لوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور RF هي نوع من لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) المصممة لحمل ومعالجة إشارات الترددات الراديوية. هذه الإشارات عالية التردد. وعادةً ما يكون ترددها يساوي أو يزيد عن 300 كيلوهرتز وحتى 300 جيجاهرتز.

تردد الراديو، أو التردد اللاسلكي، هو اسم لمجموعة من الموجات الكهرومغناطيسية. يستخدم الناس هذا الاسم عندما يمكن أن تعمل الموجات للاتصال اللاسلكي. لا يتطابق نطاق تردد التردد اللاسلكي دائمًا في الكتب المختلفة. فبعض الكتب تقول إن التردد اللاسلكي من 30 ميجاهرتز إلى 3 جيجاهرتز. ويقول البعض إنه من 300 ميجاهرتز إلى 40 جيجاهرتز. يمكن أن تتداخل هذه النطاقات مع النطاق المسمى بالموجات الدقيقة. تستخدم بعض الكتب الأخرى طريقة مختلفة لتقسيم الطيف. فيقولون إن الموجات التي يتراوح طول موجتها من 1 ميجا هرتز إلى 1 متر في مجموعة. وهذا يعطي ترددات من 30 هرتز إلى 300 ميجا هرتز. الخط الفاصل بين الترددات اللاسلكية والموجات الدقيقة ليس واضحًا للغاية. يمكن أن يتغير الخط مع تحسن الأجزاء وطرق التصميم.

ثنائي الفينيل متعدد الكلور RF وخصائصه الرئيسية

عندما نقوم بتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لاستخدام الترددات اللاسلكية، يجب أن نفكر في كيفية تصرف خطوط النقل. بالنسبة لسلك أو أثر على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يمكننا نمذجته بطريقتين. إحداهما نموذج العنصر المقطوع. والأخرى هي نموذج المعلمة الموزعة. والقاعدة الشائعة هي إذا كان الطول الهندسي l مقسومًا على الطول الموجي λ يساوي أو أكبر من 0.05، فإننا نستخدم النموذج الموزع. في هذه الملاحظة، تعني وصلة التردد اللاسلكي دائرة يحتاج فيها خط النقل إلى النموذج الموزع. من الناحية العملية، نادرًا ما يكون طول أثر ثنائي الفينيل متعدد الكلور أطول من 50 سم. لذا يمكننا البدء من الإشارات التناظرية عند 30 ميجاهرتز. غالبًا ما تسمى الإشارات التي تزيد عن 3 جيجاهرتز بالموجات الدقيقة. بالنسبة لحدود الإنتاج حيث يمكن أن يكون التباعد بين العناصر 0.5 مم، يضبط الناس أحيانًا التردد الأعلى على 30 جيجاهرتز. ولكن هذا ليس مفيدًا دائمًا.

من هذه النقاط، يمكننا القول إن ثنائي الفينيل متعدد الكلور RF هو ثنائي الفينيل متعدد الكلور للإشارات التناظرية بتردد يتراوح بين 30 ميجاهرتز و6 جيجاهرتز. يجب أن يتبع الاختيار بين النموذج المقطوع أو الموزع الصيغة أعلاه وتردد العمل.

نظرًا لأن ثابت العزل الكهربائي للركيزة عادةً ما يكون مرتفعًا، فإن الموجات تتحرك أبطأ في اللوح مقارنةً بالهواء. وهذا يجعل الطول الموجي أقصر على اللوح. بالنسبة للخطوط المتناهية الصغر والخطوط الأخرى، يجب أن يكون للركيزة فقدان عازل كهربائي منخفض. يجب ألا يتغير ثابت العزل الكهربائي كثيرًا على مدى التردد ودرجة الحرارة المطلوبين. يجب أن تتمتع الركيزة بتوصيل حراري جيد وسطح أملس. يجب أن تلتصق جيدًا بالموصل.

بالنسبة للمعدن الموجود على الأثر نحتاج إلى موصلية عالية. يجب أن يكون للمعدن معامل مقاومة صغير لدرجات الحرارة. يجب أن يلتصق بالركيزة جيدًا. يجب أن يكون سهل اللحام.

