2025-07-15
उच्च आवृत्ति इलेक्ट्रॉनिक्स में, जहां संकेत 10 गीगाहर्ट्ज और उससे अधिक गति से दौड़ते हैं, यहां तक कि 1 डीबीएल का नुकसान प्रदर्शन को अक्षम कर सकता है। एक 5 जी बेस स्टेशन कनेक्शन बंद कर सकता है, एक रडार सिस्टम लक्ष्यों को याद कर सकता है,या एक उपग्रह ट्रांसीवर डेटा प्रसारित करने में विफल हो सकता है. सिग्नल हानि यहाँ सिर्फ एक कष्ट नहीं है; यह एक महत्वपूर्ण विफलता बिंदु है. अच्छी खबर? सही सामग्री और डिजाइन विकल्पों के साथ, आप 60% तक सिग्नल हानि को कम कर सकते हैं,सुनिश्चित करें कि आपके उच्च आवृत्ति पीसीबी के रूप में इरादा प्रदर्शनयह कैसे करना है।
उच्च आवृत्ति वाले पीसीबी में सिग्नल हानि क्यों होती है?
उच्च आवृत्ति पीसीबी में सिग्नल हानि (जिसे अक्सर सम्मिलन हानि कहा जाता है) तीन मुख्य दोषियों से उत्पन्न होती है। उन्हें समझना समस्या को ठीक करने का पहला कदम हैः
a.Dielectric Loss: सामग्री के dielectric constant (Dk) और loss tangent (Df) के कारण PCB सब्सट्रेट में गर्मी के रूप में बर्बाद ऊर्जा। उच्च Df = अधिक हानि, विशेष रूप से 28 GHz से ऊपर।
b.Conductor Loss: तांबे के निशान में प्रतिरोध, त्वचा प्रभाव (ट्रेस सतहों पर यात्रा करने वाले उच्च आवृत्ति संकेत) और सतह की खुरदरापन से बिगड़ जाता है।
c. विकिरण हानिः खराब रूटिंग, अपर्याप्त ग्राउंडिंग या अत्यधिक निशान लंबाई के कारण निशान से संकेत ′′लीकिंग′′।
सामग्री विकल्पः कम हानि प्रदर्शन की नींव
आपके पीसीबी सब्सट्रेट सिग्नल हानि के खिलाफ रक्षा की पहली पंक्ति है। यहाँ कैसे शीर्ष सामग्री 60 गीगाहर्ट्ज पर तुलना करते हैं (5 जी और रडार के लिए एक आम मिमीवेव आवृत्ति):
| सामग्री | डीके (60 गीगाहर्ट्ज) | डीएफ (60 गीगाहर्ट्ज) | डायलेक्ट्रिक हानि (dB/इंच) | कंडक्टर हानि (dB/इंच) | कुल हानि (dB/इंच) | के लिए सर्वश्रेष्ठ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| मानक FR-4 | 4.4 | 0.025 | 8.2 | 3.1 | 11.3 | <10 गीगाहर्ट्ज उपभोक्ता उपकरण |
| रोजर्स आरओ4830 | 3.38 | 0.0027 | 1.9 | 2.8 | 4.7 | 24-30 गीगाहर्ट्ज 5जी मध्य बैंड |
| आइसोला टैच्योन 100G | 3.0 | 0.0022 | 1.5 | 2.5 | 4.0 | 50~60 गीगाहर्ट्ज मिमीवेव सिस्टम |
| पीटीएफई (टेफ्लॉन आधारित) | 2.1 | 0.0009 | 0.8 | 2.2 | 3.0 | उपग्रह/माइक्रोवेव (>70 GHz) |
मुख्य टेकअवेः पीटीएफई और रोजर्स सामग्री 60 गीगाहर्ट्ज पर एफआर -4 की तुलना में कुल नुकसान में 65% की कटौती करती है। अधिकांश उच्च आवृत्ति डिजाइनों के लिए, रोजर्स आरओ 4830 प्रदर्शन और लागत को संतुलित करता है।
सिग्नल हानि को कम करने के लिए डिजाइन रणनीति
यहां तक कि सबसे अच्छी सामग्री भी खराब डिजाइन पर काबू नहीं पा सकती। अपने सब्सट्रेट विकल्प का पूरक बनाने के लिए इन तकनीकों का उपयोग करेंः
1. निशान लंबाई को छोटा करें
उच्च आवृत्ति संकेत तेजी से दूरी के साथ बिगड़ जाते हैं। 60 GHz पर प्रत्येक 1 इंच के निशान के लिएः
a.FR-4 ~11 dB (सिग्नल की ताकत का लगभग 90%) खो देता है।
b.PTFE ~3 dB (50% शक्ति) खो देता है।
फिक्सः रूट ट्रैक सीधे, अनावश्यक मोड़ से बचने के लिए।
