Mikrowellen-Technik - Werkstoffparameter der Leiterplatte beeinflussen die Leistung des Millimeterwellenradars

Diese Frequenzen waren einst dem Militär vorbehalten, als die Kosten und Schwierigkeiten der Entwicklung von Millimeterwellen-Schaltkreisen Verbote für zivile Nutzung waren. Aber mit Durchbrüchen in Schlüsseltechnologien wie Materialien und Schaltungen, Tausende Millimeterwellenanwendungen sind in 77GHz Automobilradarsystemen entstanden, die zusammen mit autonomer Fahrtechnik den Straßenverkehr sicherer machen. Um den optimalen Betriebszustand des Millimeterwellenradarsystems zu gewährleisten, Wie wählt man den am besten geeigneten Druck aus Leiterplatte (PCB) Material wird zum kritischsten Schritt im Millimeterwellen-Schaltungsdesign-Prozess.

Wirkung des Dielektrikums auf Dk

Dk ist einer von vielen Parametern, die bei der Entwicklung von Leiterplattenmaterialien berücksichtigt werden müssen, die für Millimeterwellen-Schaltkreise geeignet sind (wie 77GHz Automobil-Antikollisionsradar), und die Variation von Dk sollte innerhalb des Bereichs nahe seinem Nennwert so weit wie möglich gesteuert werden. Darüber hinaus umfassen andere Materialparameter, die die Leistung von Millimeterwellenschaltungen beeinflussen können: Df, Materialstärke, Kupferleiterqualität, Hygroskopizität und der "Glasflechtungseffekt", der durch Glasfaserverstärkung verursacht wird. Auch hier ist Konsistenz wichtig, insbesondere bei Millimeterwellenfrequenzen, wo dramatische Änderungen dieser Parameter auch die Schaltungsleistung beeinflussen können.

Diese unterschiedlichen Schaltungsparameter beeinflussen den "Design Dk"-Wert des Leiterplattenmaterials. Um sicherzustellen, dass die Beschreibung von Dk klar und eindeutig ist, Der "effektive Dk" bezieht sich hier auf den gesamten Dk-Wert, der während der Ausbreitung des Signals erzeugt wird. Für die Mikrostreifenlinie, "effektiver Dk" bezieht sich auf den Verbundwert von Dk im Medium und Dk in der Luft um das Medium herum. "Design Dk" bezieht sich auf den Dk-Wert des Materials selbst auf Basis von "effektivem Dk", das ist, der Wert, der nach Beseitigung des Einflusses der Umgebungsluft auf Dk erhalten wird.

Einfluss von Kupferfolie auf Dk

Alle Komponenten eines Leiterplattenmaterials beeinflussen das "Design Dk", also berücksichtigen Sie die Parameter aller Komponenten einer Leiterplatte. Zum Beispiel kann die Qualität des Kupferleiters die Leistung der Schaltung bei Millimeterwellenfrequenzen beeinflussen. Hochwertige Kupferleiter bieten eine hohe Leitfähigkeit und konstante Impedanz für Übertragungsleitungen, die der Schlüssel zur Phasenstabilität bei Millimeterwellenfrequenzen sind, wie in 77GHz-Automobilradaranwendungen.

Um die Verlusteigenschaften verschiedener Kupferleiter zu vergleichen, wurde die Einfügedämpfung einer 50­Mikrostreifen-Übertragungsleitung von DC bis 110GHz gemessen. Der Effekt der Kupferoberflächenrauhigkeit auf Leiterverlust und Einfügedämpfung ist offensichtlich (wie in Abbildung 4 gezeigt). Die Dicke des Leiterplattenmaterials beeinflusst auch den Verlust, der durch die raue Kupferoberfläche verursacht wird. Je dünner das Material, desto größer ist der Einfluss der rauen Kupferfolie.