مبادئ اختيار مادة لوح الترددات اللاسلكية

دور الركيزة في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تعمل بالموجات الدقيقة

إن ثنائي الفينيل متعدد الكلور بتردد الموجات الدقيقة ليس مجرد دعامة للمكونات. بل هي أيضاً وسيط للمجالات الكهرومغناطيسية للموجات الدقيقة. لذا فإن أفضل خيار لدوائر الترددات اللاسلكية هو ركيزة عالية التردد أو ركيزة من فئة الموجات الدقيقة.

التحكم في معاوقة التتبع

على ثنائي الفينيل متعدد الكلور RF يجب أن تتبع الآثار المطبوعة القواعد العادية مثل السعة الحالية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن نتحكم في المعاوقة المميزة للأثر. يجب أن تكون الآثار متطابقة في المعاوقة. لذا يجب أن تتحكم عملية ثنائي الفينيل متعدد الكلور في معاوقة الأثر. تعتمد المعاوقة المميزة للأثر على مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومعلماته الفيزيائية. لذلك يجب على مصممي ثنائي الفينيل متعدد الكلور معرفة أداء المواد.

المتطلبات المادية للوحات الترددات اللاسلكية

تحتاج لوحات الترددات اللاسلكية عادةً إلى تردد عالٍ وأداء عالٍ. يختار الناس ركيزة ذات ثابت عازل دقيق. يجب أن تكون الركيزة مستقرة وذات خسارة منخفضة. كما يجب أن تعمل المادة مع الإنتاج. على سبيل المثال، يجب أن تتعامل مع لحام إعادة التدفق بدرجة حرارة عالية. غالبًا ما تستخدم شركتنا مواد من FR4 و TACONIC ومواد من ROGERS للمواد الأساسية RF.

خصائص FR-4

fr4 (نسيج زجاجي من الإيبوكسي الإيبوكسي المكسو بالنحاس المثبط للهب) له ثابت عازل كهربائي Er تم اختباره عند 1 جيجاهرتز على أنه Er = 4.3 ± 0.2. تبلغ درجة حرارة الانتقال الزجاجي Tg 135 درجة مئوية. بالنسبة للألواح الشائعة نستخدم نوعين من الألواح. أحدهما مادة اللوح القياسية. هذه منخفضة التكلفة ولها عملية ناضجة. والآخر هو لوح الأشعة فوق البنفسجية، وغالبًا ما يُطلق عليه اللوح الأصفر. يحتوي على قفل للأشعة فوق البنفسجية لحجب الأشعة فوق البنفسجية. نستخدمه للطبقات الخارجية. أداؤها أفضل قليلاً من اللوح القياسي.

مادة تاكونيك

تاكونيك علامة تجارية معروفة. لديها العديد من المواصفات. سعره أعلى من سعر fr4.

مادة روجرز

تتميز مادة ROGERS بدقة عالية لثابت العزل الكهربائي. وهي مستقرة مع درجة الحرارة وذات خسارة منخفضة. نستخدمها للدوائر عالية الطاقة. تشبه عملية صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور وعملية تصنيعها مادة fr4، لذا فإن تكلفة صنعها منخفضة. لكن التصاق رقائق النحاس منخفض.

جدول الركيزة

مشكلات الترددات اللاسلكية في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وحلولها

بشكل عام، بالنسبة للدوائر ذات الترددات الأقل من الميكروويف (وهذا يشمل الترددات المنخفضة والسرعة الرقمية المنخفضة)، فإن التخطيط الدقيق هو المفتاح الأول للنجاح. إذا كنت تعرف القواعد، يمكنك عمل تصميم جيد. بالنسبة للدوائر الرقمية ذات الترددات الدقيقة والسرعة العالية على مستوى ثنائي الفينيل متعدد الكلور، قد تكون هناك حاجة إلى نسختين أو ثلاث نسخ من ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضمان جودة الدائرة. بالنسبة لدوائر الترددات اللاسلكية ذات التردد فوق الميكروويف، ستحتاج إلى المزيد من الإصدارات لتحسين الأداء. لذلك ستواجه العديد من التحديات أثناء تصميم دارات الترددات اللاسلكية.

