Technique RF - Tendances de conception radar à ondes millimétriques pour l'automobile et solutions de matériaux PCB

L'évolution rapide des capteurs radar à ondes millimétriques des voitures et les mises à jour itératives de la technologie rendent également la conduite et les déplacements plus sûrs. Le radar à ondes millimétriques est devenu un capteur indispensable pour la conduite automobile et les systèmes Adas grâce à sa haute résolution, sa forte résistance aux interférences, ses bonnes performances de détection et sa petite taille. Avec l'augmentation de la conception du radar à ondes millimétriques domestique et la probabilité d'installation des modèles domestiques, l'application du radar à ondes millimétriques s'est également étendue à plus d'aspects. Cet article présentera brièvement quelques scénarios d'application et tendances de conception pour les radars à ondes millimétriques; Le choix des matériaux de PCB clés dans la conception de l'antenne radar à ondes millimétriques et les caractéristiques clés des matériaux de PCB sont discutés.

Scène d'application

Avec le développement de la technologie, le radar à ondes millimétriques a également évolué dans le sens de répondre aux besoins de l'utilisateur, réalisant une gamme de détection de près à loin, avec une précision de mesure progressivement améliorée. Des premières mesures de vitesse, de télémétrie, à la réalisation de mesures de vitesse, de télémétrie, de goniométrie et maintenant à l'imagerie d'images à plus haute résolution. Dans le système Adas, l'application du radar à ondes millimétriques peut être divisée en fonction des différents besoins et fonctions du véhicule. Par example, en fonction de la position d'installation sur le véhicule, on peut distinguer un radar avant, un radar arrière et un radar angulaire; Selon la distance de détection, il peut à son tour être divisé en radar à longue portée, radar à moyenne portée et radar à courte portée. Les applications du radar à ondes millimétriques dans l'Adas comprennent le freinage automatique AEB, l'alerte avant de collision FCW, l'assistance au changement de voie LCA, l'ACC Adaptive Cruise, la surveillance des zones aveugles bsw, etc.

Radar à ondes millimétriques automobile

En plus d'aider à la conduite du véhicule et à la sécurité routière, l'application du radar à ondes millimétriques du véhicule s'étend aux applications de détection d'obstacles lors de l'arrêt ou de l'ouverture des portes afin de réduire les dommages causés par les collisions aux portes lors de l'arrêt ou de l'ouverture des portes.

Diverses autres applications ajoutent à la diversité des applications de radar à ondes millimétriques et élargissent activement de nouveaux scénarios d'application pour les radars à ondes millimétriques. Par exemple, un capteur radar de surveillance des signes vitaux du conducteur peut permettre une surveillance sans contact des signes vitaux du conducteur tels que la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et ainsi de détecter l'état de fatigue du conducteur dans le but de conduire en toute sécurité. Les capteurs radar de surveillance des membres passagers permettent également une détection fiable et sans contact des passagers (adultes, enfants, animaux domestiques) à l'intérieur du véhicule, évitant ainsi l'apparition de blocages accidentels pendant le voyage, offrant ainsi aux consommateurs une protection sûre lors de leurs déplacements.

Tendances en conception PCB

Les fréquences de fonctionnement des radars à ondes millimétriques automobiles comprennent principalement la bande 24 GHz et la bande 77 GHz. La bande de 24 GHz est principalement utilisée pour détecter les radars de courte portée à une distance d'environ 50 m et peut être utilisée dans les systèmes de détection d'angles morts. Cependant, en raison de sa bande passante étroite, la résolution et les performances du radar sont très limitées.

En termes relatifs, le radar de 77 GHz a de grandes perspectives de développement. Ses principaux avantages sont une grande précision, une résolution élevée et une bonne mesurabilité de courte à longue distance. Les deux bandes du radar de 77 GHz sont 76 - 77 GHz et 77 - 81 GHz. Les bandes passantes sont respectivement de 1 GHz et 4 GHz. L'énorme avantage de bande passante améliore considérablement la résolution et la précision. D'autre part, en raison de la fréquence élevée et de la courte longueur d'onde du radar à 77 GHz, les composants tels que l'émetteur - récepteur radar ou l'antenne sont plus petits, ce qui réduit la taille globale du radar et facilite le montage et la dissimulation dans la carrosserie. La bande de 77 GHz a acquis un attrait considérable en termes de réglementation mondiale et d'adoption par l'industrie.

L'application du radar à ondes millimétriques de 77 GHz correspond à la phase avancée de l'automatisation automobile. Au fur et à mesure que les véhicules autonomes évolueront et que les taux d’installation des Adas augmenteront, la plupart des capteurs radar embarqués de 24 GHz passeront à la bande de 77 GHz, dont la demande et les applications augmenteront progressivement.

Tendances du marché des capteurs radar dans différentes bandes de fréquences

Le module de système radar à ondes millimétriques de 77 GHz est basé sur le schéma de conception Radar FMCW, utilisant plusieurs solutions monopuce complètes telles que ti, Infineon ou NXP, intégrant une interface RF, une unité de traitement du signal et une unité de commande offrant plusieurs canaux d'émission et de réception de signaux. La conception du PCB du module Radar varie en fonction de la conception de l'antenne du client, mais il existe principalement ces moyens.

