Mikrowellen-Technik - Automobil Millimeterwellen Radar Design Trend und PCB Material Lösungen

Die rasante Entwicklung der Automobilindustrie Millimeterwellenradar Sensoren und die iterative Aktualisierung der Technologie machen auch Fahren und Reisen sicherer. Millimeterwellenradar mit eigener hoher Auflösung, starke Antiblockierleistung, gute Erkennungsleistung, kleine Größe und andere Vorteile, ist ein unverzichtbarer Sensor im Autofahren und ADAS-System geworden. Mit der Zunahme der inländischen Millimeterwellenradar Design und Einbauwahrscheinlichkeit von inländischen Modellen, die Anwendung von Millimeterwellenradar wird auch um weitere Aspekte erweitert. Dieser Artikel beschreibt kurz einige Anwendungsszenarien und DesignTrends von Millimeterwellenradar; Die Auswahl des Schlüssels Leiterplattenmaterialien und die wichtigsten Merkmale von Leiterplattenmaterialien in der Gestaltung von Millimeterwellenradar Antennen werden diskutiert.

Anwendungsszenarien

Mit der Entwicklung der Technologie verläuft die Entwicklung des Millimeterwellenradars auch entlang der Richtung, die Bedürfnisse der Benutzer zu erfüllen, den Erfassungsbereich von nah bis weit zu realisieren, und die Messgenauigkeit wird schrittweise verbessert. Von der frühesten Geschwindigkeitsmessung und Bereichsmessung über die Realisierung von Geschwindigkeitsmessung, Bereichsmessung und Winkelmessung bis hin zur Realisierung hochauflösender Bildgebung. Im ADAS-System kann die Anwendung des Millimeterwellenradars nach verschiedenen Fahrzeuganforderungen und Funktionen unterteilt werden. Zum Beispiel kann es in Vorwärtsradar, Rückwärtsradar und Winkelradar entsprechend verschiedenen Einbaupositionen an Fahrzeugen unterteilt werden; Es kann auch in Langstreckenradar, Mittelstreckenradar und Kurzstreckenradar entsprechend der Erkennungsabstand unterteilt werden. Die Anwendung des Millimeterwellenradars im ADAS umfasst AEB automatisches Bremsen, FCW Vorwärtskollisionswarnung, LCA Spurwechselhilfe, ACC Adaptive Cruise, BSW blinde Bereichsüberwachung und so weiter.

Automobil-Millimeter-Wellenradar

Zusätzlich zur Unterstützung der Fahrzeugfahr- und Fahrsicherheit wird die Anwendung des Fahrzeugmillimeterwellenradars auch auf die Anwendung der Hinderniserkennung beim Einparken oder Öffnen der Tür ausgedehnt, um den Kollisionsschaden der Tür beim Einparken oder Öffnen der Tür zu reduzieren.

Verschiedene andere Anwendungen erhöhen die Vielfalt der Millimeterwellenradanwendungen und erweitern aktiv die neuen Anwendungsszenarien des Millimeterwellenradars. Zum Beispiel kann der Fahrer-Vitalzeichen-Überwachungsradar-Sensor eine berührungslose Überwachung der Fahrer-Vitalzeichen, wie Herzfrequenz und Atemfrequenz realisieren, um den Ermüdungszustand des Fahrers zu erfassen und den Zweck des sicheren Fahrens zu erreichen. Der RadarSensor für die Überwachung des Fahrgastmitglieds realisiert auch die zuverlässige Erkennung der Passagiere (Erwachsene, Kinder, Haustiere) im Auto berührungslos, um das Auftreten von versehentlichen Festhalten während des Reisevorgangs zu vermeiden und sicheren Reiseschutz für Verbraucher zu bieten.

PCB-Design trends

Die Arbeitsfrequenz des Automobil-Millimeter-Wellenradars umfasst hauptsächlich 24GHz-Band und 77GHz-Band. 24GHz Band wird hauptsächlich für Kurzstreckenradar mit Erfassungsbereich von etwa 50m verwendet, die für Totwinkelerkennungssystem verwendet werden kann. Aufgrund seiner geringen Bandbreite sind Auflösung und Leistung des Radars jedoch stark eingeschränkt.