Wie halte ich den Dk stabil

Fahrzeugradare, die bei 77GHz arbeiten, können kleine Unterschiede in der Phase des reflektierten Signals erkennen, und jede Änderung des "Design Dk" des Leiterplattenmaterials beeinflusst den Phasenzustand und verringert dadurch die Erkennungsgenauigkeit des Systems. Idealerweise soll der Dk-Wert des Leiterplattenmaterials unter allen Bedingungen unverändert bleiben. Aber die Realität ist, dass sich das "Design Dk" eines Materials in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie Frequenz, Temperatur und Dicke ändern kann. Nur wenn die maximale Toleranz des INTRINSIC-Schaltungsmaterials Dk-Wert im Bereich von ±0,05 gesteuert wird, kann die Phasenschwankung die hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Systems nicht beeinträchtigen.

Einige PCB-Materialien basierend auf THE PTFE resin system have a steep change in Dk values at room temperature (around 25°C). Für die meisten Anwendungen, TCDk kann im Bereich von 0±25ppm gesteuert werden/°C. Nehmen Sie RO3003 Leiterplattenmaterial als Beispiel, wenn die Temperatur von -50 auf 150°C wechselt, Die TCDk in z-Achse Richtung bei 10GHz Frequenz beträgt nur -3ppm /°C. Je kleiner der TCDk, the less the Dk changes with temperature (see Figure 5), Das ist entscheidend für Millimeterwellenfrequenzanwendungen und für Schaltungen, die eine stabile Leistung über einen weiten Temperaturbereich gewährleisten müssen.

Für 77GHz Radar, wenn das Leiterplattenmaterial mit starkem "Glasgeflecht-Effekt" ausgewählt ist, es kann durch Gruppenverzögerung beeinträchtigt werden, Ausbreitungsverzögerung und Phasenwinkeländerung. Um die Phasenstabilität zu gewährleisten, Das Leiterplattenmaterial mit "einheitlichem offenem Glasfasergeflecht" als Füllstoff sollte für den 77GHz-Schaltkreis ausgewählt werden, und die Dk-Variation des Leiterplattenmaterials sollte so klein wie möglich sein. Wenn ein Leiterplattenmaterial mit "inewoven offenen Glasbroughs" als Füllstoff verwendet wird, Der Dk-Wert ändert sich um ca. 0.09 bei 77GHz, resultierend in einer Phasendifferenz von etwa 100 Grad. Der Phasenwinkel ändert sich stark, was bedeutet, dass die Gruppenverzögerung und Ausbreitungsverzögerung des Kreislaufs dieser Materialien sehr unterschiedlich sein werden. Idealerweise, ein glasfaserfreies Material, wie RO3003 oder RO3003G2 Laminate, kann verwendet werden, um den "Fiberglaseffekt" zu vermeiden.

Um die Wirkung verschiedener Leiterplattenmaterialien und Kupferleitertypen auf die Schaltung zu bewerten, Es erfordert viel Zeit und Mühe, Vollwellen-Simulationssoftware für elektromagnetische Felder zu verwenden, um die Schaltung zu simulieren, oder die reale Sache direkt zum Testen zu verarbeiten. Ein einfacherer Ansatz ist die Verwendung von mWI-2019, Ein kostenloses Softwareprogramm, das auf der Windows-Plattform von Microsoft basiert. Die Software kann kostenlos von der offiziellen Rogers Website heruntergeladen werden. The software (see "More on MWI-2019") allows users to use its built-in database to verify the effect of material thickness, Oberflächenrauheit des Kupferleiters, und andere Parameter auf dem "Design Dk". Die Datenbank enthält auch "Design Dk"-Werte für viele andere Materialien. Während die Software etwas weniger präzise Ergebnisse liefert, Die Rechenzeit ist viel schneller als die von elektromagnetischen Vollwellen-Simulationssoftware, Bereitstellung nahezu sofortiger Anfangswerte für verschiedene Materialien und Materialparameter in Millimeterwellenplatine.