ہائی فریکوئنسی پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کے ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ (Dk) اور نقصان کا عنصر (Df) وہ بنیادی پیرامیٹرز ہیں جو ہائی فریکوئنسی سگنل ٹرانسمیشن کے معیار کا تعین کرتے ہیں۔ بہت سے مینوفیکچررز کے برائے نام پیرامیٹرز میں مبہم جانچ کے حالات اور غلط لیبلنگ جیسے مسائل ہوتے ہیں، جو حقیقی ڈیزائن اور پیداوار میں آسانی سے خرابیوں کا باعث بن سکتے ہیں۔ ذیل میں، ہم ان دو پیرامیٹرز کے بنیادی عملی علمی نکات کا خلاصہ کریں گے تاکہ آپ کو پیرامیٹر کے جال سے بچنے میں مدد ملے۔
بنیادی تعریف اور صنعت کی عام اصطلاحات
ڈائی الیکٹرک مستقل (Dk/ε r): پی سی بی سبسٹریٹ کی برقی فیلڈ میں چارجز کو ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کو نمایاں کرتا ہے۔ انجینئرنگ میں، اس سے مراد متعلقہ ڈائی الیکٹرک مستقل (1 کی ویکیوم ویلیو) ہے، جو کہ ایک جہت کے بغیر اندرونی خاصیت ہے۔
نقصان کا عنصر (Df/tan δ): ہائی فریکوئنسی الٹرنیٹنگ الیکٹرک فیلڈز کے تحت سبسٹریٹ کے ذریعے فی یونٹ وقت میں تھرمل انرجی میں تبدیل ہونے والی برقی توانائی کے تناسب سے مراد ہے، جسے ڈائی الیکٹرک نقصان ٹینجنٹ بھی کہا جاتا ہے۔
سب سے آسانی سے نظر انداز کیا جانے والا پیرامیٹر ٹریپ
ٹیسٹ فریکوئنسی کی مماثلت: عام fr4 کا Dk عام طور پر 1MHz کی کم فریکوئنسی پر ماپا جاتا ہے، جب کہ ہائی فریکوئنسی پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کو کم از کم 10GHz (X-بینڈ) ماپا ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے، اور کم فریکوئنسی کے پیرامیٹرز ہائی فریکوئنسی منظر کی کارکردگی کو بالکل بھی ظاہر نہیں کر سکتے۔
برائے نام رواداری ورچوئل مارکنگ: عام fr4 کا Dk بیچ فرق ± 0.2 تک پہنچ سکتا ہے، جبکہ اعلیٰ تعدد والے مواد کی Dk رواداری کو ± 0.02 کے اندر کنٹرول کیا جانا چاہیے۔ ورچوئل مارکنگ رواداری براہ راست 5-10 Ω کے حقیقی مائبادی انحراف کا سبب بنے گی، RF سرکٹس کے لیے ± 2% کی رواداری کی ضرورت سے زیادہ ہے۔
ماحولیاتی استحکام کو چھپانا: بہت سے کم-قیمت والے اعلی تعدد والے مواد ڈائی الیکٹرک مستقل درجہ حرارت کے گتانک τ Dk کا لیبل نہیں لگاتے ہیں۔ بیرونی منظرناموں میں -40 ڈگری سے +85 ڈگری تک، Dk درجہ حرارت کے بڑھنے کے ساتھ نمایاں طور پر تبدیل ہوتا ہے، جس سے براہ راست رکاوٹ بڑھنے اور سگنل کی مماثلت نہیں ہوتی ہے۔
نمی کے اثر و رسوخ کی وضاحت نہیں کی گئی ہے: جب سبسٹریٹ کی پانی جذب کرنے کی شرح بہت زیادہ ہے، Dk پانی کے جذب کے بعد نمایاں طور پر بڑھ جائے گا، Df ہم آہنگی سے خراب ہو جائے گا، اور مرطوب ماحول میں سگنل کا نقصان برائے نام قدر سے کہیں زیادہ ہو جائے گا۔
سرکٹ کی کارکردگی پر دو پیرامیٹرز کا بنیادی اثر
ڈائی الیکٹرک مستقل (Dk):
سگنل کی ترسیل کی رفتار کا براہ راست تعین کرنا، Dk جتنی کم ہوگی، سگنل کے پھیلاؤ میں تاخیر اتنی ہی کم ہوگی، اور ٹرانسمیشن کی رفتار اتنی ہی تیز ہوگی۔
یہ امپیڈنس سمولیشن کے لیے بنیادی ان پٹ پیرامیٹر ہے، اور Dk انحراف براہ راست 50 Ω/100 Ω جیسے معیاری امپیڈینس ڈیزائن کی ناکامی کا باعث بن سکتا ہے، جس سے سگنل کی عکاسی ہوتی ہے۔
نقصان کا عنصر (Df):
ہائی فریکوئنسی سگنلز کے داخل ہونے کے نقصان کا براہ راست تعین کرتے ہوئے، 10GHz سے اوپر والے فریکوئنسی بینڈ میں، عام fr4 کا نقصان فی انچ 1-2dB تک پہنچ سکتا ہے، اور اعلیٰ معیار کے ہائی فریکوئنسی مواد کو 0.2dB کے اندر کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔
ضرورت سے زیادہ Df ترسیل کے اختتام پر ضائع ہونے والی طاقت اور وصول کرنے والے سرے پر کمزور سگنلز کو کم کرنے میں ناکامی کا باعث بن سکتا ہے، جس سے مواصلاتی فاصلے اور ریڈار کا پتہ لگانے کی حساسیت براہ راست کم ہو جاتی ہے۔
مین اسٹریم ہائی فریکوئنسی شیٹ میٹل کے لیے عام پیرامیٹر کا حوالہ
| مادی نظام | عام Dk قدر (10GHz) | عام Df قدر (10GHz) | بنیادی قابل اطلاق منظرنامے۔ |
|---|---|---|---|
| عام FR-4 | 4.2~4.6 | ~0.02 | 1GHz سے کم رفتار والے ڈیجیٹل سرکٹس |
| کاربن ہائیڈروجن رال سیریز | 3.2~3.7 | 0.003~0.008 | 5G بیس اسٹیشن، ہائی-اسپیڈ آپٹیکل ماڈیول |
| RO4000 سیریز | 3.48~3.66 | 0.002~0.0037 | RF یمپلیفائر، آٹوموٹو ریڈار |
| PTFE ترمیم شدہ سیریز | 2.2~2.6 | 0.001~0.003 | ملی میٹر لہر، سیٹلائٹ مواصلات، فوجی ریڈار |
مستند جانچ کے طریقے جو عام طور پر صنعت میں استعمال ہوتے ہیں۔
ہائی فریکوئنسی پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ کے Dk اور Df کو عام fr4 کے Q-ٹیبل طریقہ کا استعمال کرتے ہوئے ٹیسٹ نہیں کیا جا سکتا۔ صنعت میں عام طور پر استعمال ہونے والی پٹی لائن گونج کا طریقہ Dk کو الٹنے کے لیے ویکٹر نیٹ ورک تجزیہ کار کا استعمال کرتے ہوئے سٹرپ لائن ریزونیٹر کی گونجنے والی فریکوئنسی کی پیمائش کرنا ہے، اور Df کو الٹنے کے لیے کوالٹی فیکٹر Q قدر کی پیمائش کرنا ہے۔ نتائج پی سی بی کی اصل کام کرنے والی حالت کے قریب ہیں۔