فيما يلي قائمة بالمشاكل والحلول الشائعة.

المشاكل الشائعة في تصميم دوائر الترددات اللاسلكية

1. التداخل بين الوحدات الرقمية والتناظرية
   عندما تعمل أجزاء الترددات اللاسلكية التناظرية والأجزاء الرقمية بمفردها، يمكن أن يعمل كل منهما بشكل جيد. ولكن عندما يختلطان على نفس اللوحة ويتشاركان الطاقة، قد يصبح النظام بأكمله غير مستقر. تتأرجح الإشارات الرقمية بين الأرضي وVcc بأكثر من 3 فولت، ويمكن أن تكون الفترة قصيرة، في نطاق النانو ثانية. ولأن السعة كبيرة والتبديل سريع، تتضمن الإشارات الرقمية مكونات عالية التردد لا تعتمد على ساعة التبديل. في الجزء التناظري، من حلقة راديو مضبوطة إلى جهاز استقبال، يمكن أن يكون الجهد أقل من 1 ميكروفولت. يمكن أن يكون الفرق بين إشارة التردد اللاسلكي الصغيرة والضوضاء الرقمية أكثر من 120 ديسيبل. إذا لم يتم إبعاد الإشارات الرقمية عن التردد اللاسلكي، فقد تتلف إشارة التردد اللاسلكي الضعيفة. قد يتوقف الراديو عن العمل أو يعمل بشكل سيء.

2. تداخل ضوضاء مزود الطاقة
   دوائر الترددات اللاسلكية حساسة للضوضاء. فهي حساسة للارتفاعات والتوافقيات الأخرى عالية التردد. ستسحب وحدة التحكم الدقيقة فجأة الكثير من التيار في كل دورة ساعة داخلية. تستخدم معظم المتحكمات الدقيقة الحديثة CMOS. إذا كانت المتحكمات الدقيقة تعمل بساعة داخلية بسرعة 1 ميجاهرتز، فسوف تسحب تيارًا بهذا المعدل. إذا لم يكن لدينا فصل جيد للطاقة، فسوف نحصل على ضوضاء جهد على خطوط الطاقة. إذا وصلت طفرات الجهد إلى دبابيس طاقة التردد اللاسلكي، فقد تتعطل كتلة التردد اللاسلكي.

3. تصميم أرضي سيء
   إذا لم تكن الأرضية مصممة بشكل جيد للترددات اللاسلكية، فقد تحدث نتائج غريبة. في التصميم الرقمي، تظل معظم الدوائر تعمل حتى لو لم تكن الأرضية مثالية. لكن في الترددات اللاسلكية، حتى الأسلاك الأرضية القصيرة تعمل مثل المحاثات. على سبيل المثال، 1 nH من الحث يقترب طوله من 1 مم. من ذلك يمكننا تخمين أن أثر ثنائي الفينيل متعدد الكلور بطول 10 مم له مفاعلة حوالي 27 أوم. إذا لم يكن لدينا أرضية جيدة، فستكون العديد من الآثار الأرضية طويلة ولن تحافظ الدائرة على خصائصها المصممة.

4. تداخل إشعاع الهوائي مع الدوائر التناظرية الأخرى
   في تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور، هناك أجزاء تناظرية أخرى. تحتوي العديد من اللوحات على ADCs أو DACs. يمكن أن تصل إشارة تردد لاسلكي قوية من جهاز إرسال إلى مدخل ADC. يمكن أن يعمل أي أثر كهوائي. إذا لم يكن مدخلات ADC لا تتمتع بمعالجة جيدة، يمكن أن يصل التردد اللاسلكي إلى الصمام الثنائي للترددات الكهرومغناطيسية ويتسبب في إزاحة ADC أو أخطاء.

