يواجه نقل الإشارات عالية التردد عنق زجاجة حرجًا كلما انتقل بين وسائط إرسال مختلفة. في عالم هندسة الموجات المليمترية (mmWave) والميكروويف، غالبًا ما تكون الواجهة بين الدليل الموجي المعدني المجوف ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المستوية هي نقطة أعلى فقدان للإشارة. إن تركيبة الانتقال من الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هي الحل الهندسي لهذه المشكلة، حيث تعمل كجسر مادي وكهرومغناطيسي يسمح للطاقة بالتدفق بكفاءة بين هذين المجالين المتميزين.

بالنسبة للمهندسين ومديري المشتريات في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، فإن فهم هذا الانتقال أمر حيوي. إنه ليس مجرد موصل؛ بل هو محول وضع معقد يحول المجالات الكهرومغناطيسية. سواء كنت تصمم لشبكات 5G الخلفية، أو رادار السيارات، أو اتصالات الأقمار الصناعية، فإن جودة هذه التركيبة تحدد الأداء العام للنظام. يغطي هذا الدليل دورة الحياة الكاملة لتركيبة الانتقال، من المقاييس النظرية إلى واقع التصنيع.

النقاط الرئيسية

• التعريف: تقوم تركيبة الانتقال من الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بتحويل الموجات الكهرومغناطيسية من وضع الدليل الموجي (عادةً TE10) إلى وضع خط نقل مستوٍ (Microstrip، CPW، أو SIW).
• المقياس الحرج: فقدان الإرجاع (S11) هو المؤشر الأساسي للجودة؛ وعادةً ما تكون القيمة الأفضل من -15 ديسيبل مطلوبة للأنظمة عالية الأداء.
• تأثير المواد: نادراً ما يكون FR4 القياسي مناسباً؛ الركائز القائمة على PTFE ضرورية لتقليل الفقد العازل عند ترددات الموجات المليمترية (mmWave).
• دقة التصنيع: التفاوتات الميكانيكية في تجميع التركيب لا تقل أهمية عن دقة حفر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
• أهمية LSI: عمليات مثل ضبط الهوائي وتقليمه غالبًا ما تعتمد على هذه التركيبات للقياس الدقيق أثناء التحقق.
• التحقق: بدون معايرة مناسبة (TRL أو SOLT)، ستؤدي القياسات المأخوذة عبر التركيب إلى بيانات غير دقيقة بخصوص أداء لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

ما الذي يعنيه حقًا تركيب انتقال الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (النطاق والحدود)

بعد تحديد الأهمية العالية لهذه المكونات، يجب علينا تحديد ما يشكل بالضبط تركيب انتقال الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة لتجنب الخلط مع الموصلات المحورية القياسية.

في هندسة الترددات الراديوية (RF)، الدليل الموجي هو أنبوب معدني (مستطيل أو دائري) يوجه الموجات عالية التردد بفقدان منخفض. على النقيض من ذلك، تستخدم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) موصلات مستوية (مسارات نحاسية) لتوجيه الإشارات. يعمل هذان الاثنان بفيزياء مختلفة: تدعم الأدلة الموجية عادةً الأنماط الكهربائية المستعرضة (TE) أو الأنماط المغناطيسية المستعرضة (TM)، بينما تدعم لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) الأنماط الكهرومغناطيسية المستعرضة (TEM) أو الأنماط شبه الكهرومغناطيسية المستعرضة (Quasi-TEM).

يشير "التركيب" إلى التجميع الميكانيكي الذي يثبت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والدليل الموجي في محاذاة مثالية. وعادة ما يشمل:

1. تصميم الانتقال: نمط النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) (مثل مسبار، أو فتحة مستدقة، أو فتحة اقتران) الذي يقوم بتحويل النمط الكهرومغناطيسي.
2. الغلاف الميكانيكي: كتلة معدنية (غالبًا من الألومنيوم أو النحاس) تعمل كامتداد للدليل الموجي وتثبت لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
3. القصر الخلفي: تجويف موصل خلف نقطة الانتقال يعكس الطاقة في طورها لزيادة الإرسال الأمامي.

