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Estas frecuencias fueron reservadas una vez para los militares, cuando el costo y la dificultad de desarrollar circuitos de ondas milimétricas fueron prohibidos para uso civil. Pero con los avances en tecnologías clave como materiales y circuitos, miles de aplicaciones de ondas milimétricas han aparecido en el sistema de radar automotriz de 77 ghz, que junto con la tecnología de conducción autónoma hacen que los viajes por carretera sean más seguros. Para garantizar el mejor estado de funcionamiento del sistema de radar de ondas milimétricas, cómo elegir el material de placa de circuito impreso más adecuado se ha convertido en el paso más crítico en el proceso de diseño del Circuito de ondas milimétricas.
El impacto de los medios eléctricos en DK
DK es uno de los muchos parámetros a tener en cuenta al diseñar materiales de placa de circuito adecuados para circuitos de ondas milimétricas, como el radar anticolisión automotriz de 77 ghz, y los cambios en DK deben controlarse lo más cerca posible de sus valores nominales. Además, otros parámetros de material que pueden afectar el rendimiento del Circuito de ondas milimétricas incluyen: df, espesor del material, calidad del conductor de cobre, absorción de humedad y efecto de "tejido de vidrio" causado por el refuerzo de fibra de vidrio. Del mismo modo, la consistencia es crucial, especialmente a frecuencias de ondas milimétricas, y los cambios drásticos en estos parámetros también pueden afectar el rendimiento del circuito.
Estos diferentes parámetros del circuito afectan el valor "design dk" del material de la placa de circuito. Para garantizar que la descripción de DK sea clara y correcta, el "dk válido" aquí se refiere al valor total de DK generado durante la propagación de la señal. Para las líneas de microstrip, "dk efectiva" se refiere al valor compuesto de DK en el Medio y DK en el aire alrededor del medio. "Dk de diseño" se refiere al valor DK del propio material sobre la base de "dk efectivo", es decir, el valor obtenido después de eliminar el impacto del aire circundante en dk.
Efectos de la lámina de cobre en DK
Todos los componentes del material de la placa de circuito afectan al "diseño dk", por lo que se tienen en cuenta los parámetros de todos los componentes de la placa de circuito. Por ejemplo, la masa de un conductor de cobre puede afectar el rendimiento del circuito a una frecuencia de onda milimétrica. Los conductores de cobre de alta calidad proporcionan una alta conductividad eléctrica y una resistencia consistente para las líneas de transmisión, que es clave para la estabilidad de fase a frecuencias de ondas milimétricas, como en aplicaciones de radar automotriz de 77 ghz.
Se midió la pérdida de inserción de la línea de transmisión 50 Ímicrostrip de corriente continua a 110 GHz para comparar las características de pérdida de diferentes conductores de cobre. El efecto de la rugosidad de la superficie del cobre en la pérdida del conductor y la pérdida de inserción es obvio (como se muestra en la figura 4). El espesor del material de la placa de circuito también puede afectar la pérdida causada por la superficie áspera del cobre. Cuanto más delgado sea el material, mayor será la influencia de la lámina de cobre áspera.
Cómo mantener la estabilidad de DK
El radar vehicular que funciona a 77 GHz puede detectar pequeñas diferencias de fase en la señal reflejada, y cualquier cambio en el "dk de diseño" del material de la placa de circuito afectará el Estado de fase, reduciendo así la precisión de detección del sistema. Idealmente, desea que el valor DK del material de la placa de circuito se mantenga sin cambios en cualquier condición. Pero lo cierto es que el "dk de diseño" del material puede variar en función de diversos factores como la frecuencia, la temperatura y el grosor. Las fluctuaciones de fase solo pueden no afectar la alta precisión y fiabilidad del sistema si la tolerancia máxima del valor DK del material del circuito Intrinsic se controla en un rango de ± 0,05.
Algunos materiales de PCB basados es es en sistemas de resina de PTFE varían mucho en el valor DK a temperatura ambiente (unos 25 ° c). Para la mayoría de las aplicaciones, tcdk se puede controlar en un rango de 0 ± 25 ppm / ° c. En el caso del material de placa de circuito ro3003, cuando la temperatura cambia de - 50 ° C a 150 ° c, el tcdk en la dirección del eje z a una frecuencia de 10 GHz es solo - 3 ppm / ° c. Cuanto menor sea el tcdk, menor será la variación del DK con la temperatura (véase la figura 5), lo que es esencial para las aplicaciones de frecuencia de ondas milimétricas y los circuitos que requieren un rendimiento estable en un amplio rango de temperatura.
Para el radar de 77 ghz, si se elige un material de PCB con un fuerte "efecto de tejido de vidrio", puede verse afectado por el retraso del grupo, el retraso de propagación y los cambios de ángulo de fase. Para garantizar la estabilidad de fase, el circuito de 77 GHz debe seleccionar el material de placa de circuito "tejido de fibra de vidrio de apertura uniforme" como relleno, y el cambio DK del material de placa de circuito debe ser lo más pequeño posible. Si se utiliza como relleno un material de placa de circuito con "protuberancias de vidrio abierto entrelazadas", el valor DK cambiará en unos 0,09 a 77 ghz, lo que dará lugar a una diferencia de fase de unos 100 grados. El ángulo de fase cambia mucho, lo que significa que el retraso de grupo y el retraso de propagación de los circuitos de estos materiales serán muy diferentes. Idealmente, se pueden utilizar materiales que no contengan fibra de vidrio, como los laminados ro3003 o ro3003g2, para evitar el "efecto fibra de vidrio".
Para evaluar el impacto de diferentes materiales de placa de circuito y tipos de conductores de cobre en el circuito, el uso de software de simulación de campo electromagnético de onda completa para simular el circuito, o el procesamiento directo de objetos físicos para la prueba, requiere mucho tiempo y esfuerzo. Una forma más sencilla es usar MWI - 2019, un programa de software gratuito basado en la plataforma Windows de microsoft. El software se puede descargar de forma gratuita desde el sitio web oficial de rogers. El software (ver "más información sobre MWI - 2019") permite a los usuarios usar su base de datos incorporada para verificar el impacto del grosor del material, la rugosidad de la superficie del conductor de cobre y otros parámetros en el "diseño dk". La base de datos también contiene el valor "design dk" de muchos otros materiales diferentes. Aunque los resultados proporcionados por el software son ligeramente imprecisos, su tiempo de cálculo es mucho más rápido que el software de simulación electromagnética de onda completa, lo que puede proporcionar valores iniciales casi inmediatos para los diferentes materiales y parámetros de materiales utilizados en la placa de circuito de onda milimétrica.