مبادئ تصميم دوائر الترددات اللاسلكية وحلولها

1. تعريف تخطيط الترددات اللاسلكية

عند تصميم تخطيط الترددات اللاسلكية، اتبع هذه القواعد.

1. اجعل مضخمات الطاقة العالية (HPAs) ومضخمات الضوضاء المنخفضة (LNAs) متباعدة قدر الإمكان. ضع أجزاء الإرسال عالية الطاقة بعيدًا عن أجزاء الاستقبال منخفضة الطاقة.

2. في المناطق ذات الترددات العالية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ضع مستوى أرضي كامل واحد على الأقل بالأسفل وتجنب الشقوق فيه. كلما كانت مساحة النحاس أكبر كان ذلك أفضل.

3. الدائرة وفصل الطاقة مهمان بنفس القدر من الأهمية.

4. ضع مخرجات التردد اللاسلكي بعيداً عن مدخلات التردد اللاسلكي.

5. ضع الإشارات التناظرية الحساسة بعيداً عن الإشارات الرقمية والترددات اللاسلكية عالية السرعة.

2. قواعد تصميم التقسيم المادي وقواعد تصميم التقسيم الكهربائي

التقسيم يعني تقسيم اللوحة حسب الوظيفة. يمكنك القيام بالتقسيم المادي والتقسيم الكهربائي. يتعامل التقسيم المادي مع تخطيط الجزء والاتجاه والدروع. يتعامل التقسيم الكهربائي مع توزيع الطاقة وتوجيه الترددات اللاسلكية والأجزاء الحساسة والإشارات والمناطق الأرضية.

a. مبادئ التقسيم المادي

تخطيط الأجزاء هو مفتاح التصميم الجيد للتردد اللاسلكي. الطريقة الجيدة هي وضع الأجزاء على طول مسار التردد اللاسلكي أولاً. ثم حدد اتجاهها. ضع المدخلات بعيداً عن المخرجات. أبعد الأجزاء ذات الطاقة العالية والمنخفضة الطاقة عن بعضها البعض. يساعد ذلك على تقصير مسارات التردد اللاسلكي.

b. مبدأ تصميم تكديس ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يضع التكديس الجيد المستوى الأرضي الرئيسي على الطبقة الموجودة أسفل طبقة التتبع. ضع آثار الترددات اللاسلكية على الطبقة المستوية. اجعل الشقوق على مسارات التردد اللاسلكي صغيرة. هذا يقلل من محاثة المسار ويقلل من وصلات اللحام الباردة على الأرضية الرئيسية. كما ستقل طاقة التردد اللاسلكي إلى طبقات أخرى.

c. أجزاء الترددات اللاسلكية ومبادئ تتبع الترددات اللاسلكية

في مساحة اللوحة، يمكن للدوائر الخطية مثل المضخمات متعددة المراحل فصل مناطق الترددات اللاسلكية. ولكن غالبًا ما تجعل المضخمات المزدوجة والخلاطات ومضخمات IF العديد من إشارات الترددات اللاسلكية وإشارات IF تظهر بالقرب من بعضها البعض. يجب الحرص على خفض هذا الاقتران. قم بتوجيه مسارات التردد اللاسلكي والترددات اللاسلكية بعناية واترك مسافة أرضية بينهما. مسار التردد اللاسلكي الصحيح أمر حيوي لأداء ثنائي الفينيل متعدد الكلور. وهذا هو السبب في أن تخطيط الأجزاء يستغرق معظم الوقت في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور للهاتف.

d. مبدأ التقسيم الكهربائي

معظم الطاقة في دوائر الهاتف تكون منخفضة التيار المستمر، لذا لا تحتاج إلى مسارات عريضة خاصة. لكن بالنسبة للطاقة إلى مضخمات الطاقة العالية، يجب أن تصنع مسارات عريضة للتيار العالي. هذا يحافظ على انخفاض الجهد صغيراً. استخدم العديد من الشقوق لنقل التيار من مستوى إلى آخر لتجنب فقدان التيار.

