پی سی بی کا انتخاب اور مائکروویو سے ملی میٹر ویو بینڈ ڈیزائن میں منتقلی پر غور

آٹوموٹو ریڈار کے استعمال میں سگنل فریکوئنسی 30 اور 300 GHz کے درمیان مختلف ہوتی ہے، یہاں تک کہ 24 GHz تک کم ہے۔مختلف سرکٹ فنکشنز کی مدد سے، یہ سگنلز مختلف ٹرانسمیشن لائن ٹیکنالوجیز جیسے مائیکرو اسٹریپ لائنز، سٹرپ لائنز، سبسٹریٹ انٹیگریٹڈ ویو گائیڈ (SIW) اور گراؤنڈڈ کوپلنر ویو گائیڈ (GCPW) کے ذریعے منتقل ہوتے ہیں۔یہ ٹرانسمیشن لائن ٹیکنالوجیز (تصویر 1) عام طور پر مائیکرو ویو فریکوئنسیوں پر اور بعض اوقات ملی میٹر لہر کی تعدد پر استعمال ہوتی ہیں۔اس اعلی تعدد کی حالت کے لیے خاص طور پر استعمال ہونے والے سرکٹ لیمینیٹ مواد کی ضرورت ہے۔مائیکرو اسٹریپ لائن، سب سے آسان اور عام طور پر استعمال ہونے والی ٹرانسمیشن لائن سرکٹ ٹیکنالوجی کے طور پر، روایتی سرکٹ پروسیسنگ ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے اعلی سرکٹ کی اہلیت کی شرح حاصل کر سکتی ہے۔لیکن جب فریکوئنسی کو ملی میٹر لہر فریکوئنسی تک بڑھایا جاتا ہے، تو یہ سرکٹ ٹرانسمیشن لائن بہترین نہیں ہوسکتی ہے۔ہر ٹرانسمیشن لائن کے اپنے فوائد اور نقصانات ہیں۔مثال کے طور پر، اگرچہ مائیکرو اسٹریپ لائن پر کارروائی کرنا آسان ہے، لیکن اسے ملی میٹر لہر فریکوئنسی پر استعمال ہونے پر زیادہ تابکاری کے نقصان کا مسئلہ حل کرنا چاہیے۔

شکل 1 ملی میٹر لہر کی فریکوئنسی میں منتقلی کے وقت، مائکروویو سرکٹ ڈیزائنرز کو مائکروویو فریکوئنسی پر کم از کم چار ٹرانسمیشن لائن ٹیکنالوجیز کے انتخاب کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔

اگرچہ مائیکرو اسٹریپ لائن کا کھلا ڈھانچہ فزیکل کنکشن کے لیے آسان ہے، لیکن اس سے زیادہ فریکوئنسی پر کچھ مسائل بھی پیدا ہوں گے۔مائیکرو اسٹریپ ٹرانسمیشن لائن میں، برقی مقناطیسی (EM) لہریں سرکٹ میٹریل کے کنڈکٹر اور ڈائی الیکٹرک سبسٹریٹ کے ذریعے پھیلتی ہیں، لیکن کچھ برقی مقناطیسی لہریں ارد گرد کی ہوا کے ذریعے پھیلتی ہیں۔ہوا کی کم Dk قدر کی وجہ سے، سرکٹ کی موثر Dk قدر سرکٹ کے مواد سے کم ہے، جس پر سرکٹ سمولیشن میں غور کرنا ضروری ہے۔کم Dk کے مقابلے میں، اعلی Dk مواد سے بنے سرکٹس برقی مقناطیسی لہروں کی ترسیل میں رکاوٹ بنتے ہیں اور پھیلاؤ کی شرح کو کم کرتے ہیں۔لہذا، کم ڈی کے سرکٹ مواد عام طور پر ملی میٹر لہر سرکٹس میں استعمال ہوتے ہیں.