يختلف هذا التثبيت عن موصل SMA أو K البسيط. إنه واجهة مباشرة حيث تصبح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) جزءًا من جدار الدليل الموجي أو تبرز داخل تجويف الدليل الموجي.

المقاييس الهامة (كيفية تقييم الجودة)

بمجرد فهم نطاق التثبيت، يجب علينا تحديد الأداء "الجيد" باستخدام مقاييس تردد لاسلكي (RF) محددة.

يوضح الجدول التالي المعلمات الأساسية التي يجب عليك تحديدها عند تصميم أو طلب تثبيت انتقال من دليل موجي إلى لوحة دوائر مطبوعة (PCB).

المقياس	لماذا هو مهم	النطاق النموذجي / الهدف	كيفية القياس
فقدان الإرجاع (S11)	يشير إلى مقدار الإشارة المنعكسة مرة أخرى إلى المصدر. الانعكاس العالي يعني ضعف نقل الطاقة.	< -10 ديسيبل (عام) < -15 ديسيبل (أداء عالٍ) < -20 ديسيبل (درجة معملية)	محلل الشبكة المتجهي (VNA)
فقدان الإدخال (S21)	يقيس قوة الإشارة المفقودة أثناء مرورها عبر التثبيت.	< 0.3 ديسيبل إلى 0.5 ديسيبل لكل انتقال (يعتمد على التردد)	VNA (قياس العبور)
النطاق الترددي	النطاق الترددي الذي يحافظ فيه الانتقال على قيم S11 و S21 مقبولة.	10% إلى نطاق الدليل الموجي الكامل (مثلاً، 60-90 جيجاهرتز للنطاق E)	مسح التردد
تحمل المحاذاة	يؤدي عدم المحاذاة إلى إنشاء انقطاعات سعوية، مما يفسد مطابقة المعاوقة.	± 0.05 مم (قياسي) ± 0.02 مم (دقيق)	CMM بصري أو مجهر
استقرار الطور	حاسم للمصفوفات المرحلية؛ يضمن عدم تحول الطور مع درجة الحرارة أو الاهتزاز.	< 5 درجات تباين على مدى درجة حرارة التشغيل	غرفة درجة حرارة + VNA
تسرب / إشعاع	الطاقة المتسربة من التركيب تتداخل مع المكونات الأخرى.	< -40 dBc	مسح مسبار المجال القريب

إرشادات الاختيار حسب السيناريو (المقايضات)

يساعدنا فهم المقاييس على اختيار بنية التركيب المناسبة لتطبيقات العالم الحقيقي المحددة.

تعطي الصناعات المختلفة الأولوية لمقاييس مختلفة. تعطي بيئة المختبر الأولوية للدقة، بينما تعطي الإلكترونيات الاستهلاكية الأولوية للتكلفة والحجم.

1. توصيف واختبار المختبر

• السيناريو: اختبار شريحة أو مادة جديدة بموجات مليمترية.
• الأولوية: الدقة والتكرارية.
• الاختيار: استخدم تركيب إطلاق طرفي بنمط المشبك. تسمح لك هذه بتبديل لوحات الدوائر المطبوعة بسرعة دون لحام. إنها باهظة الثمن ولكنها قابلة لإعادة الاستخدام.
• المقايضة: تكلفة أولية عالية؛ عامل شكل ضخم.

2. رادار السيارات (77 جيجاهرتز)

• السيناريو: الإنتاج الضخم لوحدات الرادار.
• الأولوية: الموثوقية ومقاومة الاهتزاز.
• الاختيار: انتقال الدليل الموجي المدمج في الركيزة (SIW). يتكون "الدليل الموجي" داخل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) باستخدام الفتحات، وينتقل إلى قاذف دليل موجي معدني.
• المفاضلة: نطاق ترددي أضيق مقارنة بالموجهات الموجية ذات الحواف؛ يتطلب خياطة معقدة للفتحات.

