תדר האות ביישום מכ"ם רכב משתנה בין 30 ל-300 גיגה-הרץ, אפילו נמוך עד 24 גיגה-הרץ.בעזרת פונקציות שונות של מעגלים, אותות אלו מועברים באמצעות טכנולוגיות קו תמסורת שונות כגון קווי מיקרו-סטריפ, קווי רצועה, מוביל גל משולב מצע (SIW) ומוליך גל קו-פלארי מוארק (GCPW).טכנולוגיות קווי תמסורת אלו (איור 1) משמשות בדרך כלל בתדרי מיקרוגל, ולעיתים בתדרי גל מילימטרים.נדרשים חומרים לרבד מעגלים המשמשים במיוחד עבור מצב זה בתדירות גבוהה.קו מיקרו-סטריפ, כטכנולוגיית מעגל קו ההולכה הפשוטה והנפוצה ביותר, יכול להשיג שיעור הסמכה גבוה למעגלים על ידי שימוש בטכנולוגיית עיבוד מעגלים קונבנציונלית.אבל כאשר התדר מועלה לתדר הגל המילימטרי, ייתכן שזה לא קו השידור הטוב ביותר במעגל.לכל קו תמסורת יש יתרונות וחסרונות משלו.לדוגמה, למרות שקו המיקרו-סטריפ קל לעיבוד, הוא חייב לפתור את הבעיה של אובדן קרינה גבוה בשימוש בתדר גל מילימטר.
איור 1 בעת המעבר לתדר גל מילימטר, מתכנני מעגלי מיקרוגל צריכים לעמוד בפני הבחירה של לפחות ארבע טכנולוגיות קו שידור בתדר מיקרוגל
למרות שהמבנה הפתוח של קו המיקרו-סטריפ נוח לחיבור פיזי, הוא גם יגרום לבעיות מסוימות בתדרים גבוהים יותר.בקו התמסורת המיקרו-סטריפ, גלים אלקטרומגנטיים (EM) מתפשטים דרך המוליך של חומר המעגל והמצע הדיאלקטרי, אך חלק מהגלים האלקטרומגנטיים מתפשטים באוויר שמסביב.בשל ערך ה-Dk הנמוך של האוויר, ערך ה-Dk האפקטיבי של המעגל נמוך מזה של חומר המעגל, דבר שיש לקחת בחשבון בהדמיית מעגל.בהשוואה ל-Dk נמוך, מעגלים העשויים מחומרי Dk גבוהים נוטים להפריע לשידור של גלים אלקטרומגנטיים ולהפחית את קצב ההתפשטות.לכן, חומרי מעגל Dk נמוך משמשים בדרך כלל במעגלי גל מילימטר.
מכיוון שקיימת מידה מסוימת של אנרגיה אלקטרומגנטית באוויר, מעגל קווי המיקרו-סטריפ יקרין כלפי חוץ לאוויר, בדומה לאנטנה.זה יגרום לאובדן קרינה מיותר למעגל קו המיקרו-סטריפ, וההפסד יגדל עם עליית התדר, מה שמביא אתגרים גם למתכנני המעגלים החוקרים את קו המיקרו-סטריפ כדי להגביל את אובדן קרינת המעגל.על מנת להפחית את אובדן הקרינה, ניתן לייצר קווי מיקרו-סטריפ עם חומרי מעגל בעלי ערכי Dk גבוהים יותר.עם זאת, העלייה של Dk תאט את קצב התפשטות הגל האלקטרומגנטי (ביחס לאוויר), מה שיגרום להזזת הפאזה של האות.שיטה נוספת היא להפחית את אובדן הקרינה על ידי שימוש בחומרי מעגל דקים יותר לעיבוד קווי מיקרו-סטריפ.עם זאת, בהשוואה לחומרי מעגל עבים יותר, חומרי מעגל דקים יותר רגישים יותר להשפעה של חספוס פני השטח של רדיד נחושת, מה שיגרום גם להסטת פאזה מסוימת של האות.