چونکہ ہوا میں برقی مقناطیسی توانائی کی ایک خاص حد ہوتی ہے، اس لیے مائکرو اسٹریپ لائن سرکٹ ایک اینٹینا کی طرح ہوا میں باہر کی طرف پھیلے گا۔اس سے مائیکرو اسٹریپ لائن سرکٹ کو غیر ضروری تابکاری کا نقصان ہوگا، اور فریکوئنسی میں اضافے کے ساتھ نقصان میں اضافہ ہوگا، جو سرکٹ ڈیزائنرز کے لیے چیلنجز بھی لاتا ہے جو سرکٹ ریڈی ایشن کے نقصان کو محدود کرنے کے لیے مائیکرو اسٹریپ لائن کا مطالعہ کرتے ہیں۔تابکاری کے نقصان کو کم کرنے کے لیے، مائیکرو سٹریپ لائنوں کو سرکٹ میٹریل کے ساتھ زیادہ Dk قدروں کے ساتھ گھڑا جا سکتا ہے۔تاہم، Dk کا اضافہ برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کی شرح (ہوا کے نسبت) کو سست کر دے گا، جس کی وجہ سے سگنل فیز شفٹ ہو گا۔دوسرا طریقہ یہ ہے کہ مائیکرو اسٹریپ لائنوں پر کارروائی کرنے کے لیے پتلی سرکٹ مواد کا استعمال کرکے تابکاری کے نقصان کو کم کیا جائے۔تاہم، موٹے سرکٹ مواد کے مقابلے میں، پتلی سرکٹ مواد تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری کے اثر و رسوخ کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں، جو کہ ایک خاص سگنل فیز شفٹ کا سبب بھی بنے گا۔

اگرچہ مائیکرو اسٹریپ لائن سرکٹ کی ترتیب آسان ہے، لیکن ملی میٹر ویو بینڈ میں مائیکرو اسٹریپ لائن سرکٹ کو درست رواداری کنٹرول کی ضرورت ہے۔مثال کے طور پر، کنڈکٹر کی چوڑائی کو سختی سے کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے، اور فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، برداشت اتنی ہی سخت ہوگی۔لہذا، ملی میٹر لہر فریکوئنسی بینڈ میں مائکرو اسٹریپ لائن پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی تبدیلی کے ساتھ ساتھ مواد میں ڈائی الیکٹرک مواد اور تانبے کی موٹائی کے لیے بہت حساس ہے، اور مطلوبہ سرکٹ سائز کے لیے رواداری کے تقاضے بہت سخت ہیں۔

سٹرپ لائن ایک قابل اعتماد سرکٹ ٹرانسمیشن لائن ٹیکنالوجی ہے، جو ملی میٹر لہر کی فریکوئنسی میں اچھا کردار ادا کر سکتی ہے۔تاہم، مائیکرو سٹریپ لائن کے مقابلے میں، سٹرپ لائن کنڈکٹر میڈیم سے گھرا ہوا ہے، اس لیے سگنل ٹرانسمیشن کے لیے کنیکٹر یا دیگر ان پٹ/آؤٹ پٹ پورٹس کو سٹرپ لائن سے جوڑنا آسان نہیں ہے۔سٹرپ لائن کو ایک قسم کی فلیٹ سماکشیی کیبل کے طور پر شمار کیا جا سکتا ہے، جس میں کنڈکٹر کو ایک ڈائی الیکٹرک تہہ سے لپیٹا جاتا ہے اور پھر ایک اسٹریٹم سے ڈھانپ دیا جاتا ہے۔یہ ڈھانچہ سرکٹ کے مواد میں سگنل کے پھیلاؤ کو برقرار رکھتے ہوئے (بجائے ارد گرد کی ہوا میں) اعلیٰ معیار کا سرکٹ آئسولیشن اثر فراہم کر سکتا ہے۔برقی مقناطیسی لہر ہمیشہ سرکٹ کے مواد کے ذریعے پھیلتی ہے۔سٹرپ لائن سرکٹ کو ہوا میں برقی مقناطیسی لہر کے اثر و رسوخ پر غور کیے بغیر، سرکٹ کے مواد کی خصوصیات کے مطابق بنایا جا سکتا ہے۔تاہم، میڈیم سے گھرا ہوا سرکٹ کنڈکٹر پروسیسنگ ٹکنالوجی میں ہونے والی تبدیلیوں کے لیے خطرے سے دوچار ہے، اور سگنل فیڈنگ کے چیلنجز سٹرپ لائن کے لیے خاص طور پر ملی میٹر ویو فریکوئنسی پر چھوٹے کنیکٹر سائز کی حالت میں اس کا مقابلہ کرنا مشکل بنا دیتے ہیں۔لہذا، آٹوموٹو ریڈاروں میں استعمال ہونے والے کچھ سرکٹس کے علاوہ، سٹرپ لائنز عام طور پر ملی میٹر لہر سرکٹس میں استعمال نہیں ہوتی ہیں۔