Le premier est l'utilisation d'un matériau PCB à très faible perte comme plaque porteuse pour la couche supérieure de la conception de l'antenne. Les antennes à patch microruban sont généralement utilisées pour la conception d'antennes et la deuxième couche de l'empilement sert de couche à l'antenne et à ses fils d'alimentation. Fr - 4 pour d'autres matériaux de PCB. Cette conception est relativement simple, facile à traiter et peu coûteuse. Cependant, en raison de la faible épaisseur des PCB à très faible perte (typiquement 0127 mm), il est nécessaire de noter l'impact de la rugosité de la Feuille de cuivre sur les pertes et la cohérence. Dans le même temps, la ligne d'alimentation étroite de l'antenne microruban patch nécessite de prêter attention au contrôle précis de la largeur de ligne.

La deuxième méthode de conception consiste à concevoir une antenne radar avec un circuit SIW, qui n'est plus une antenne à patch microruban. En plus de l'antenne, d'autres empilements de PCB utilisent encore le matériau fr - 4 comme couche de contrôle radar et d'alimentation, ce qui est la première façon de le faire. Le matériau PCB utilisé dans cette conception d'antenne SIW reste un matériau PCB à très faible perte qui peut réduire les pertes et augmenter le rayonnement de l'antenne. L'épaisseur du matériau est généralement plus épaisse que celle du PCB pour augmenter la bande passante, ce qui peut également réduire l'impact de la rugosité de la Feuille de cuivre et ne pose aucun autre problème lors du traitement de largeurs de ligne étroites. Mais nous devons tenir compte de la question de l'usinage des Vias SIW et de la précision de la position.

La troisième méthode de conception consiste à concevoir des structures multicouches avec des matériaux à très faible perte. Selon les différentes exigences, certains d'entre eux peuvent utiliser des matériaux à très faible perte ou tous peuvent utiliser des matériaux à très faible perte. Cette conception augmente considérablement la flexibilité de la conception du circuit, augmente l'intégration et réduit encore la taille du module radar. Mais l'inconvénient est le coût relativement élevé et le processus d'usinage relativement complexe.

Différentes conceptions de PCB pour capteurs radar

Note sur les matériaux PCB

Pour les différentes conceptions de PCB pour les capteurs radar à ondes millimétriques, une caractéristique commune est la nécessité de matériaux PCB à très faible perte pour réduire les pertes de circuit et augmenter le rayonnement de l'antenne. Le matériau PCB est un composant clé dans la conception des capteurs radar. Le choix du bon matériau PCB garantit une grande stabilité et une performance constante des capteurs radar à ondes millimétriques.

La performance du matériau de carte PCB radar à ondes millimétriques de 77 GHz doit être considérée dans les aspects suivants:

Tout d'abord, il y a les caractéristiques électriques du matériau, qui est le facteur principal dans la conception du capteur radar et le choix du matériau PCB. Le choix d'un matériau PCB avec une constante diélectrique stable et des pertes ultra - faibles est crucial pour la performance d'un radar à ondes millimétriques de 77 GHz. La constante diélectrique stable et les pertes peuvent permettre aux antennes de réception et d'émission d'obtenir une phase précise, ce qui augmente le gain d'antenne et l'angle ou la portée de balayage, améliorant ainsi la précision de détection et de positionnement du radar. La stabilité de la constante diélectrique et des pertes du PCB nécessite non seulement d'assurer la stabilité des différents lots de matériaux, mais également d'assurer une faible variation et une très bonne stabilité dans une même plaque.

La rugosité de surface de la Feuille de cuivre utilisée dans les matériaux de PCB affecte la constante diélectrique et les pertes du circuit. Plus le matériau est mince, plus la rugosité de la surface de la Feuille de cuivre affecte le circuit. Plus le type de feuille de cuivre est rugueux, plus sa propre rugosité varie, ce qui entraîne également des variations plus importantes de la constante diélectrique et des pertes et affecte les caractéristiques de phase du circuit.

Deuxièmement, la fiabilité du matériau doit être prise en compte. La fiabilité des matériaux ne se réfère pas seulement à la haute fiabilité des matériaux dans le traitement des PCB, tels que le laminage, l'impact du processus de traitement, les trous traversants, l'adhésion de la Feuille de cuivre, etc., mais aussi à la fiabilité à long terme des matériaux. La question de savoir si les propriétés électriques des matériaux de PCB peuvent rester stables dans le temps et dans différents environnements de travail, tels que différentes températures ou humidité, est évidente pour la fiabilité des capteurs radar automobiles et l'application des systèmes Adas automobiles.

En général, la conception de l'antenne d'un capteur radar de 77 GHz nécessite de prendre en compte le choix d'un matériau dont la constante diélectrique est stable et les pertes ultra - faibles. Le choix d'une feuille de cuivre plus lisse peut réduire davantage les pertes de circuit et la tolérance à la constante diélectrique; Dans le même temps, le matériau doit avoir des propriétés électriques et mécaniques fiables qui changent avec le temps, la température, l'humidité et d'autres environnements de travail externes.

