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La tecnología de vehículos autónomos y sistemas avanzados de asistencia a la conducción (adas) ha impulsado el rápido desarrollo de sensores de radar de ondas milimétricas y la actualización iterativa de la tecnología automotriz, lo que también ha hecho que la conducción y los desplazamientos sean más seguros. El radar de ondas milimétricas tiene las ventajas de alta resolución, fuerte capacidad antiinterferencia, buen rendimiento de detección y pequeño tamaño, y se ha convertido en un sensor indispensable en la conducción de automóviles y el sistema adas. Con la creciente posibilidad de diseño de radares de ondas milimétricas en China y la instalación de modelos nacionales, la aplicación de radares de ondas milimétricas se ha extendido a más campos. Este artículo presentará brevemente algunos escenarios de aplicación y tendencias de diseño del radar de ondas milimétricas. Se discuten la selección de materiales clave de PCB y las características clave de los materiales de PCB en el diseño de antenas de radar de ondas milimétricas.
Escenario de aplicación de PCB de radar de onda 77ghzmm
Con el desarrollo de la tecnología, el radar de ondas milimétricas se está desarrollando en la dirección de satisfacer las necesidades de los usuarios, lograr un rango de detección cercano a lejano y mejorar gradualmente la precisión de la medición. Desde las primeras mediciones de velocidad y distancia hasta la realización de mediciones de velocidad, distancia y ángulo, hasta ahora la realización de imágenes de mayor resolución. En el sistema adas, de acuerdo con los diferentes requisitos y funciones del vehículo, la aplicación del radar de ondas milimétricas se puede dividir en Radar delantero, radar trasero y radar de ángulo. Según la distancia de detección, también se puede dividir en Radar de largo alcance, radar de mediano alcance y radar de corto alcance. Las aplicaciones del radar de ondas milimétricas en Adas incluyen frenos automáticos aeb, alerta de colisión delantera fcw, asistencia de canal lca, crucero adaptativo acc, monitoreo de puntos ciegos bsw, etc.
Tendencias de diseño de radares de ondas milimétricas automotrices y soluciones de materiales de PCB
Además de ayudar a la seguridad de la conducción y conducción del automóvil, la aplicación del radar de ondas milimétricas del automóvil también se extiende a la aplicación de detección de obstáculos al aparcar o abrir la puerta, reduciendo los daños causados por colisiones en las puertas al aparcar o conducir.
Diversas otras aplicaciones han aumentado la diversidad de aplicaciones de radar de ondas milimétricas y han ampliado activamente nuevos escenarios de aplicaciones de ondas milimétricas. Si se utiliza el sensor de radar de monitoreo de signos vitales del conductor, se pueden monitorear los signos vitales del conductor sin contacto, como la frecuencia cardíaca y la frecuencia respiratoria, percibiendo así el Estado de fatiga del conductor y logrando el propósito de conducir con seguridad. Los sensores de radar de monitoreo de los miembros de los pasajeros también logran una detección confiable sin contacto de los pasajeros en el automóvil (adultos, niños, mascotas), evitando la ocurrencia de retenciones accidentales durante el viaje y proporcionando a los consumidores una seguridad de viaje.
Tendencias del diseño
Las principales frecuencias de trabajo de los radares de ondas milimétricas automotrices son de 24 GHz y 77 ghz. La banda de 24 GHz se utiliza principalmente para radares de corto alcance, con una distancia de detección de unos 50 m. Se puede utilizar para la detección de puntos ciegos y otros sistemas. Sin embargo, debido a su ancho de banda estrecho, la resolución y el rendimiento del radar están muy limitados.
Por el contrario, el radar de 77 GHz tiene amplias perspectivas. Sus mayores ventajas son la Alta precisión, la alta resolución y la buena medibilidad desde distancias cortas hasta largas. Las dos bandas del radar de 77 GHz son de 76 a 77 GHz y de 77 a 81 ghz, con anchos de banda de 1 GHz y 4 ghz, respectivamente. Las enormes ventajas de ancho de banda mejoran significativamente la resolución y la precisión. Por otro lado, debido a su alta frecuencia y longitud de onda corta, el radar de 77 GHz tiene componentes más pequeños, como transmisores o antenas de radar diseñadas, lo que reduce el tamaño del radar y lo facilita su instalación y ocultación en el cuerpo. La banda de 77 GHz ha ganado un gran atractivo en la regulación global y la adopción de la industria.
