවර්තනය හෝ පරිපථයේ විද්‍යුත් චුම්භක තරංග සම්ප්‍රේෂණයේ වෙනස්කම් මගිනි. පරිපථ සම්බාධන පරිවර්තන ප්‍රදේශයට සාමාන්‍යයෙන් සංඥා සංග්‍රහ ප්‍රදේශය, පියවර සම්බාධක ලක්ෂ්‍යය, ස්ටුබ් සහ ගැළපෙන ජාලය ඇතුළත් වේ. සාධාරණ පරිපථ සැලසුම මඟින් සුමට සම්බාධනය පරිවර්තනයක් සිදු කළ හැකි අතර එමඟින් පරිපථයේ විකිරණ අලාභය අඩු කරයි. ඇත්ත වශයෙන්ම, පරිපථයේ ඕනෑම අතුරු මුහුණතකදී විකිරණ අලාභයට තුඩු දෙන සම්බාධනය නොගැලපීම පිළිබඳ සම්භාවිතාව ඇති බව වටහා ගත යුතුය. ක්රියාකාරී සංඛ්යාතයේ දෘෂ්ටි කෝණයෙන්, සාමාන්යයෙන් සංඛ්යාතය වැඩි වන අතර, පරිපථයේ විකිරණ අලාභය වැඩි වේ.

විකිරණ අලාභය සම්බන්ධ පරිපථ ද්රව්යවල පරාමිතීන් ප්රධාන වශයෙන් පාර විද්යුත් නියතය සහ PCB ද්රව්ය ඝණකම වේ. පරිපථ උපස්ථරය ඝනකම, විකිරණ අලාභය ඇති කිරීමේ හැකියාව වැඩි වේ; PCB ද්‍රව්‍යයේ εr අඩු වන තරමට පරිපථයේ විකිරණ අලාභය වැඩි වේ. ද්‍රව්‍යමය ලක්ෂණ සවිස්තරාත්මකව කිරා මැන බැලීම, තුනී පරිපථ උපස්ථර භාවිතය අඩු εr පරිපථ ද්‍රව්‍ය නිසා ඇති වන විකිරණ අලාභය පියවා ගැනීමේ මාර්ගයක් ලෙස භාවිතා කළ හැකිය. පරිපථ විකිරණ අලාභය මත පරිපථ උපස්ථර ඝණකම සහ εr වල බලපෑම එය සංඛ්යාතය මත රඳා පවතින ශ්රිතයක් නිසාය. පරිපථ උපස්ථරයේ ඝණකම 20mil නොඉක්මවන විට සහ ක්රියාකාරී සංඛ්යාතය 20GHz ට වඩා අඩු නම්, පරිපථයේ විකිරණ අලාභය ඉතා අඩු වේ. මෙම ලිපියේ බොහෝ පරිපථ ආකෘති නිර්මාණය සහ මිනුම් සංඛ්‍යාත 20GHz ට වඩා අඩු බැවින්, මෙම ලිපියේ සාකච්ඡාව පරිපථ උණුසුම මත විකිරණ අලාභයේ බලපෑම නොසලකා හරිනු ඇත.

20GHz ට අඩු විකිරණ අලාභය නොසලකා හැරීමෙන් පසුව, මයික්‍රොස්ට්‍රිප් සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග පරිපථයක ඇතුළත් කිරීමේ පාඩුව ප්‍රධාන වශයෙන් කොටස් දෙකක් ඇතුළත් වේ: පාර විද්‍යුත් අලාභය සහ සන්නායක අලාභය. දෙකේ අනුපාතය ප්රධාන වශයෙන් පරිපථ උපස්ථරයේ ඝණකම මත රඳා පවතී. තුනී උපස්ථර සඳහා, සන්නායක අලාභය ප්රධාන සංරචක වේ. බොහෝ හේතු නිසා, සන්නායක අලාභය නිවැරදිව පුරෝකථනය කිරීම සාමාන්යයෙන් අපහසු වේ. නිදසුනක් ලෙස, සන්නායකයක මතුපිට රළුබව විද්යුත් චුම්භක තරංගවල සම්ප්රේෂණ ලක්ෂණ කෙරෙහි විශාල බලපෑමක් ඇත. තඹ තීරුවල මතුපිට රළුබව මයික්‍රොස්ට්‍රිප් පරිපථයේ විද්‍යුත් චුම්භක තරංග ප්‍රචාරණ නියතය වෙනස් කරනවා පමණක් නොව, පරිපථයේ සන්නායක පාඩුව වැඩි කරයි. සමේ බලපෑම හේතුවෙන්, සන්නායක අලාභය මත තඹ තීරු රළුබවෙහි බලපෑම ද සංඛ්යාතය මත රඳා පවතී. රූප සටහන 1 මගින් පිළිවෙළින් 50 mils සහ 6.6 mils වන විවිධ PCB ඝණකම මත පදනම්ව 10 ohm microstrip සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග පරිපථවල ඇතුළත් කිරීමේ පාඩුව සංසන්දනය කරයි.