Sélection de matériaux PCB

Depuis le développement précoce du radar à ondes millimétriques pour automobiles, Rogers a collaboré avec les meilleurs fabricants de modules radar au monde. Il émet ro3003 sans tissu de verre. Les propriétés de ce matériau ont été rigoureusement vérifiées à tous égards et peuvent répondre aux exigences des capteurs radar de 77 GHz. Ro3003 ce matériau est largement utilisé dans les radars à ondes millimétriques de 77 GHz avec une constante diélectrique très stable et des caractéristiques de perte très faibles (facteur de perte de 0001 à 10 GHz pour les tests de routine); Dans le même temps, la structure sans tissu de verre réduit encore les variations de la constante diélectrique locale dans la bande millimétrique, élimine l'effet de fibre de verre du signal et améliore encore la stabilité de phase du capteur radar. Ro3003 ce matériau a également les caractéristiques d'une absorption d'eau très faible (0,04% @ d48 / 50), d'une constante diélectrique très faible et d'une stabilité en température (tcdk) (- 3 PPM / °C), ce qui garantit également la stabilité du ro3003. Le capteur radar à ondes millimétriques de ce matériau conserve d'excellentes performances au fil du temps, de la température et de l'environnement. Le choix de nombreux types de feuilles de cuivre et de faibles épaisseurs de cuivre contribue également à améliorer la précision d'usinage et le taux de finition du produit, ce qui permet aux capteurs radar d'obtenir des performances supérieures.

Avec le développement du capteur radar 79ghz (77 - 81ghz), il dispose d'une bande passante de signal plus large qui peut améliorer encore la résolution du capteur Radar, augmenter l'angle de balayage et même permettre l'imagerie 4D. Basé sur le ro3003, Rogers a développé et lancé les matériaux ro3003g2â® pour répondre aux exigences plus élevées des capteurs radar en matière de performance des matériaux de PCB. Par rapport au matériau ro3003â, dans le système de matériau, un système de remplissage spécial est optimisé pour réduire les particules de remplissage, améliorer l'uniformité du système de matériau et réduire davantage les tolérances de permittivité diélectrique entre la plaque entière et le lot; Un système d'encapsulation plus petit et uniforme permet également de réaliser des conceptions de trous traversants plus petits dans l'usinage de PCB; Ro3003g2 a choisi une feuille de cuivre plus lisse pour réduire les pertes d'insertion dans le circuit, dont les propriétés sont très proches de celles du ro3003. Les propriétés de perte d'insertion du cuivre laminé ont été étudiées.

Comparaison de ro3003g2 à ro3003

De plus, les matériaux Rogers clte MW et ro4835 peuvent également répondre aux différentes exigences des clients en matière de conception de capteurs radar à 77 GHz. Le clte - MW est basé sur un système de résine PTFE avec un très faible coefficient de perte (DF 0) 0015@10GHz ), il est renforcé par un tissu de fibre de verre ouvert spécial à faible perte qui, avec un rembourrage uniforme, offre une excellente stabilité dimensionnelle et minimise l'impact de l'effet de la fibre de verre. Disponible en différentes épaisseurs, de 3mil à 10mil peut être fabriqué en clte MW. Ce matériau est idéal pour les applications multicouches RF de capteurs radar 77ghz.

Caractéristiques de perte des différents matériaux

Ro4835 ce matériau est basé sur le Rogers ro4000. La constante diélectrique correspond à la faible constante diélectrique (DK) couramment utilisée dans les capteurs radar de 77 GHz. Dans le même temps, il présente des pertes d'insertion extrêmement faibles et la même usinabilité que les produits de la série ro4000. Le choix d'un tissu de fibre de verre ouvert spécial à faible perte améliore également la cohérence des performances du matériau dans la bande millimétrique, ce qui permet à l'antenne d'obtenir des caractéristiques de phase plus cohérentes et un gain d'antenne plus élevé. Le matériau économique et économique ro4835 est le matériau de choix pour la conception de capteurs radar 77ghz / 79ghz.

Tissu de fibre de verre ouvert ro4835 matériel

Les avantages uniques du capteur radar à ondes millimétriques de 77 GHz en font un élément indispensable des voitures autonomes. Les capteurs radar 77ghz / 79ghz avec une bande passante plus large et une résolution plus élevée sont progressivement devenus courants. Pour divers scénarios de conception de capteurs radar, les caractéristiques du matériau du circuit PCB déterminent en grande partie les performances de l'antenne du capteur radar. En tant que chef de file mondial des matériaux d'ingénierie de pointe, Rogers technologies s'engage à développer une variété de matériaux pour répondre aux besoins de conception de ses clients. Ro3003g2 / ro3003 / clte - MW / ro4835 et d'autres solutions matérielles pour résoudre les problèmes de conception en temps opportun pour les clients. Dans le même temps, les équipes mondiales de soutien à la clientèle et de soutien technique de Rogers peuvent assurer une collaboration plus étroite avec les clients afin de résoudre un éventail de problèmes liés à la conception, à l’usinage et aux essais des clients et d’accélérer le cycle de conception des clients.