چونکہ ہوا میں برقی مقناطیسی توانائی کی ایک خاص حد ہوتی ہے، اس لیے مائکرو اسٹریپ لائن سرکٹ ایک اینٹینا کی طرح ہوا میں باہر کی طرف پھیلے گا۔اس سے مائیکرو اسٹریپ لائن سرکٹ کو غیر ضروری تابکاری کا نقصان ہوگا، اور فریکوئنسی میں اضافے کے ساتھ نقصان میں اضافہ ہوگا، جو سرکٹ ڈیزائنرز کے لیے چیلنجز بھی لاتا ہے جو سرکٹ ریڈی ایشن کے نقصان کو محدود کرنے کے لیے مائیکرو اسٹریپ لائن کا مطالعہ کرتے ہیں۔تابکاری کے نقصان کو کم کرنے کے لیے، مائیکرو سٹریپ لائنوں کو سرکٹ میٹریل کے ساتھ زیادہ Dk قدروں کے ساتھ گھڑا جا سکتا ہے۔تاہم، Dk کا اضافہ برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کی شرح (ہوا کے نسبت) کو سست کر دے گا، جس کی وجہ سے سگنل فیز شفٹ ہو گا۔دوسرا طریقہ یہ ہے کہ مائیکرو اسٹریپ لائنوں پر کارروائی کرنے کے لیے پتلی سرکٹ مواد کا استعمال کرکے تابکاری کے نقصان کو کم کیا جائے۔تاہم، موٹے سرکٹ مواد کے مقابلے میں، پتلی سرکٹ مواد تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری کے اثر و رسوخ کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں، جو کہ ایک خاص سگنل فیز شفٹ کا سبب بھی بنے گا۔

اگرچہ مائیکرو اسٹریپ لائن سرکٹ کی ترتیب آسان ہے، لیکن ملی میٹر ویو بینڈ میں مائیکرو اسٹریپ لائن سرکٹ کو درست رواداری کنٹرول کی ضرورت ہے۔مثال کے طور پر، کنڈکٹر کی چوڑائی کو سختی سے کنٹرول کرنے کی ضرورت ہے، اور فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، برداشت اتنی ہی سخت ہوگی۔لہذا، ملی میٹر لہر فریکوئنسی بینڈ میں مائکرو اسٹریپ لائن پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی تبدیلی کے ساتھ ساتھ مواد میں ڈائی الیکٹرک مواد اور تانبے کی موٹائی کے لیے بہت حساس ہے، اور مطلوبہ سرکٹ سائز کے لیے رواداری کے تقاضے بہت سخت ہیں۔