25

රූපය 1. විවිධ ඝනකම ඇති PCB ද්‍රව්‍ය මත පදනම් වූ ඕම් 50 ක්ෂුද්‍ර තීරු සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග පරිපථ සංසන්දනය කිරීම

මනින ලද සහ අනුකරණය කරන ලද ප්රතිඵල

රූප සටහන 1 හි වක්‍රයේ මනින ලද ප්‍රතිඵල සහ සමාකරණ ප්‍රතිඵල අඩංගු වේ. රොජර්ස් කෝපරේෂන් හි MWI-2010 මයික්‍රෝවේව් සම්බාධනය ගණනය කිරීමේ මෘදුකාංගය භාවිතයෙන් අනුකරණ ප්‍රතිඵල ලබා ගනී. MWI-2010 මෘදුකාංගය මයික්‍රොස්ට්‍රිප් රේඛා ආකෘති නිර්මාණ ක්ෂේත්‍රයේ සම්භාව්‍ය පත්‍රිකාවල විශ්ලේෂණාත්මක සමීකරණ උපුටා දක්වයි. දෛශික ජාල විශ්ලේෂකයක අවකල දිග මැනීමේ ක්‍රමය මගින් රූප සටහන 1 හි පරීක්ෂණ දත්ත ලබා ගනී. සම්පූර්ණ අලාභ වක්‍රයේ සමාකරණ ප්‍රතිඵල මනින ලද ප්‍රතිඵල සමඟ මූලික වශයෙන් අනුරූප වන බව Fig. 1 වෙතින් දැකිය හැක. සිහින් පරිපථයේ සන්නායක අලාභය (වම් පැත්තේ වක්රය මිලි මීටර් 6.6 ක ඝනකමකට අනුරූප වේ) සම්පූර්ණ ඇතුළත් කිරීමේ පාඩුවේ ප්රධාන අංගය බව රූපයෙන් දැකිය හැකිය. පරිපථ ඝනකම වැඩි වන විට (දකුණු පස ඇති වක්‍රයට අනුරූප ඝණකම මිලිලීටර් 10කි), පාර විද්‍යුත් අලාභය සහ සන්නායක අලාභය ළඟා වීමට නැඹුරු වන අතර, දෙක එක්ව සම්පූර්ණ ඇතුළු කිරීමේ පාඩුව සාදයි.

රූප සටහන 1 හි සමාකරණ ආකෘතිය සහ සත්‍ය පරිපථයේ භාවිතා වන පරිපථ ද්‍රව්‍ය පරාමිතීන් වන්නේ: පාර විද්‍යුත් නියතය 3.66, පාඩු සාධකය 0.0037, සහ තඹ සන්නායක මතුපිට රළුබව 2.8 um RMS. එකම පරිපථ ද්රව්ය යටතේ තඹ තීරු මතුපිට රළුබව අඩු වන විට, රූප සටහන 6.6 හි 10 mil සහ 1 mil පරිපථවල සන්නායක පාඩුව සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරනු ඇත; කෙසේ වෙතත්, 20 mil පරිපථය සඳහා බලපෑම පැහැදිලි නැත. රූප සටහන 2 මඟින් විවිධ රළු බව සහිත පරිපථ ද්‍රව්‍ය දෙකක පරීක්ෂණ ප්‍රතිඵල පෙන්වයි, එනම් Rogers RO4350B™ ඉහළ රළුබවක් සහිත සම්මත පරිපථ ද්‍රව්‍ය සහ Rogers RO4350B LoPro™ පරිපථ ද්‍රව්‍ය අඩු රළු බව.