La aplicación del radar de onda 77ghzmm corresponde a la etapa avanzada de automatización automotriz. Con el desarrollo de la conducción automotriz y la mejora de la tasa de instalación de adas, la mayoría de los sensores de radar automotriz de 24 GHz cambiarán a la banda de 77 ghz, y sus requisitos y aplicaciones aumentarán gradualmente.
Tendencias de diseño de radares de ondas milimétricas automotrices y soluciones de materiales de PCB
El módulo del sistema de radar de ondas 77ghzmm se basa en el diseño del radar fmcw. La mayoría de ellos utilizan soluciones completas de un solo chip como ti, Infineon o nxp. La parte delantera de radiofrecuencia, la unidad de procesamiento de señales y la unidad de control están integradas en el chip, proporcionando múltiples canales de transmisión y recepción de señales. El diseño del tablero de PCB del módulo de radar varía según el diseño de la antena del cliente, pero hay varios métodos Principales.
El primero utiliza un material de PCB con pérdidas ultra bajas como placa portadora para el diseño de la antena superior. El diseño de la antena suele utilizar antenas de chip, y la segunda capa apilada es la capa de la antena y sus alimentadores. Otros materiales de PCB laminados son FR - 4. Este diseño es relativamente simple, fácil de procesar y de bajo costo. Sin embargo, debido al espesor delgado del material de PCB de pérdida ultra baja (generalmente 0127 mm), se debe prestar atención al impacto de la rugosidad de la lámina de cobre en la pérdida y consistencia. Al mismo tiempo, los alimentadores estrechos de la antena de chip MICROSTRIP deben prestar atención al control de precisión del ancho de la línea de procesamiento.
El segundo método de diseño utiliza un circuito de guía de onda integrada dieléctrica (siw) para diseñar la antena del radar, que ya no es una antena de chip. Además de las antenas, otras pilas de PCB utilizan el material FR - 4 como capa de control del radar y capa de alimentación, de la misma manera que la primera. Este material de PCB utilizado en el diseño de esta antena siw todavía utiliza un material de PCB con pérdidas ultra bajas para reducir las pérdidas y aumentar la radiación de la antena. La selección del grosor del material suele conducir a un ancho de banda más amplio, un PCB más grueso y una rugosidad más pequeña de la lámina de cobre. No hay otros problemas al tratar con el ancho de línea más estrecho. Sin embargo, es necesario considerar el mecanizado de agujeros y la precisión de posición de siw.
El tercer método de diseño es diseñar una estructura laminada de placas multicapa con materiales de pérdida ultra baja. Según los requisitos, se puede utilizar material de pérdida ultra baja para varias capas o material de pérdida ultra alta para todas las capas. Este método de diseño aumenta en gran medida la flexibilidad del diseño del circuito, aumenta la integración y reduce aún más el tamaño del módulo de radar. Pero la desventaja es que el costo relativo es alto y el proceso de procesamiento es relativamente complejo.
Tendencias de diseño de radares de ondas milimétricas automotrices y soluciones de materiales de PCB
Precauciones materiales
Para los diferentes diseños de PCB de los sensores de radar de ondas milimétricas, una característica común es la necesidad de materiales de PCB de pérdida ultra baja para reducir la pérdida del circuito y aumentar la radiación de la antena. El material de PCB es un componente clave en el diseño de sensores de radar. La selección de materiales de PCB adecuados puede garantizar la estabilidad y consistencia de los sensores de radar de ondas milimétricas.
Tendencias de diseño de radares de ondas milimétricas automotrices y soluciones de materiales de PCB
Figura 4. Antena MICROSTRIP del sensor de radar automotriz
Las propiedades de los materiales de PCB del radar de ondas 77ghzmm deben considerarse desde los siguientes aspectos:
En primer lugar, las propiedades eléctricas del material, que son los principales factores para diseñar sensores de radar y seleccionar materiales de pcb. La selección de materiales de PCB con constantes dieléctrico estables y pérdidas ultra bajas es crucial para el rendimiento del radar de ondas de 77 ghzmm. La constante dieléctrica estable y la pérdida permiten a la antena recibir y recibir fases precisas, mejorando así la ganancia, el ángulo de escaneo o el rango de la antena y la precisión de detección y posicionamiento por radar. La estabilidad de la constante dieléctrica y las características de pérdida del PCB no solo garantiza la estabilidad de diferentes lotes de materiales, sino que también garantiza un pequeño cambio en la misma placa y una buena estabilidad.