3. وحدات الربط الخلفي لشبكات الجيل الخامس (النطاق E)

• السيناريو: وحدات خارجية تربط أبراج الخلايا.
• الأولوية: فقدان منخفض ومقاومة للعوامل الجوية.
• الاختيار: انتقال مسبار المستوى E. يتم إدخال مسبار مطبوع على لوحة الدوائر المطبوعة مباشرة في قناة الدليل الموجي.
• المفاضلة: حساس للغاية لتفاوت التجميع (ارتفاع المحور Z). يتطلب ضوابط دقيقة لـ عملية SMT لوحدة الموجات المليمترية.

4. اتصالات الأقمار الصناعية (نطاق Ku/Ka)

• السيناريو: إرسال عالي الطاقة.
• الأولوية: الإدارة الحرارية ومعالجة الطاقة.
• الاختيار: انتقال الدليل الموجي المخدد. يستخدم حافة معدنية متدرجة لمطابقة المعاوقة تدريجياً.
• المفاضلة: تصنيع معقد للغلاف المعدني؛ يصعب تصغيره.

5. مستشعرات إنترنت الأشياء المدمجة (60 جيجاهرتز)

• السيناريو: استشعار الإيماءات قصير المدى.
• الأولوية: بصمة صغيرة وتكامل.
• الاختيار: رقعة مقترنة بفتحة. يقترن الدليل الموجي عبر فتحة في المستوى الأرضي برقعة على لوحة الدوائر المطبوعة.
• المفاضلة: كفاءة أقل؛ قد يكون تسرب الإشعاع مشكلة إذا لم يكن محميًا.

6. اختبار رقمي عالي السرعة

• السيناريو: التحقق من سلامة الإشارة فوق 50 جيجاهرتز.
• الأولوية: نطاق ترددي واسع.
• الاختيار: انتقال Finline. يتم إدخال زعنفة مستدقة مطبوعة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) في مركز مستوى E للدليل الموجي.
• المفاضلة: يتطلب قطع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل معين لتناسب داخل الدليل الموجي؛ هش ميكانيكيًا.

من التصميم إلى التصنيع (نقاط التحقق من التنفيذ)

بعد اختيار البنية، يتحول التركيز إلى التنفيذ الدقيق لعملية التصميم والتصنيع.

في APTPCB، نوصي باتباع نهج قائم على نقاط التحقق لضمان أن تركيبة الانتقال من الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) النهائية تعمل كما تمت محاكاتها.

المرحلة 1: التصميم والمواد

1. اختيار المواد: لا تستخدم FR4 القياسي. اختر رقائق عالية التردد مثل مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) من Rogers أو Taconic. يجب أن يكون تحمل ثابت العزل الكهربائي (Dk) ضيقًا (±0.05 أو أفضل).
   • المخاطر: يؤدي التباين العالي في ثابت العزل الكهربائي (Dk) إلى تحويل التردد المركزي.
2. تعريف تكوين الطبقات: حدد ملف تعريف خشونة النحاس. النحاس ED القياسي خشن جدًا للموجات المليمترية؛ استخدم النحاس المدلفن أو VLP (Very Low Profile).
   • المخاطر: تزداد خسائر تأثير الجلد بشكل كبير مع النحاس الخشن.
3. المحاكاة: المحاكاة الكهرومغناطيسية ثلاثية الأبعاد الكاملة (HFSS/CST) إلزامية. قم بمحاكاة الانتقال مع الغلاف المعدني، وليس فقط لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بمعزل عن غيرها.
   • المخاطر: يمكن أن يؤدي تجاهل رنين الغلاف إلى "انخفاضات" في نطاق التمرير.

المرحلة 2: تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

4. تحمل الحفر: يجب التحكم في تحمل عرض الخط إلى ±10-15 ميكرومتر.

• القبول: الفحص البصري الآلي (AOI).