මයික්‍රොස්ට්‍රිප් පරිපථ සැකසීම සඳහා සුමට තඹ තීරු මතුපිට උපස්ථරයක් භාවිතා කිරීමේ වාසි රූප සටහන 2 පෙන්වා දෙයි. තුනී උපස්ථර සඳහා, සිනිඳු තඹ තීරු භාවිතා කිරීම ඇතුළත් කිරීමේ පාඩුව සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කළ හැකිය. 6.6mil උපස්ථරය සඳහා, සිනිඳු තඹ තීරු භාවිතය හේතුවෙන් 0.3GHz දී ඇතුළු කිරීමේ පාඩුව 20 dB කින් අඩු වේ; 10GHz දී 0.22mil උපස්ථරය 20 dB කින් අඩු වේ; සහ 20mil උපස්ථරය, ඇතුළු කිරීමේ පාඩුව 0.11 dB කින් පමණක් අඩු වේ.

රූප සටහන 1 සහ රූප සටහන 2 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, පරිපථ උපස්ථරය තුනී වන අතර, පරිපථයේ ඇතුල් කිරීමේ පාඩුව වැඩි වේ. මෙයින් අදහස් කරන්නේ පරිපථය නිශ්චිත RF මයික්‍රෝවේව් බලයකින් පෝෂණය කළ විට, තුනී පරිපථය වැඩි තාපයක් ජනනය කරන බවයි. පරිපථ උණුසුම පිළිබඳ ගැටළුව සවිස්තරාත්මකව කිරා බැලීමේදී, එක් අතකින්, තුනී පරිපථයක් ඉහළ බල මට්ටම්වල ඝන පරිපථයකට වඩා වැඩි තාපයක් ජනනය කරයි, නමුත් අනෙක් අතට, තුනී පරිපථයකට තාප සින්ක් හරහා වඩාත් ඵලදායී තාප ප්රවාහයක් ලබා ගත හැකිය. උෂ්ණත්වය සාපේක්ෂව අඩු මට්ටමක තබා ගන්න.

පරිපථයේ තාපන ගැටළුව විසඳීම සඳහා, පරිපූර්ණ තුනී පරිපථයට පහත ලක්ෂණ තිබිය යුතුය: පරිපථ ද්රව්යයේ අඩු පාඩු සාධකය, සිනිඳු තඹ තුනී මතුපිට, අඩු εr සහ ඉහළ තාප සන්නායකතාව. ඉහළ εr හි පරිපථ ද්‍රව්‍ය සමඟ සසඳන විට, අඩු εr තත්ත්වය යටතේ ලබා ගත් එම සම්බාධනයේ සන්නායක පළල විශාල විය හැකි අතර, එය පරිපථයේ සන්නායක අලාභය අඩු කිරීමට ප්‍රයෝජනවත් වේ. පරිපථ තාපය විසුරුවා හැරීමේ දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, බොහෝ අධි-සංඛ්‍යාත PCB පරිපථ උපස්ථරවල සන්නායකවලට සාපේක්ෂව ඉතා දුර්වල තාප සන්නායකතාවක් තිබුණද, පරිපථ ද්‍රව්‍යවල තාප සන්නායකතාවය තවමත් ඉතා වැදගත් පරාමිතියකි.

පරිපථ උපස්ථරවල තාප සන්නායකතාවය පිළිබඳ බොහෝ සාකච්ඡා කලින් ලිපිවල විස්තාරනය කර ඇති අතර, මෙම ලිපියේ ප්‍රතිඵල සහ පෙර ලිපිවල තොරතුරු කිහිපයක් උපුටා දක්වනු ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, PCB පරිපථ ද්‍රව්‍යවල තාප ක්‍රියාකාරිත්වයට අදාළ සාධක තේරුම් ගැනීමට පහත සමීකරණය සහ රූප සටහන 3 උපකාරී වේ. සමීකරණයේ දී, k යනු තාප සන්නායකතාවය (W/m/K), A යනු ප්රදේශය, TH යනු තාප ප්රභවයේ උෂ්ණත්වය, TC යනු සීතල ප්රභවයේ උෂ්ණත්වය සහ L යනු තාප ප්රභවය අතර දුර සහ සීතල මූලාශ්රය.