La rugosidad superficial de la lámina de cobre utilizada en el material de PCB puede afectar la constante dieléctrica y la pérdida del circuito. Cuanto más delgado sea el material, mayor será la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre en el circuito. Cuanto más áspera sea el tipo de lámina de cobre, mayores serán los cambios en su propia áspera, lo que también provocará mayores cambios en la constante dieléctrica y la pérdida, y afectará las características de fase del circuito.
En segundo lugar, es necesario considerar la fiabilidad de los materiales. La fiabilidad de los materiales no solo se refiere a la alta fiabilidad de los materiales en el procesamiento de pcb, sino que también incluye la fiabilidad a largo plazo de los materiales debido a factores como el proceso de procesamiento, los agujeros a través y la fuerza de Unión de la lámina de cobre. Si las propiedades eléctricas de los materiales de PCB se mantienen estables con el tiempo y en diferentes condiciones de trabajo, como diferentes temperaturas o humedad, es de gran importancia para la fiabilidad de los sensores de radar del automóvil y la aplicación del sistema Adas del automóvil.
Por lo general, para el diseño de antenas de sensores de radar de 77 ghz, es necesario considerar la selección de materiales con constante dieléctrica estable y pérdidas ultra bajas. Una lámina de cobre más Lisa puede reducir aún más las pérdidas del circuito y los cambios en las tolerancia de la constante dieléctrica. Al mismo tiempo, los materiales deben tener propiedades eléctricas y mecánicas confiables con el tiempo, la temperatura, la humedad y otros entornos de trabajo externos.
Selección de materiales de PCB
Desde los primeros días del desarrollo del radar de ondas milimétricas automotrices, Rogers ha estado trabajando con los principales fabricantes mundiales de módulos de radar para lanzar un paño sin vidrio ro3003. las propiedades del material han sido estrictamente verificadas en todos los aspectos para satisfacer las necesidades de los sensores de radar de 77 ghz. El material ro3003 es ampliamente utilizado en radares de ondas milimétricas de 77 GHz y tiene propiedades de constante dieléctrica muy estables y pérdidas ultra bajas (factor de pérdida 0001 bajo pruebas convencionales de 10 ghz). Al mismo tiempo, la estructura de la tela sin vidrio reduce aún más el cambio de la constante dieléctrica local en la banda milimétrica, elimina el efecto de fibra de vidrio de la señal y mejora aún más la estabilidad de fase del sensor de radar. El material ro3003 también tiene una absorción de agua ultra baja (0,04% @ d48 / 50), una estabilidad de constante dieléctrica extremadamente baja (tcdk) (- 3ppm / ¿ c), lo que también garantiza propiedades basadas en ro3003. El sensor de radar de ondas milimétricas de material todavía puede mantener un excelente rendimiento en tiempo, temperatura y ambiente. La selección de los diversos tipos de láminas de cobre y las opciones de bajo espesor de cobre que ofrece el producto también ayudan a mejorar la precisión de procesamiento y la tasa de rendimiento del producto, lo que permite a los sensores de radar obtener un mejor rendimiento.
Con el desarrollo del sensor de radar de banda 79ghz (77 - 81ghz), tiene un ancho de banda de señal más amplio, lo que puede mejorar aún más la resolución del sensor de radar, aumentar el ángulo de escaneo e incluso lograr imágenes 4d. Rogers desarrolló y lanzó el material ro3003g2 basado en el material ro3003 para cumplir con los requisitos de mayor rendimiento de los sensores de radar para el material pcb. En comparación con el material ro3003, el ro3003g2 optimiza el sistema de llenado especial en el sistema de materiales, reduce las partículas de llenado, mejora la uniformidad del sistema de materiales y reduce aún más la tolerancia de la constante dieléctrica entre toda la placa y la propiedad del lote. Un sistema de llenado más pequeño y uniforme también permite un diseño de agujero más pequeño durante el procesamiento de pcb. El ro3003g2 eligió una lámina de cobre más Lisa para reducir la pérdida de inserción en el circuito, y su rendimiento está muy cerca del rendimiento de pérdida de inserción del ro3003 del cobre calandrado del material.