2प्रतिबाधा को नियंत्रित करें।
प्रतिबाधा असंगतता (जब ट्रेस प्रतिबाधा लक्ष्य से भटक जाती है, उदाहरण के लिए, 50 ओम) प्रतिबिंब हानि का कारण बनती है। संकेत अपने गंतव्य तक पहुंचने के बजाय वापस उछलते हैं।
कैसे ठीक करें:
अपनी सामग्री के लिए निशान चौड़ाई/अंतर की गणना करने के लिए सिमुलेशन उपकरण (जैसे, Ansys SIwave) का उपयोग करें (जैसे, रोजर्स RO4830 पर 50-ओहम के निशानों को 6 मिलीमीटर के अंतर के साथ ~ 7 मिलीमीटर चौड़ाई की आवश्यकता होती है) ।
पीसीबी पैनल में प्रतिबाधा परीक्षण कूपन जोड़ें, उत्पादन के बाद स्थिरता सत्यापित करने के लिए।
3. ग्राउंड प्लेन का अनुकूलन करें
ठोस ग्राउंड प्लेन सिग्नल के लिए एक "दर्पण" के रूप में कार्य करता है, विकिरण हानि को कम करता है और प्रतिबाधा को स्थिर करता है।
सर्वोत्तम अभ्यास:
a.सिग्नल के निशान के ठीक नीचे एक निरंतर ग्राउंड प्लेन का प्रयोग करें (कोई विभाजन या अंतराल नहीं) ।
बहु-परत पीसीबी के लिए, सिग्नल परतों के बगल में ग्राउंड प्लेन रखें (उच्च आवृत्तियों के लिए ≤0.02 इंच अलग) ।
4. विआस और स्टब्स को कम करें
व्यास (स्तरों को जोड़ने वाले छेद) प्रतिबाधा विखंडन पैदा करते हैं, खासकर यदि वे हैंः
a.बहुत बड़ा (50 ओम के डिजाइन के लिए व्यास > 10 मिली) ।
b. अनप्लाटेड या खराब रूप से प्लैटेड।
c. साथ में ′′stubs′′ (संपर्क बिंदु से परे लंबाई के माध्यम से अनुपयोगी) ।
फिक्सः स्टब्स को हटाने के लिए माइक्रोविया (68 मिलीलीटर) का उपयोग करें।
5चिकनी तांबे के निशान
कच्ची तांबे की सतहें 60 गीगाहर्ट्ज पर कंडक्टर हानि को 30% तक बढ़ा देती हैं (त्वचा प्रभाव प्रवर्धन प्रतिरोध के कारण) ।
a.Solution: मानक तांबे (1.5-2.0 μm) के बजाय ¥ कम प्रोफाइल ¥ तांबे (सतह की मोटाई <0.5 μm) निर्दिष्ट करें। Rogers और Isola इस उद्देश्य के लिए पूर्व-लैमिनेट किए गए कम प्रोफाइल तांबे के साथ सब्सट्रेट प्रदान करते हैं।
वास्तविक दुनिया के परिणाम: एक 5जी केस स्टडी
एक दूरसंचार निर्माता ने अपने 28 गीगाहर्ट्ज 5जी मॉड्यूल के लिए FR-4 से Rogers RO4830 पर स्विच किया और उपरोक्त डिजाइन रणनीतियों को लागू किया। परिणाम?
a.सिग्नल हानि 4 इंच के निशान पर 8 डीबी से घटकर 3.2 डीबी हो गई।
b.क्षेत्र परीक्षणों में कनेक्शन विश्वसनीयता में 45% का सुधार हुआ।
c. ताप उत्पादन (डायलेक्ट्रिक हानि से) 28% कम हो गया, जिससे घटक का जीवनकाल बढ़ गया।
निष्कर्ष
उच्च आवृत्ति पीसीबी में सिग्नल हानि को रोकने के लिए एक दो-आयामी दृष्टिकोण की आवश्यकता होती हैः कम डीएफ सामग्री (जैसे रोजर्स या पीटीएफई) का चयन करना और उन्हें सख्त डिजाइन नियंत्रणों (छोटे निशान,प्रतिबाधा मिलान5G, रडार या उपग्रह प्रणालियों के लिए, यह संयोजन वैकल्पिक नहीं है, यह एक उत्पाद के बीच का अंतर है जो काम करता है और एक जो विफल हो जाता है।
सामग्री प्रदर्शन और डिजाइन अनुशासन दोनों को प्राथमिकता देकर, आप यह सुनिश्चित करेंगे कि आपका उच्च आवृत्ति पीसीबी आपके आवेदन की मांगों की गति, सीमा और विश्वसनीयता प्रदान करता है।
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