למרות שהתצורה של מעגל קו המיקרו-סטריפ היא פשוטה, מעגל קו המיקרו-סטריפ ברצועת הגל המילימטרית זקוק לבקרת סובלנות מדויקת.לדוגמה, רוחב המוליך שיש לשלוט בו באופן קפדני, וככל שהתדר גבוה יותר, הסובלנות תהיה מחמירה יותר.לכן, קו המיקרו-סטריפ בפס תדר הגל המילימטרי רגיש מאוד לשינוי בטכנולוגיית העיבוד, כמו גם לעובי החומר הדיאלקטרי והנחושת בחומר, ודרישות הסובלנות לגודל המעגל הנדרש הן קפדניות מאוד.
Stripline היא טכנולוגיית קו תמסורת מעגל אמינה, שיכולה למלא תפקיד טוב בתדר גל מילימטר.עם זאת, בהשוואה לקו המיקרו-סטריפ, מוליך הסטריפליין מוקף במדיום, כך שלא קל לחבר את המחבר או יציאות קלט/פלט אחרות לסטריפליין לצורך העברת אותות.ניתן להתייחס לסטריפליין כמעין כבל קואקסיאלי שטוח, שבו המוליך עטוף בשכבה דיאלקטרית ולאחר מכן מכוסה בשכבה.מבנה זה יכול לספק אפקט בידוד מעגל איכותי, תוך שמירה על התפשטות האות בחומר המעגל (ולא באוויר שמסביב).הגל האלקטרומגנטי מתפשט תמיד דרך חומר המעגל.ניתן לדמות את מעגל הסטריפליין על פי המאפיינים של חומר המעגל, מבלי להתחשב בהשפעת הגל האלקטרומגנטי באוויר.עם זאת, מוליך המעגל המוקף במדיום פגיע לשינויים בטכנולוגיית העיבוד, והאתגרים של הזנת אותות מקשים על הרצועה להתמודד, במיוחד בתנאי של גודל מחבר קטן יותר בתדר גל מילימטר.לכן, למעט מעגלים מסוימים המשמשים במכ"מים לרכב, סטריליינים בדרך כלל אינם משמשים במעגלי גל מילימטרים.
מכיוון שקיימת מידה מסוימת של אנרגיה אלקטרומגנטית באוויר, מעגל קווי המיקרו-סטריפ יקרין כלפי חוץ לאוויר, בדומה לאנטנה.זה יגרום לאובדן קרינה מיותר למעגל קו המיקרו-סטריפ, וההפסד יגדל עם עליית התדר, מה שמביא אתגרים גם למתכנני המעגלים החוקרים את קו המיקרו-סטריפ כדי להגביל את אובדן קרינת המעגל.על מנת להפחית את אובדן הקרינה, ניתן לייצר קווי מיקרו-סטריפ עם חומרי מעגל בעלי ערכי Dk גבוהים יותר.עם זאת, העלייה של Dk תאט את קצב התפשטות הגל האלקטרומגנטי (ביחס לאוויר), מה שיגרום להזזת הפאזה של האות.שיטה נוספת היא להפחית את אובדן הקרינה על ידי שימוש בחומרי מעגל דקים יותר לעיבוד קווי מיקרו-סטריפ.עם זאת, בהשוואה לחומרי מעגל עבים יותר, חומרי מעגל דקים יותר רגישים יותר להשפעה של חספוס פני השטח של רדיד נחושת, מה שיגרום גם להסטת פאזה מסוימת של האות.