Relativ gesehen hat 77GHz Radar breite Perspektiven. Seine großen Vorteile sind hohe Präzision, hohe Auflösung und hervorragende Messbarkeit von kurzer bis großer Entfernung. Die beiden Frequenzbänder des 77GHz Radars sind 76-77ghz und 77-81ghz. Die Bandbreite beträgt jeweils 1GHz und 4GHz. Der enorme Bandbreitenvorteil verbessert die Auflösung und Genauigkeit erheblich. Auf der anderen Seite sind aufgrund der Hochfrequenz und der kurzen Wellenlänge des 77GHz Radars der entworfene Radar-Transceiver oder Antenne und andere Komponenten kleiner, was die Gesamtgröße des Radars reduziert und es einfach macht, in der Karosserie zu installieren und zu verstecken. Das 77GHz-Band hat in Bezug auf globale Regulierung und Industrieakzeptanz an Attraktivität gewonnen.

Die Anwendung des 77GHz Millimeter Wellenradars entspricht dem fortgeschrittenen Stadium der Automobilautomation. Mit der Entwicklung des automatisch fahrenden Fahrzeugs und der Erhöhung der ADAS installierten Rate wenden sich die meisten 24-GHz-Fahrzeugradarsensoren dem 77-GHz-Band zu, und ihre Nachfrage und Anwendung werden allmählich zunehmen.

Marktentwicklung von Radarsensoren in verschiedenen Frequenzbändern

Die 77GHz Millimeter Wellenradar Systemmodul basiert auf dem FMCW Radar Design Schema, und nimmt meist die komplette Einzelchip-Lösung wie Ti an, Infineon oder NXP, das RF-Frontend integriert, Signalverarbeitungseinheit und Steuereinheit, und bietet mehrere Signal Sende- und Empfangskanäle. The PCB-Design Das Radarmodul variiert je nach Antennendesign der Kunden, aber es gibt hauptsächlich diese Wege.

Die erste ist eine Trägerplatine mit extrem verlustarmem PCB-Material als oberste Schicht des Antennendesigns. Microstrip Patch Antenne wird normalerweise im Antennendesign verwendet, und die zweite Schicht des Stapels wird als Schicht der Antenne und seines Feeders verwendet. FR-4 wird für andere Leiterplattenmaterialien verwendet. Dieses Design ist relativ einfach, einfach zu verarbeiten und niedrige Kosten. Aufgrund der dünnen Dicke der ultraverlustarmen Leiterplatte (normalerweise 0.127mm) ist es jedoch notwendig, auf den Einfluss der Kupferfolienrauhigkeit auf Verlust und Konsistenz zu achten. Gleichzeitig muss der schmale Feeder der Microstrip Patchantenne auf die Präzisionssteuerung der Linienbreite achten.

Die zweite Entwurfsmethode verwendet SIW-Schaltung, um Radarantenne zu entwerfen, die keine Microstrip-Patchantenne mehr ist. Neben der Antenne verwenden die anderen PCB-Stacks immer noch FR-4 Material als Radarsteuerung und Leistungsschicht als ersten Weg. Das PCB-Material, das in diesem SIW-Antennendesign verwendet wird, ist immer noch PCB-Material mit ultrageringem Verlust, das den Verlust reduzieren und die Antennenstrahlung erhöhen kann. Die Dicke des Materials ist normalerweise dicker als die der Leiterplatte, um die Bandbreite zu erhöhen, was auch den Einfluss der Kupferfolienrauhigkeit verringern kann, und es gibt keine anderen Probleme bei der Verarbeitung schmaler Linienbreite. Aber wir müssen das Problem von SIW durch Lochbearbeitung und Positionsgenauigkeit betrachten.

Die dritte Entwurfsmethode besteht darin, mehrschichtige Strukturen mit extrem verlustarmen Materialien zu entwerfen. Entsprechend verschiedenen Anforderungen können einige von ihnen Materialien mit ultra-geringem Verlust verwenden, oder alle von ihnen können Materialien mit ultra-geringem Verlust verwenden. Dieses Design erhöht die Flexibilität des Schaltungsdesigns erheblich, erhöht die Integration und reduziert die Größe des Radarmoduls weiter. Aber der Nachteil sind relativ hohe Kosten, der Verarbeitungsprozess ist relativ komplex.

Unterschiedliches PCB-Design des RadarSensoren

Erwägungen zum PCB-Material

Für verschiedene PCB-Designs von Millimeterwellen-Radarsensoren gibt es ein gemeinsames Merkmal, dass PCB-Materialien mit extrem geringem Verlust benötigt werden, um Schaltungsverluste zu reduzieren und die Antennenstrahlung zu erhöhen. Leiterplattenmaterial ist die Schlüsselkomponente des Radarsensordesigns. Die Wahl des geeigneten Leiterplattenmaterials kann die hohe Stabilität und Leistungskonsistenz des Millimeterwellenradarsensors gewährleisten.

