Tecnología de PCB - La influencia de la estructura de PCB en el rendimiento del radar de ondas milimétricas

La mayoría de las capas dieléctrico de las placas de circuito impreso compuestas comunes (pcb) utilizan fibra de vidrio como material de relleno, pero debido a la estructura tejida especial de fibra de vidrio, la constante dieléctrica local (dk) de las placas de PCB cambiará. Especialmente a la frecuencia de ondas milimétricas (mmwave), el efecto de tejido de vidrio será más obvio que el de la placa de presión delgada, y la desigualdad local de DK provocará cambios significativos en el rendimiento del Circuito de radiofrecuencia y la antena. La influencia de la estructura de PCB en las propiedades de la línea de transmisión se estudió a través de un laminado de politetrafluoroetano (ptfe) tejido de vidrio de 100 micras de espesor. Según las diferentes estructuras tejidas de vidrio, las constantes dieléctrico de los PCB oscilan entre 0,01 y 0,22. Con el fin de estudiar la influencia de diferentes estructuras tejidas de vidrio en el rendimiento de la antena, se fabricaron antenas de matriz de parches de MICROSTRIP alimentadas en serie en los laminados comerciales Rogers ro4835 y ro4830, respectivamente. Los resultados experimentales muestran que la propiedad eléctrica de la antena laminada ro4830 procesada de acuerdo con la tolerancia normal es más consistente con el valor calculado, con menos cambios, y el coeficiente de reflexión (s11 & lt; - 10db) y el rendimiento de ganancia del eje visual son mejores.

Los vehículos autónomos son el foco de investigación actual. Puede ayudar a los conductores y peatones a evitar posibles accidentes mortales y requiere una alta fiabilidad. Por lo tanto, también requiere que sus circuitos sean altamente confiables. El radar de ondas milimétricas tiene una estructura compacta y una alta sensibilidad de detección ambiental, lo que proporciona una solución confiable para la detección de objetivos en la conducción autónoma. En los sistemas comerciales de radar de ondas milimétricas con frecuencias de 76 a 81 ghz, las antenas de parche de MICROSTRIP alimentadas en serie son conocidas por su fácil diseño, estructura compacta y capacidad de fabricación en masa a bajo costo [1]. Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda, por lo que las líneas de transmisión y antenas que funcionan a frecuencias de ondas milimétricas serán más pequeñas que las que funcionan a bajas frecuencias. Para garantizar el rendimiento ideal del radar aerotransportado, es necesario estudiar la influencia de los PCB en las líneas de transmisión y las antenas de parche microstrip. Para los circuitos de frecuencia de ondas milimétricas que funcionan en un ambiente al aire libre durante mucho tiempo (afectados por la temperatura y la humedad) [2], la consistencia de los indicadores de rendimiento del material es la consideración principal al seleccionar la placa de circuito pcb. Sin embargo, las láminas de cobre, los materiales reforzados con fibra de vidrio, Los rellenos cerámicos y otros materiales que componen los laminados pueden tener un gran impacto en la consistencia del índice a alta frecuencia.

En este trabajo se estudia principalmente la influencia de la estructura de PCB en el rendimiento del radar de ondas milimétricas. La capa dieléctrica de la mayoría de los laminados de PCB generalmente se forma aplicando resina polimérica a la tela de fibra de vidrio. Bajo la frecuencia de ondas milimétricas, el impacto de la tela de fibra de vidrio en la consistencia de la propiedad del material es muy obvio, ya que el ancho del haz de vidrio es igual al ancho de la línea de transmisión. Además, cuando se utilizan láminas laminadas de líneas de PCB delgadas (por ejemplo, 100 micras) para diseñar antenas de microstrip, el tejido tejido tejido de vidrio puede causar cambios significativos en el rendimiento de la antena y reducir el rendimiento mecanizado.

Composición del laminado

Los laminados suelen combinar tela de fibra de vidrio con resina polimérica para formar una capa dieléctrica, que luego cubre la lámina de cobre en ambos lados. La constante dieléctrica típica (dk) de la tela de vidrio es alta, alrededor de 6,1, mientras que la constante dieléctrica de la resina polimérica de baja pérdida está entre 2,1 y 3,0, por lo que DK cambia en un rango pequeño. La figura 1 muestra una vista micro - inferior y una sección transversal de la fibra tejida de vidrio en el laminado. El circuito por encima del "haz de nudillos" tiene un DK alto debido a su alto contenido de fibra de vidrio, mientras que el circuito por encima de la "apertura del haz" tiene un DK bajo debido a su alto contenido de resina. Además, las características de los tejidos de vidrio se ven afectadas por el grosor de los tejidos de vidrio, la distancia entre los tejidos, la forma en que los tejidos se aplanan y el contenido de vidrio de cada eje.