5. الطلاء: يُفضل النيكل الكيميائي/الذهب بالغمر (ENIG) أو الفضة بالغمر. تجنب HASL بسبب سمك السطح غير المتساوي.
   • المخاطر: يؤثر الطلاء غير المتساوي على مسافة الفجوة في الانتقالات المقترنة.
6. الحفر الخلفي (Back-drilling): إذا تم استخدام الفتحات (vias) في مسار الانتقال، يجب إزالة الأجزاء الزائدة (stubs) عن طريق الحفر الخلفي لمنع الرنين.
   • القبول: تحليل المقطع العرضي.

المرحلة 3: التجميع والتكامل

7. طباعة معجون اللحام: بالنسبة لانتقالات المسبار، يعد حجم حشوة اللحام (solder fillet) أمرًا بالغ الأهمية. يؤدي اللحام الزائد إلى تغيير الطول الكهربائي للمسبار.
   • التوصية: استخدم استنسلات متدرجة لـ عملية SMT لوحدة الموجات المليمترية.
8. المحاذاة الميكانيكية: يجب أن تتوافق لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مع فتحة الدليل الموجي في حدود 0.05 مم. استخدم دبابيس التثبيت أو أدوات المحاذاة في التثبيت.
   • المخاطر: يؤدي عدم المحاذاة إلى تحويل النمط إلى أنماط ذات ترتيب أعلى (أنماط شبحية).
9. التحكم في الفجوات: تأكد من عدم وجود فجوات هوائية بين المستوى الأرضي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وجسم التثبيت المعدني.
   • التوصية: استخدم حشوات موصلة أو إيبوكسي فضي إذا كان التثبيت الميكانيكي غير كافٍ.

المرحلة 4: المعالجة اللاحقة

10. ضبط وتقليم الهوائي: في التطبيقات المتطورة، قد يكون التقليم بالليزر ضروريًا لضبط شبكة المطابقة على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بعد التجميع للتعويض عن تفاوتات التصنيع.
    • الطريقة: إزالة الليزر لألسنة نحاسية صغيرة أثناء مراقبة S11.

الأخطاء الشائعة (والنهج الصحيح)

حتى مع وجود قائمة مرجعية، غالبًا ما يواجه المهندسون عوائق محددة تقلل من أداء تركيب انتقال الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).

فيما يلي الأخطاء الأكثر شيوعًا التي نراها في ملفات الإنتاج:

• الخطأ 1: تجاهل التمدد الحراري (عدم تطابق معامل التمدد الحراري CTE).
  • المشكلة: يتمدد تركيب الألومنيوم بمعدل مختلف عن لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) المصنوعة من PTFE. يؤدي هذا إلى قص وصلات اللحام أو تقوس لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
  • التصحيح: استخدم فتحات تثبيت مشقوقة أو مواد مرنة موصلة للسماح بحركة طفيفة دون قطع الاتصال الكهربائي.
• الخطأ 2: ضعف التأريض عند الواجهة.
  • المشكلة: الاعتماد على عدد قليل من البراغي لتأريض لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بكتلة الدليل الموجي. هذا يخلق "تسربًا" لطاقة التردد اللاسلكي (RF).
  • التصحيح: استخدم سياجًا كثيفًا من الفتحات (via stitching) مباشرة عند حافة الانتقال وتأكد من الاتصال المستمر من المعدن إلى المعدن على طول المحيط الكامل لفتحة الدليل الموجي.
• الخطأ 3: إغفال خشونة سطح التركيب.
  • المشكلة: لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مثالية، لكن قناة الدليل الموجي المصنوعة من الألومنيوم المشغولة خشنة.
  • التصحيح: حدد تشطيبًا سطحيًا بقيمة Ra 0.4 ميكرومتر أو أفضل للجدران الداخلية لتركيب الدليل الموجي.
• الخطأ 4: إهمال منطقة "الحظر".
  • المشكلة: وضع مكونات أخرى أو توجيه المسارات قريبًا جدًا من منطقة الانتقال.
  • التصحيح: حافظ على منطقة حظر لا تقل عن 2 طول موجي حول الانتقال لمنع الاقتران الطفيلي.
• الخطأ 5: افتراض أن المحاكاة تساوي الواقع.
  • المشكلة: تستخدم المحاكاة موصلية مثالية وزوايا حادة. التصنيع الحقيقي له زوايا مستديرة (نصف قطر الطحن) وموصلية محدودة.
  • التصحيح: أضف "واقعية التصنيع" إلى نموذج المحاكاة الخاص بك، بما في ذلك أنصاف أقطار الزوايا وتأثيرات قناع اللحام.
• الخطأ 6: نسيان إرشادات DFM.
  • المشكلة: تصميم ميزات لا يمكن حفرها أو ثقبها بشكل موثوق.
  • التصحيح: استشر إرشادات DFM مبكرًا في مرحلة التصميم لضمان قابلية تصنيع الانتقال.