Die Leistung von Leiterplattenmaterial für 77GHz Millimeter Wellenradar sollte von den folgenden Aspekten betrachtet werden

Die erste sind die elektrischen Eigenschaften des Materials, die der primäre Faktor bei der Konstruktion von Radarsensoren und der Auswahl von Leiterplattenmaterialien ist. Die Auswahl von Leiterplattenmaterialien mit stabiler dielektrischer Konstante und ultra-geringem Verlust ist sehr wichtig für die Leistung von 77GHz Millimeter Wellenradar. Stabile Permittivität und Verlust können dazu führen, dass die empfangende und sendende Antenne eine genaue Phase erhält, um Antennengewinn und Abtastwinkel oder -bereich zu verbessern und die Radarerkennung und Positionierungsgenauigkeit zu verbessern. Die Stabilität der dielektrischen Konstante und des Verlustes der Leiterplatte muss nicht nur die Stabilität verschiedener Materialchargen gewährleisten, sondern muss auch sicherstellen, dass die Änderung in der gleichen Platine klein ist und eine sehr gute Stabilität hat.

Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie, die in PCB-Material verwendet wird, beeinflusst die dielektrische Konstante und den Verlust der Schaltung. Je dünner das Material ist, desto größer ist der Einfluss der Oberflächenrauheit der Kupferfolie auf die Schaltung. Je rauer die Art der Kupferfolie, desto größer ist die Änderung ihrer eigenen Rauheit, die auch die größeren Änderungen der dielektrischen Konstante und des Verlustes verursacht und die Phaseneigenschaften der Schaltung beeinflusst.

Zweitens sollte die Zuverlässigkeit von Materialien berücksichtigt werden. Die Zuverlässigkeit von Materialien bezieht sich nicht nur auf die hohe Zuverlässigkeit von Materialien in der PCB-Verarbeitung, wie Laminierung, Einfluss des Verarbeitungsprozesses, Durchgangsloch, Kupferfolienhaftung, sondern umfasst auch die langfristige Zuverlässigkeit von Materialien. Ob die elektrische Leistung von Leiterplattenmaterial mit zunehmender Zeit stabil bleiben kann und ob es in verschiedenen Arbeitsumgebungen, wie unterschiedlicher Temperatur oder Luftfeuchtigkeit stabil bleiben kann, ist für die Zuverlässigkeit von Automobilradarsensoren und die Anwendung von Automobil-ADAS-Systemen selbstverständlich.

Im Allgemeinen ist es für das Antennendesign des 77GHz Radarsensors notwendig, die Auswahl von Materialien mit stabiler dielektrischer Konstante und ultra-geringem Verlust zu berücksichtigen. Die Wahl einer glatteren Kupferfolie kann den Schaltungsverlust und die Permittivitätstoleranz weiter reduzieren; Gleichzeitig sollte das Material zuverlässige elektrische und mechanische Eigenschaften mit Zeit, Temperatur, Feuchtigkeit und anderen externen Arbeitsumgebungen haben.

Auswahl des Leiterplattenmaterials

Rogers arbeitet seit der frühen Entwicklung des automobilen Millimeterwellenradars mit den weltweit führenden Radarmodulherstellern zusammen. Es lancierte ro3003 ohne Glastuch Die Leistung des Materials wurde in verschiedenen Aspekten rigoros überprüft und kann die Anforderungen des 77GHz Radarsensors erfüllen. RO3003 Das Material ist im 77GHz Millimeter Wellenradar weit verbreitet und hat sehr stabile dielektrische Konstante und ultra-niedrige Verlusteigenschaften (der Verlustfaktor ist 0.001 bei 10GHz durch konventionellen Test); Gleichzeitig reduziert die Struktur ohne Glasgewebe die Änderung der lokalen dielektrischen Konstante im Millimeterwellenband weiter, beseitigt den Glasfasereffekt des Signals und erhöht die Phasenstabilität des Radarsensors weiter. RO3003 Das Material hat auch die Eigenschaften der ultra-niedrigen Wasseraufnahme (0.04% @ d48,50), extrem niedrigen dielektrischen Konstanten mit Temperatur (tcdk) Stabilität (- 3ppm bis ° C), die auch die Stabilität von ro3003 gewährleistet Der Millimeterwellenradarsensor des Materials kann immer noch ausgezeichnete Leistung mit der Änderung von Zeit, Temperatur und Umgebung aufrechterhalten. Die Auswahl verschiedener Kupferfolientypen und niedriger Kupferdicke tragen auch dazu bei, die Verarbeitungsgenauigkeit und den Ertrag von Produkten zu verbessern und den Radarsensor zu einer besseren Leistung zu machen.