يعد فصل الطاقة لأجزاء الطاقة أمرًا مهمًا. إذا فشلت في فصل الطاقة عند دبوس مضخم الطاقة العالي، فقد تحدث العديد من المشاكل. يمكن أن تشع ضوضاء الطاقة العالية عبر اللوحة. التأريض لمضخمات الطاقة العالية مهم جداً. غالبًا ما يحتاج المصممون إلى درع معدني يمكن.

e. مبدأ عزل مدخلات/مخرجات الترددات اللاسلكية

من المهم جداً إبقاء خرج التردد اللاسلكي بعيداً عن مدخلات التردد اللاسلكي. ينطبق هذا على المضخمات والمخازن المؤقتة والمرشحات. في أسوأ الحالات، إذا عاد خرج المضخم أو المخزن المؤقت إلى دخله بالطور والسعة المناسبين، يمكن أن يدخل الجزء في تذبذب ذاتي. في الحالة الجيدة، ستكون الدائرة مستقرة في جميع درجات الحرارة والجهود. في الحالة السيئة، ستضيف ضوضاء وتشويشًا وتشويشًا بينيًا إلى إشارة التردد اللاسلكي.

الملخص

وباختصار، تعمل دوائر الترددات اللاسلكية بخطوط المعلمات الموزعة. فهي تظهر تأثير الجلد والاقتران. وهذا يجعلها مختلفة عن دوائر التردد المنخفض ودوائر التيار المستمر. لذا في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور للترددات اللاسلكية يجب التركيز على النقاط المذكورة أعلاه. إذا قمت بذلك، سيكون التصميم فعالاً ودقيقاً.

1. اجعل الآثار قصيرة عندما يكون ذلك ممكناً. تقلل الآثار القصيرة من الفقد والتفاعل غير المرغوب فيه.

2. استخدم الركيزة المناسبة للتردد المطلوب. fr4 مناسب للعديد من الحالات. استخدم روجرز أو PTFE لخسارة منخفضة في التردد العالي.

3. التحكم في مقاومة الآثار. استخدم العرض والتباعد والتكديس الصحيحين. القياس أو الحساب باستخدام الأدوات.

4. أبقِ الأجزاء الرقمية وأجزاء التردد اللاسلكي منفصلة. امنح كل قسم عائد أرضي خاص به. استخدم الفصل عند دبابيس الطاقة القريبة من الجزء.

5. استخدم مستويات أرضية وقنوات صغيرة لعودة التردد اللاسلكي. هذا يقلل من الحث.

6. ضع المرشحات والدروع بالقرب من الأجزاء الحساسة. هذا يقلل من الالتقاط غير المرغوب فيه.

7. اختبار مع النماذج الأولية. يحتاج التردد اللاسلكي عادةً إلى جولات متعددة من التخطيط والضبط. يمكن للتغييرات الصغيرة أن تحدث تأثيرات كبيرة عند التردد العالي.

8. بالنسبة للهوائيات، امنح مساحة خالية وأبعد الآثار المعدنية وغيرها من الآثار. غالبًا ما تحتاج مطابقة الهوائي وضبطه إلى مساحة لوحة واختبار.

9. عندما تصنع آثارًا عالية الطاقة، اجعلها عريضة واستخدم العديد من الفتحات لنقل التيار بين الطبقات.

الصيغ والقواعد الأساسية للتحقق

1. استخدم l/ λ ≥ 0.05 لمعرفة ما إذا كان التتبع يحتاج إلى نموذج موزع. l هو الطول الهندسي. λ هو الطول الموجي العامل في الوسط.

2. لاستشعار الحث السريع، 1 nH يساوي حوالي 1 مم من التتبع. استخدم هذا للتحقق مما إذا كانت الأسس الطويلة تضيف محاثة.

3. للتحكم في المعاوقة، تعرف على التكدس وعرض التتبع وثابت العزل الكهربائي والمسافة إلى المستوى. استخدم محلل المجال أو حاسبة المعاوقة للحصول على قيم دقيقة.