PCB-Neuigkeiten - Millimeterwellenradar PCB Design und PCB Material Lösung

Auto-fahrendes Fahrzeug und Advanced Driving Assistance System (ADAS)-Technologie fördern die schnelle Entwicklung von Millimeterwellen-Radarsensoren und die iterative Aktualisierung der Technologie für Automobile und machen das Fahren und Reisen sicherer. Millimeterwellenradar ist aufgrund seiner hohen Auflösung, der starken Antiblockierleistung, der guten Erkennungsleistung und der geringen Größe zu einem unverzichtbaren Sensor im Automobilfahren und ADAS-System geworden. Mit der zunehmenden Möglichkeit des Millimeterwellenradardesigns in China und der Montage von inländischen Automodellen wurde die Anwendung des Millimeterwellenradars auf weitere Bereiche ausgeweitet. Dieser Artikel beschreibt kurz einige Anwendungsszenarien und Designtrends des Millimeterwellenradars. Die Auswahl der wichtigsten Leiterplattenmaterialien beim Design der Millimeterwellen-Radarantenne und die Schlüsseleigenschaften von Leiterplattenmaterialien werden diskutiert.

77GHzmm-Wellen Radar PCB Anwendungsszenarien

Mit der Entwicklung der Technologie hat sich Millimeterwellenradar in Richtung entwickelt, die Bedürfnisse der Benutzer zu erfüllen, den Erfassungsbereich von nah bis weit zu realisieren und die Messgenauigkeit allmählich zu verbessern. Von der frühesten Geschwindigkeits- und Entfernungsmessung über die Realisierung der Geschwindigkeits-, Distanz- und Winkelmessung bis hin zur Realisierung hochauflösender Bildgebung. Im ADAS-System kann die Anwendung des Millimeterwellenradars in Vorwärtsradar, Rückwärtsradar und Winkelradar entsprechend den verschiedenen Anforderungen und Funktionen des Fahrzeugs unterteilt werden. Es kann auch in Langstreckenradar, Mittelstreckenradar und Kurzstreckenradar je nach Erfassungsabstand unterteilt werden. Die Anwendung des Millimeterwellenradars im ADAS umfasst AEB-Auto-Bremse, FCW-Vorwärtskollisionswarnung, LCA-Kanalassistent, ACC-adaptive Cruise, BSW-Blind-Zone-Überwachung usw.

Design Trend der Automobil Millimeter Wave Radar und PCB Material Solution

Neben der Unterstützung der Fahr- und Fahrsicherheit von Autos hat sich die Anwendung des Automobilmillimeterwellenradars auch auf die Anwendung der Hinderniserkennung beim Parken oder Öffnen von Türen ausgeweitet, wodurch Türkollisionsschäden beim Parken oder Fahren reduziert werden.

Verschiedene andere Anwendungen haben die Vielfalt der Millimeterwellen-Radaranwendungen erhöht und die neue Szene für Millimeterwellen-Radaranwendungen aktiv erweitert. Wenn der Vitalzeichen-Überwachungsradar des Fahrers verwendet wird, können die Vitalzeichen des Fahrers, wie Herzfrequenz und Atemfrequenz, berührungslos überwacht werden, um den Ermüdungszustand des Fahrers zu erfassen und das Ziel des sicheren Fahrens zu erreichen. Der Radarsensor für die Überwachung von Fahrgästen (Erwachsene, Kinder, Haustiere) erreicht auch eine zuverlässige Erkennung von Fahrgästen im Auto berührungslos, verhindert das Auftreten von versehentlichen Haftereignissen während des Reisevorgangs und bietet Verbrauchern eine sichere Reisegarantie.

Design Trends

Die wichtigsten Betriebsfrequenzen des Automobil Millimeter Wellenradars sind 24GHz und 77GHz. Das 24GHz-Band wird hauptsächlich für Kurzstreckenradar verwendet, und der Erfassungsabstand beträgt etwa 50m. Es kann für Totwinkelerkennung und andere Systeme verwendet werden. Aufgrund seiner geringen Bandbreite sind Auflösung und Leistung des Radars jedoch stark eingeschränkt.

Im Gegensatz dazu hat 77-GHz-Radar breite Perspektiven. Seine großen Vorteile sind hohe Genauigkeit, hohe Auflösung und hervorragende Messbarkeit von kurzen bis langen Entfernungen. Die beiden Bänder des 77-GHz-Radars sind 76-77 GHz und 77-81 GHz, mit einer Bandbreite von 1-GHz bzw. 4-GHz. Der enorme Bandbreitenvorteil verbessert die Auflösung und Genauigkeit erheblich. Auf der anderen Seite hat das 77GHz Radar aufgrund seiner Hochfrequenz und kurzen Wellenlänge kleinere Komponenten wie den entworfenen Radarsender oder die Antenne, die die Größe des Radars reduziert und es einfach macht, im Körper zu installieren und zu verstecken. Das 77GHz-Band hat in der globalen Regulierung und Industrieakzeptanz erhebliche Zugkraft gewonnen.