למרות שהתצורה של מעגל קו המיקרו-סטריפ היא פשוטה, מעגל קו המיקרו-סטריפ ברצועת הגל המילימטרית זקוק לבקרת סובלנות מדויקת.לדוגמה, רוחב המוליך שיש לשלוט בו באופן קפדני, וככל שהתדר גבוה יותר, הסובלנות תהיה מחמירה יותר.לכן, קו המיקרו-סטריפ בפס תדר הגל המילימטרי רגיש מאוד לשינוי בטכנולוגיית העיבוד, כמו גם לעובי החומר הדיאלקטרי והנחושת בחומר, ודרישות הסובלנות לגודל המעגל הנדרש הן קפדניות מאוד.
Stripline היא טכנולוגיית קו תמסורת מעגל אמינה, שיכולה למלא תפקיד טוב בתדר גל מילימטר.עם זאת, בהשוואה לקו המיקרו-סטריפ, מוליך הסטריפליין מוקף במדיום, כך שלא קל לחבר את המחבר או יציאות קלט/פלט אחרות לסטריפליין לצורך העברת אותות.ניתן להתייחס לסטריפליין כמעין כבל קואקסיאלי שטוח, שבו המוליך עטוף בשכבה דיאלקטרית ולאחר מכן מכוסה בשכבה.מבנה זה יכול לספק אפקט בידוד מעגל איכותי, תוך שמירה על התפשטות האות בחומר המעגל (ולא באוויר שמסביב).הגל האלקטרומגנטי מתפשט תמיד דרך חומר המעגל.ניתן לדמות את מעגל הסטריפליין על פי המאפיינים של חומר המעגל, מבלי להתחשב בהשפעת הגל האלקטרומגנטי באוויר.עם זאת, מוליך המעגל המוקף במדיום פגיע לשינויים בטכנולוגיית העיבוד, והאתגרים של הזנת אותות מקשים על הרצועה להתמודד, במיוחד בתנאי של גודל מחבר קטן יותר בתדר גל מילימטר.לכן, למעט מעגלים מסוימים המשמשים במכ"מים לרכב, סטריליינים בדרך כלל אינם משמשים במעגלי גל מילימטרים.
איור 2 התכנון והסימולציה של מוליך מעגל ה-GCPW הוא מלבני (מעל האיור), אך המוליך מעובד לטרפז (למטה באיור), שתהיה לו השפעות שונות על תדר הגל המילימטרי.
עבור יישומי מעגל גל מילימטרים רבים שרגישים לתגובת שלב האות (כגון מכ"ם רכב), יש למזער את הגורמים לאי-עקביות הפאזה.מעגל GCPW בתדר גל מילימטר פגיע לשינויים בחומרים ובטכנולוגיית עיבוד, כולל שינויים בערך Dk של החומר ובעובי המצע.שנית, ביצועי המעגל עשויים להיות מושפעים מעובי מוליך הנחושת ומחספוס פני השטח של רדיד נחושת.לכן, יש לשמור על עובי מוליך הנחושת בסובלנות קפדנית, ולמזער את חספוס פני השטח של רדיד נחושת.שלישית, הבחירה של ציפוי פני השטח במעגל GCPW עשויה להשפיע גם על ביצועי הגלים המילימטריים של המעגל.לדוגמה, למעגל המשתמש בזהב ניקל כימי יש יותר אובדן ניקל מאשר נחושת, ושכבת פני השטח מצופה ניקל תגדיל את אובדן ה-GCPW או קו המיקרו-סטריפ (איור 3).לבסוף, בשל אורך הגל הקטן, השינוי בעובי הציפוי יגרום גם לשינוי בתגובת הפאזה, והשפעת ה-GCPW גדולה מזו של קו המיקרו-סטריפ.
איור 3 קו המיקרו-סטריפ ומעגל ה-GCPW המוצגים באיור משתמשים באותו חומר מעגל (RO4003C ™ למינציה בעובי 8 מיליליטר של רוג'רס), ההשפעה של ENIG על מעגל ה-GCPW גדולה בהרבה מזו על קו ה-microstrip בתדר גל מילימטר.
זמן פרסום: אוקטובר-05-2022