La constante dieléctrica del laminado a 10 GHz es de 3,48 y el ángulo de pérdida es de 00037 (basado en la prueba estándar IPC TM - 650 2.5.5.5). Además, la constante dieléctrica del laminado ro4830 es de 3,24 y el ángulo de pérdida es de 00033 (basado en la prueba estándar ipctn - 650 2.5.5.5). El laminado ro4835 está hecho de láminas de vidrio desequilibradas tejidas estándar tipo 1080 y reforzado con relleno cerámico. Por el contrario, los laminados ro4830 están tejidos con fibra de vidrio abierta plana tipo 1035 y reforzados con cerámica rellena con partículas más pequeñas. La Tabla 3 compara además las características de los laminados basados en ro4835 y ro4830.

Como se muestra en las figuras 5 (a) y (b), se selecciona una antena procesada que cumpla con las dimensiones de diseño y su línea de transmisión de antena está alineada con la "zona de Unión de haz articular" y la "zona de apertura de haz" del laminado ro4835. Como se muestra en la figura 5 (c), debido a que el laminado ro4830 adopta una estructura de tejido de vidrio de fibra abierta plana, no es necesario considerar si el conductor está alineado con el tejido de vidrio en el laminado ro4830. Se midieron el coeficiente de reflexión (s11) y la ganancia del eje óptico de la antena mecanizada, respectivamente.

Figura 5 antenas alineadas con "zona de Unión de haz de nudo de dirección" y "zona de apertura de haz" en el laminado ro4835, y muestras de antena en el laminado ro4830

Para simplificar, los resultados dados en este artículo provienen de la media de los datos de prueba de varias antenas probadas y se comparan los resultados de la medición con los resultados de la simulación. La figura 6 muestra los resultados de la prueba de antena en el laminado ro4835 (cinco muestras). El coeficiente de reflexión (s11) y la ganancia axial de la "zona de cruce del haz del nudo de dirección" y la "zona de apertura del haz" han cambiado significativamente. El rendimiento de la antena en el ro4835 depende de la alineación del cable con la "zona de conexión del nudo de dirección" y la "zona de apertura del haz". Además, la ganancia de la antena también cambiará.

S cambia con la frecuencia, lo que indica que la constante dieléctrica también está cambiando. Además, el desplazamiento a una frecuencia más alta indica una constante dieléctrica más baja.

Figura 6 Comparación de los resultados medidos con los resultados simulados de las muestras de antena "Área de Unión de haz de nudo de dirección (kb)" y "Área de apertura de haz (bo)" del laminado ro4835

Al comparar el rendimiento de la antena en el laminado ro4830 mostrado en la figura 7, el rendimiento de la antena obtenido en la prueba es muy consistente, más consistente con los valores simulados del laminado ro4830. La consistencia de los resultados de la medición con los resultados de la simulación muestra que la constante dieléctrica del laminado ha cambiado. Por el contrario, en el laminado estándar tejido ro4835, la ganancia del eje aparente cambió en 4db, mientras que en el laminado plano tejido abierto ro4830 solo cambió en 2db. Con este simple experimento, se pueden obtener propiedades de antena más consistentes, como la reflectividad y la ganancia axial, utilizando laminados Rogers ro4830 con un estilo de estructura tejida de fibra de vidrio de apertura plana.

Figura 7 Comparación de los resultados de medición y simulación de muestras de antena en el laminado ro4830

Conclusiones

La estructura del laminado afectará el rendimiento de la línea de transmisión y la antena. La construcción de la tela de vidrio también cambiará la constante dieléctrica del laminado, reduciendo así el rendimiento del producto y afectando el rendimiento del producto. Las antenas procesadas con laminados ro4830 tienen una mejor consistencia de rendimiento que los laminados ro4835. La mejora del rendimiento de la antena y del rendimiento procesado se debe principalmente a la estructura del material laminado, es decir, tejido de vidrio de fibra abierta plana, menor contenido de vidrio (el conductor está lejos de la fibra de vidrio), sustrato más grueso, etc. la mejora del rendimiento de la antena también está relacionada con la propiedad eléctrica del material, como el laminado ro4830, Tiene una constante dieléctrica más baja y un ángulo de pérdida más bajo. Por lo tanto, en la aplicación de radares de frecuencia de ondas milimétricas de pequeña longitud de onda, el rendimiento y la consistencia de las antenas procesadas por los laminados Rogers ro4830 son mejores que los procesados por los laminados ro4835.