سٹرپ لائن ایک قابل اعتماد سرکٹ ٹرانسمیشن لائن ٹیکنالوجی ہے، جو ملی میٹر لہر کی فریکوئنسی میں اچھا کردار ادا کر سکتی ہے۔تاہم، مائیکرو سٹریپ لائن کے مقابلے میں، سٹرپ لائن کنڈکٹر میڈیم سے گھرا ہوا ہے، اس لیے سگنل ٹرانسمیشن کے لیے کنیکٹر یا دیگر ان پٹ/آؤٹ پٹ پورٹس کو سٹرپ لائن سے جوڑنا آسان نہیں ہے۔سٹرپ لائن کو ایک قسم کی فلیٹ سماکشیی کیبل کے طور پر شمار کیا جا سکتا ہے، جس میں کنڈکٹر کو ایک ڈائی الیکٹرک تہہ سے لپیٹا جاتا ہے اور پھر ایک اسٹریٹم سے ڈھانپ دیا جاتا ہے۔یہ ڈھانچہ سرکٹ کے مواد میں سگنل کے پھیلاؤ کو برقرار رکھتے ہوئے (بجائے ارد گرد کی ہوا میں) اعلیٰ معیار کا سرکٹ آئسولیشن اثر فراہم کر سکتا ہے۔برقی مقناطیسی لہر ہمیشہ سرکٹ کے مواد کے ذریعے پھیلتی ہے۔سٹرپ لائن سرکٹ کو ہوا میں برقی مقناطیسی لہر کے اثر و رسوخ پر غور کیے بغیر، سرکٹ کے مواد کی خصوصیات کے مطابق بنایا جا سکتا ہے۔تاہم، میڈیم سے گھرا ہوا سرکٹ کنڈکٹر پروسیسنگ ٹکنالوجی میں ہونے والی تبدیلیوں کے لیے خطرے سے دوچار ہے، اور سگنل فیڈنگ کے چیلنجز سٹرپ لائن کے لیے خاص طور پر ملی میٹر ویو فریکوئنسی پر چھوٹے کنیکٹر سائز کی حالت میں اس کا مقابلہ کرنا مشکل بنا دیتے ہیں۔لہذا، آٹوموٹو ریڈاروں میں استعمال ہونے والے کچھ سرکٹس کے علاوہ، سٹرپ لائنز عام طور پر ملی میٹر لہر سرکٹس میں استعمال نہیں ہوتی ہیں۔

شکل 2 GCPW سرکٹ کنڈکٹر کا ڈیزائن اور تخروپن مستطیل ہے (اوپر کے اعداد و شمار)، لیکن کنڈکٹر کو ٹراپیزائڈ (نیچے کی شکل) میں پروسیس کیا جاتا ہے، جس کے ملی میٹر لہر کی فریکوئنسی پر مختلف اثرات مرتب ہوں گے۔

بہت سے ابھرتے ہوئے ملی میٹر ویو سرکٹ ایپلی کیشنز کے لیے جو سگنل فیز ریسپانس (جیسے آٹوموٹیو ریڈار) کے لیے حساس ہیں، فیز کی عدم مطابقت کی وجوہات کو کم سے کم کیا جانا چاہیے۔ملی میٹر ویو فریکوئنسی GCPW سرکٹ مواد اور پروسیسنگ ٹیکنالوجی میں تبدیلیوں کے لیے خطرے سے دوچار ہے، بشمول مٹیریل Dk ویلیو اور سبسٹریٹ موٹائی میں تبدیلیاں۔دوم، سرکٹ کی کارکردگی تانبے کے کنڈکٹر کی موٹائی اور تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری سے متاثر ہو سکتی ہے۔لہذا، تانبے کے کنڈکٹر کی موٹائی کو سخت رواداری کے اندر رکھا جانا چاہیے، اور تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری کو کم سے کم کیا جانا چاہیے۔تیسرا، GCPW سرکٹ پر سطح کی کوٹنگ کا انتخاب سرکٹ کی ملی میٹر لہر کی کارکردگی کو بھی متاثر کر سکتا ہے۔مثال کے طور پر، کیمیکل نکل سونے کا استعمال کرنے والے سرکٹ میں تانبے کے مقابلے میں نکل کا زیادہ نقصان ہوتا ہے، اور نکل چڑھائی ہوئی سطح کی تہہ GCPW یا مائیکرو اسٹریپ لائن کے نقصان کو بڑھا دے گی (شکل 3)۔آخر میں، چھوٹی طول موج کی وجہ سے، کوٹنگ کی موٹائی میں تبدیلی بھی مرحلے کے ردعمل میں تبدیلی کا سبب بنے گی، اور GCPW کا اثر مائیکرو اسٹریپ لائن سے زیادہ ہے۔

شکل 3 میں دکھائی گئی مائیکرو اسٹریپ لائن اور GCPW سرکٹ ایک ہی سرکٹ میٹریل (Rogers' 8mil موٹا RO4003C™ Laminate) استعمال کرتا ہے، GCPW سرکٹ پر ENIG کا اثر ملی میٹر لہر فریکوئنسی پر مائیکرو اسٹریپ لائن پر اس سے کہیں زیادہ ہے۔