Mit der Entwicklung des 79ghz (77-81ghz) Radarsensors hat es eine breitere Signalbandbreite, die die Auflösung des Radarsensors weiter verbessern, den Abtastwinkel erhöhen und sogar 4D-Bildgebung realisieren kann. Rogers basierend auf ro3003 Basierend auf den Materialien wurde ro3003g2 entwickelt und auf den Markt gebracht ™ Materialien, um den höheren Anforderungen an Radarsensor für die Leiterplattenmaterialleistung gerecht zu werden. Verglichen mit ro3003 ™ Material, ro3003g2 ™ Im Materialsystem ist das spezielle Verpackungssystem optimiert, um die Füllstoffpartikel zu reduzieren, die Gleichmäßigkeit des Materialsystems zu verbessern und die Permittivitätstoleranz zwischen der gesamten Platte und Charge weiter zu reduzieren; Das kleinere und einheitliche Verpackungssystem ermöglicht es auch, kleinere durch Design in der PCB-Verarbeitung zu erreichen; RO3003G2 Die glattere Kupferfolie wird ausgewählt, um die Einfügedämpfung in der Schaltung zu reduzieren, und ihre Leistung ist sehr nah an der von ro3003 Die Einfügedämpfungseigenschaften von gewalztem Kupfer wurden untersucht.

Vergleich zwischen ro3003g2 und ro3003

Darüber hinaus Rogers clte-mw und ro4835 Die Materialien können die verschiedenen Anforderungen der Kunden im 77GHz Radarsensor-Design auch erfüllen. CLTE-MW Es basiert auf PTFE-Harzsystem und hat einen sehr geringen Verlustfaktor (DF 0) 0015@10GHz ï¼�Es wird durch ein spezielles verlustarmes vonfenes Glasfasergewebe verstärkt, das zusammen mit einheitlichem Füllstoff eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität bietet und den Einfluss des Glasfasereffekts minimiert. Es gibt eine Vielzahl von Dickenoptionen von 3mil bis 10mil, um clte-mw zu machen.

Verlusteigenschaften verschiedener Materialien

RO4835 The material is based on Rogers ro4000 The dielectric constant is matched with the low dielectric constant (DK) commonly used in 77GHz radar sensors. Zur gleichen Zeit, Es hat die Eigenschaften einer extrem niedrigen Einfügedämpfung und der gleichen Verarbeitbarkeit wie Produkte der Serie ro4000. Die Auswahl der special low loss open fiber glass cloth also improves the performance consistency of the material in the millimeter wave band, so dass die Antenne konsistentere Phasencharakteristiken und höhere Antennengewinne erhalten kann. RO4835 Niedrige Kosten und kostengünstige Materialien sind die erste Wahl bei der Konstruktion von 77GHz / 79ghz Radarsensor.

Offene Glasfasergewebe aus ro4835 Material

Die einzigartigen Vorteile des 77GHz Millimeterwellenradar Sensor machen es zu einem unverzichtbaren Teil des automatisch fahrenden Fahrzeugs. Die 77GHz / 79ghz Radarsensor mit breiterer Bandbreite und höherer Auflösung ist allmählich zum Mainstream geworden. Für verschiedene Radarsensoren Design-Schemata, the characteristics of PCB circuit materials determine the performance des Radarsensors antenna to a great extent. Als globaler Marktführer für fortschrittliche technische Werkstoffe, Rogers Technologie ist verpflichtet, verschiedene Materialien zu entwickeln, um die Designanforderungen der Kunden zu erfüllen. RO3003G2 / RO3003 / CLTE-MW / RO4835 Und andere Materiallösungen, Rechtzeitig für Kunden, um die Entwurfsprobleme zu lösen. Zur gleichen Zeit, Das globale Kunden- und technische Support-Team der Rogers-Firma kann eine engere Zusammenarbeit mit Kunden sicherstellen, Lösung einer Reihe von Problemen im Kundendesign, Verarbeitung und Prüfung, und beschleunigen Sie den Kundendesignzyklus.