الأسئلة الشائعة

س1: هل يمكنني استخدام FR4 لانتقال من دليل موجي إلى لوحة دوائر مطبوعة (PCB)؟ بشكل عام، لا. فوق 5-10 جيجاهرتز، تكون الخسارة العازلة لـ FR4 عالية جدًا، وثابتها العازل غير متناسق للغاية لمطابقة معاوقة مستقرة.

س2: ما الفرق بين "المطلق" و"الانتقال"؟ غالبًا ما يتم استخدامهما بالتبادل. من الناحية الفنية، "المطلق" هو الموصل (مثل محول محوري إلى دليل موجي)، بينما يشير "الانتقال" عادةً إلى هيكل التصميم المتكامل على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الذي يربط المجال.

س3: كيف أتحقق من فقدان التركيب نفسه؟ تستخدم عادةً تكوين اختبار "Back-to-Back" (ظهرًا لظهر). تقوم ببناء تركيب به انتقالان متصلان بخط نقل قصير. تقيس الخسارة الكلية وتقسمها على اثنين (مع طرح خسارة الخط) لتقدير الخسارة لكل انتقال.

س4: ما هو أقصى تردد لهذه التركيبات؟ تعمل الانتقالات القائمة على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) بشكل جيد حتى 110 جيجاهرتز (النطاق W). بعد ذلك (النطاق D، النطاق G)، تصبح الأبعاد صغيرة جدًا لدرجة أن الحلول المدمجة في الشريحة (on-chip) أو المعدنية بالكامل غالبًا ما تُفضل على انتقالات لوحات الدوائر المطبوعة.

س5: هل يؤثر التشطيب السطحي للوحة الدوائر المطبوعة؟ نعم. ENIG هو المعيار، ولكن للترددات العالية جدًا (>60 جيجاهرتز)، يمكن أن تضيف طبقة النيكل في ENIG فقدانًا مغناطيسيًا. غالبًا ما تكون الفضة بالغمر (Immersion Silver) أو ENEPIG خيارات أفضل للخسارة المنخفضة جدًا.

س6: كيف يرتبط "ضبط وتقليم الهوائي" بهذا؟ إذا كانت الانتقال يغذي هوائيًا، فإن مطابقة المعاوقة للانتقال تؤثر بشكل مباشر على الطاقة المشعة للهوائي. يمكن لتقليم شبكة الانتقال "ضبط" نظام الهوائي لتحقيق الكفاءة المثلى.

س7: ما هو "Backshort"؟ الـ backshort هو جدار معدني يوضع على مسافة محددة (عادةً $\lambda/4$) خلف المسبار في الدليل الموجي. يعكس الموجات المتجهة للخلف لتعود في طور مع الموجة الأمامية لزيادة نقل الطاقة إلى أقصى حد.

س8: هل يمكن لـ APTPCB تصنيع غلاف التثبيت المعدني أيضًا؟ بينما ينصب تركيزنا الأساسي على لوحات الدوائر المطبوعة، نعمل مع شركاء لتقديم خدمات تجميع كاملة. اتصل بنا للحصول على التفاصيل.