Die Anwendung des 77GHzmm-Wellenradars entspricht dem fortgeschrittenen Stadium der Automobilautomation. Mit der Entwicklung des Automobilfahrens und der Verbesserung der ADAS-Installationsrate werden die meisten 24-GHz-Automobilradarsensoren auf 77-GHz-Band wechseln, und ihre Anforderungen und Anwendungen werden allmählich steigen.

Design Trend der Automobil Millimeter Wave Radar und PCB Material Solution

Das 77GHzmm-Wellenradar-Systemmodul basiert auf dem Entwurf des FMCW-Radars. Die meisten von ihnen verwenden komplette Single-Chip-Lösungen wie TI, Infineon oder NXP. HF-Frontend, Signalverarbeitungseinheit und Steuereinheit sind im Chip integriert und bieten mehrere Signalübertragungs- und Empfangskanäle. Das Leiterplattendesign des Radarmoduls variiert je nach Antennendesign des Kunden, aber es gibt mehrere Hauptwege.

Die erste Art verwendet PCB-Material mit ultra-geringem Verlust als Trägerplatte für das Top-Antennendesign. Das Antennendesign verwendet normalerweise eine Patchantenne, und die zweite Schicht des Stapels ist die Schicht der Antenne und ihres Feeders. Andere laminierte Leiterplattenmaterialien sind FR-4. Dieses Design ist relativ einfach, einfach zu verarbeiten und niedrige Kosten. Aufgrund der dünneren Dicke von extrem verlustarmen PCB-Materialien (normalerweise 0,127mm) muss jedoch auf den Effekt der Kupferfolienrauhigkeit auf Verlust und Konsistenz geachtet werden. Gleichzeitig muss der schmale Feeder der Microstrip Patchantenne auf die Genauigkeitskontrolle der Bearbeitungslinienbreite achten.

Die zweite Entwurfsmethode verwendet die dielektrische integrierte Wellenleiterschaltung (SIW), um die Antenne des Radars zu entwerfen, die keine Patchantenne mehr ist. Neben Antennen verwenden andere Leiterplattenstacks FR-4 Materialien als Radarsteuerung und Leistungsschicht wie in der ersten Weise. PCB-Materialien, die in diesem SIW-Antennendesign verwendet werden, verwenden immer noch PCB-Materialien mit ultra-geringem Verlust, um Verluste zu reduzieren und die Antennenstrahlung zu erhöhen. Die Dickenauswahl der Materialien führt in der Regel zu einer größeren Bandbreite mit dickeren Leiterplatten und weniger Rauheit der Kupferfolie. Es gibt keine weiteren Probleme bei der Verarbeitung schmalerer Linienbreite. Allerdings müssen die Lochbearbeitung und Positionsgenauigkeit von SIW berücksichtigt werden.

Die dritte Entwurfsmethode besteht darin, die laminierte Struktur von Mehrschichtplatten mit extrem verlustarmen Materialien zu entwerfen. Je nach Anforderung ist es möglich, Materialien mit sehr geringem Verlust für mehrere Schichten zu verwenden oder Materialien mit geringem Verlust für alle Schichten zu verwenden. Diese Entwurfsmethode erhöht die Flexibilität des Schaltungsdesigns erheblich, erhöht den Integrationsgrad und reduziert die Größe des Radarmoduls weiter. Der Nachteil ist jedoch, dass die relativen Kosten hoch sind und der Verarbeitungsprozess relativ komplex ist.

Design Trend der Automobil Millimeter Wave Radar und PCB Material Solution

Wesentliche Erwägungen

Für verschiedene Leiterplattendesigns von Millimeterwellen-Radarsensoren ist ein gemeinsames Merkmal, dass PCB-Material mit extrem geringem Verlust benötigt wird, um Schaltungsverluste zu reduzieren und die Antennenstrahlung zu erhöhen. Leiterplattenmaterial ist die Schlüsselkomponente beim Design von Radarsensoren. Die Auswahl des geeigneten Leiterplattenmaterials kann die Stabilität und Konsistenz des Millimeterwellenradarsensors gewährleisten.

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Abbildung 4. Mikrostreifenantenne des Automobilradarsensors

Die Leistung von Leiterplattenmaterialien für 77GHzmm-Wellenradar muss unter diesen Aspekten betrachtet werden:

Erstens, die elektrischen Eigenschaften des Materials, die der primäre Faktor bei der Konstruktion des Radarsensors und der Auswahl des Leiterplattenmaterials ist. Die Auswahl von Leiterplattenmaterialien mit stabiler Dielektrizitätskonstante und extrem geringem Verlust ist für die Leistung des 77GHzmm-Wellenradars unerlässlich. Die stabile dielektrische Konstante und der Verlust können dazu führen, dass die Antenne genaue Phase empfängt und empfängt, die den Antennengewinn, den Abtastwinkel oder die Reichweite verbessern und die Genauigkeit der Radarerkennung und -positionierung verbessern kann. Die Stabilität der dielektrischen Konstante und der Verlusteigenschaft der Leiterplatte gewährleistet nicht nur die Stabilität verschiedener Materialchargen, sondern stellt auch sicher, dass die Variation innerhalb derselben Platte klein ist und eine sehr gute Stabilität aufweist.