صفحات وأدوات ذات صلة

• مواد لوحات الدوائر المطبوعة من Rogers: ركائز أساسية للانتقالات عالية التردد.
• إرشادات DFM: تأكد من أن تصميم الترددات الراديوية الخاص بك قابل للتصنيع.
• حاسبة المعاوقة: تحقق من أبعاد خط النقل الخاص بك قبل تصميم الانتقال.

مسرد المصطلحات (المصطلحات الرئيسية)

للتنقل في المشهد التقني لانتقالات الدليل الموجي، من الضروري الإلمام بهذه المصطلحات.

المصطلح	التعريف
الدليل الموجي	أنبوب معدني مجوف يستخدم لنقل موجات الراديو عالية التردد.
نمط TE	نمط كهربائي عرضي؛ يكون المجال الكهربائي عموديًا على اتجاه الانتشار.
نمط TEM	نمط كهرومغناطيسي عرضي؛ يكون كل من المجالين الكهربائي والمغناطيسي عموديين على الانتشار (نموذجي في Coax/PCB).
الشريط الدقيق	نوع من خطوط النقل الكهربائية يمكن تصنيعه باستخدام تقنية لوحات الدوائر المطبوعة.
SIW	دليل موجي مدمج في الركيزة؛ دليل موجي اصطناعي يتكون في ركيزة عازلة بواسطة صفين من الثقوب الموصلة.
انتقال المسبار	طريقة حيث يبرز مسار PCB في الدليل الموجي ليعمل كهوائي.
الزعنفة المعدنية	خط نقل دليل موجي تكون فيه زعنفة معدنية معلقة في مستوى E للدليل الموجي.
تردد القطع	أدنى تردد يمكن لنمط الدليل الموجي أن ينتشر عنده.
قصر خلفي	إنهاء دائرة قصر يستخدم لعكس الطاقة في طور معين.
VNA	محلل الشبكة المتجه؛ أداة تستخدم لقياس معلمات الشبكة (معلمات S).
S11	معامل الانعكاس (فقدان العودة)؛ يقيس مقدار الطاقة التي ترتد من الانتقال.
S21	معامل الإرسال (فقدان الإدخال)؛ يقيس مقدار الطاقة التي تمر عبر الانتقال.

الخلاصة (الخطوات التالية)

إن تركيبة الانتقال من الدليل الموجي إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هي البطل المجهول لأنظمة الموجات المليمترية الحديثة. إنها تسد الفجوة بين عالم الدلائل الموجية المتين ومنخفض الفقدان، وعالم لوحات الدوائر المطبوعة المدمج والمتكامل. يتطلب تحقيق انتقال عالي الأداء نهجًا شاملاً يجمع بين المحاكاة الكهرومغناطيسية الدقيقة، واختيار المواد الصحيح، وتفاوتات التصنيع الصارمة.

سواء كنت تقوم بتطوير رادار سيارات من الجيل التالي أو روابط بيانات عالية السرعة، يجب التعامل مع الانتقال كمكون دقيق، وليس مجرد موصل.

هل أنت مستعد لتصنيع تصاميمك عالية التردد؟ في APTPCB، نحن متخصصون في التفاوتات الدقيقة والمواد المتقدمة المطلوبة لانتقالات الدليل الموجي الناجحة.

للحصول على عرض أسعار أو مراجعة DFM، يرجى تقديم:

1. ملفات Gerber: مع طبقات تحديد واضحة لمنطقة الانتقال.
2. تفاصيل التراص: بما في ذلك أنواع المواد المحددة (مثل Rogers 3003, RO4350B).
3. مخطط الثقب: مع إبراز أي متطلبات للثقب الخلفي.
4. الانتهاء السطحي: تحديد ENIG، أو الفضة الغاطسة، أو ENEPIG.
5. مواصفات التفاوت: مع ذكر الأبعاد الحرجة لفجوة الانتقال بشكل صريح. احصل على عرض أسعار اليوم وتأكد من أن إشارة RF الخاصة بك تنتقل بسلاسة.

Related links

• مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) من Rogers
• إرشادات DFM
• حاسبة المعاوقة
• احصل على عرض أسعار