Die Oberflächenrauheit der Kupferfolie, die in PCB-Material verwendet wird, beeinflusst die dielektrische Konstante und den Verlust der Schaltung. Je dünner das Material, desto größer ist die Oberflächenrauheit der Kupferfolie auf der Schaltung. Je gröber der Kupferfolientyp, desto größer die Rauheitsänderung an sich, führt auch zu größeren Änderungen der dielektrischen Konstante und des Verlustes und beeinflusst die Phasencharakteristik des Schaltkreises.

Zweitens muss die Zuverlässigkeit des Materials berücksichtigt werden. Die Zuverlässigkeit von Materialien bezieht sich nicht nur auf die hohe Zuverlässigkeit von Materialien in der PCB-Verarbeitung, die durch den Verarbeitungsprozess, durch Löcher, Kupferfolienbindung usw. beeinflusst wird, sondern umfasst auch die langfristige Zuverlässigkeit von Materialien. Ob die elektrische Leistung von Leiterplattenmaterial im Laufe der Zeit und unter verschiedenen Arbeitsbedingungen, wie unterschiedlichen Temperaturen oder Luftfeuchten, stabil bleibt, ist von großer Bedeutung für die Zuverlässigkeit von Automobilradarsensoren und die Anwendung von Automobil-ADAS-Systemen.

Im Allgemeinen ist es für das Antennendesign des 77GHz Radarsensors notwendig, Materialien mit stabiler dielektrischer Konstante und ultra-geringem Verlust zu wählen. Glatte Kupferfolie kann den Schaltungsverlust und die dielektrische konstante Toleranzänderung weiter reduzieren. Gleichzeitig sollten Materialien zuverlässige elektrische und mechanische Eigenschaften mit Zeit, Temperatur, Feuchtigkeit und anderen externen Arbeitsumgebungen haben.

Auswahl des Leiterplattenmaterials

Rogers arbeitet seit den Anfängen der Automobil-Millimeterwellen-Radar-Entwicklung mit den weltweit führenden Herstellern von Radarmodulen zusammen, um das RO3003 ohne Glastuch auf den Markt zu bringen. Die Leistung des Materials wurde in allen Aspekten rigoros überprüft und kann die Anforderungen des 77-GHz-Radarsensors erfüllen. RO3003 Das Material ist im 77GHz Millimeter-Wellenradar weit verbreitet und hat eine sehr stabile dielektrische Konstante und ultra-niedrige Verlustcharakteristik (der Verlustfaktor ist 0.001 unter herkömmlichem Test bei 10GHz). Gleichzeitig reduziert die Struktur ohne Glasgewebe die lokale dielektrische konstante Änderung im Millimeterband weiter, beseitigt den Glasfasereffekt des Signals und erhöht die Phasenstabilität des Radarsensors weiter. RO3003 Das Material verfügt außerdem über eine extrem niedrige Wasseraufnahme (0,04% @D48/50), eine sehr niedrige dielektrische Konstante (TCDk) Stabilität (-3ppm/?C), was auch eine RO3003-basierte Leistung gewährleistet. Material-Millimeterwellen-Radarsensoren können über Zeit, Temperatur und Umgebung immer noch eine hervorragende Leistung beibehalten. Die Auswahl verschiedener Arten von Kupferfolien und die Wahl der niedrigen Kupferdicke durch das Produkt tragen auch dazu bei, die Verarbeitungsgenauigkeit und Produktausbeute zu verbessern und dem Radarsensor eine bessere Leistung zu ermöglichen.

Mit der Entwicklung des 79GHz Band (77-81GHz) Radarsensors hat es eine breitere Signalbandbreite, die die Auflösung des Radarsensors weiter verbessern, den Abtastwinkel erhöhen und sogar 4D-Abbildungen realisieren kann. Rogers basiert auf RO3003 Auf der Basis von Materialien wird RO3003G2 Material entwickelt und eingeführt, um den höheren Leistungsanforderungen von Radarsensoren für Leiterplattenmaterialien gerecht zu werden. Verglichen mit RO3003 Material, RO3003G2 Das spezielle Füllsystem ist im Materialsystem optimiert, das die Füllpartikel reduziert, die Gleichmäßigkeit des Materialsystems verbessert und die dielektrische konstante Toleranz zwischen der gesamten Platte und den Chargeneigenschaften weiter reduziert. Kleinere und einheitliche Füllsysteme ermöglichen auch kleinere Durchgangsbohrungen während der Leiterplattenbearbeitung. RO3003G2 Glattere Kupferfolie wird ausgewählt, um die Einfügedämpfung in den Schaltkreis zu reduzieren, und ihre Leistung ist sehr nah an RO3003 Einfügedämpfungsleistung von kalandriertem Kupfer des Materials.