Technique RF - Influence des paramètres du matériau de la carte sur les performances du radar à ondes millimétriques

Ces fréquences étaient autrefois réservées aux militaires, lorsque le coût et la difficulté de développer des circuits à ondes millimétriques ont été interdits pour une utilisation civile. Mais avec les percées dans les technologies clés telles que les matériaux et les circuits, des milliers d'applications d'ondes millimétriques sont apparues dans les systèmes radar automobiles à 77 GHz qui, avec la technologie de conduite autonome, rendent les déplacements routiers plus sûrs. Afin de garantir un fonctionnement optimal du système radar à ondes millimétriques, la manière de choisir le matériau de carte de circuit imprimé le plus approprié devient l'étape la plus critique du processus de conception du circuit à ondes millimétriques.

Effet du diélectrique sur DK

DK est l'un des nombreux paramètres à prendre en compte lors de la conception d'un matériau de carte de circuit adapté à un circuit à ondes millimétriques, tel qu'un radar anticollision automobile de 77 GHz, et la variation de DK doit être contrôlée aussi près que possible de sa valeur nominale. En outre, d'autres paramètres de matériaux qui peuvent affecter les performances d'un circuit à ondes millimétriques comprennent: DF, l'épaisseur du matériau, la qualité du conducteur en cuivre, l'hygroscopicité et l'effet de « tissage de verre» causé par le renforcement de la fibre de verre. De même, la cohérence est essentielle, en particulier aux fréquences millimétriques, et les changements drastiques de ces paramètres peuvent également affecter les performances du circuit.

Ces différents paramètres de circuit influencent la valeur « Design DK » du matériau de la carte. Pour que la description de DK soit claire et sans ambiguïté, on entend ici par « DK effectif » la valeur totale de DK produite lors de la propagation du signal. Pour une ligne microruban, on entend par « DK effectif » la valeur composite de DK dans le milieu et de DK dans l'air autour du milieu. Par « Design DK », on entend la valeur de DK du matériau lui - même sur la base de « effective DK », c'est - à - dire la valeur obtenue après élimination de l'influence de l'air ambiant sur DK.

Effet de la Feuille de cuivre sur DK

Tous les composants du matériau de la carte affectent la « conception dk», donc les paramètres de tous les composants de la carte sont pris en compte. Par exemple, la qualité d'un conducteur en cuivre peut affecter les performances d'un circuit aux fréquences millimétriques. Les conducteurs en cuivre de haute qualité confèrent à la ligne de transmission une conductivité élevée et une impédance constante, essentielles à la stabilité de phase aux fréquences millimétriques, par exemple dans les applications de Radar automobile à 77 GHz.

On a mesuré les pertes d'insertion d'une ligne de transmission microruban de 50 µm allant du courant continu à 110 GHz afin de comparer les caractéristiques de perte de différents conducteurs en cuivre. L'effet de la rugosité de surface du cuivre sur les pertes de conducteurs et les pertes d'insertion est évident (comme illustré sur la figure 4). L'épaisseur du matériau de la carte affecte également les pertes causées par la surface rugueuse du cuivre. Plus le matériau est mince, plus l'impact de la Feuille de cuivre rugueuse est important.

Comment garder DK stable

Un radar embarqué fonctionnant à 77 GHz peut détecter de minuscules différences de phase des signaux réfléchis et tout changement dans le matériau de la carte "design DK" affecte l'état de phase, ce qui réduit la précision de détection du système. Idéalement, vous voulez que la valeur DK du matériau de la carte reste la même dans toutes les conditions. Mais le fait est que le « Design dk» du matériau peut varier en fonction de divers facteurs tels que la fréquence, la température et l'épaisseur. Ce n'est que lorsque la tolérance maximale de la valeur DK du matériau du circuit Intrinsic est contrôlée à ± 0,05 que les fluctuations de phase ne peuvent pas affecter la haute précision et la grande fiabilité du système.

Certains matériaux de PCB à base de systèmes de résine polytétrafluoroéthylène ont des valeurs DK très variables à température ambiante (environ 25 ° c). Pour la plupart des applications, le tcdk peut être contrôlé à 0 ± 25 PPM / °C. Si l'on prend l'exemple du matériau de la carte ro3003, le tcdk dans la direction de l'axe Z à la fréquence de 10 GHz n'est que de - 3 PPM / °C lorsque la température varie de - 50°C à 150°c. Plus le tcdk est petit, moins le DK varie avec la température (voir figure 5), ce qui est essentiel pour les applications de fréquences millimétriques et les circuits nécessitant des performances stables sur une large plage de températures.

Pour les radars de 77 GHz, si vous choisissez un matériau PCB avec un fort « effet de tissage de verre», il peut être affecté par le retard de groupe, le retard de propagation et les changements d'angle de phase. Pour garantir la stabilité de phase, le circuit de 77 GHz doit être choisi avec un matériau de carte de circuit imprimé « Uniform Open Glass Fiber weave » comme garnissage et la variation DK du matériau de carte de circuit imprimé doit être aussi faible que possible. Si l'on utilise comme remplissage un matériau de carte avec des "reliefs de verre ouverts entrelacés", la valeur DK changera d'environ 0,09 à 77 GHz, ce qui entraînera une différence de phase d'environ 100 degrés. Les angles de phase varient considérablement, ce qui signifie que les retards de groupe et les retards de propagation des circuits de ces matériaux seront très différents. Idéalement, des matériaux sans fibre de verre, tels que les stratifiés ro3003 ou ro3003g2, peuvent être utilisés pour éviter « l’effet fibre de verre ».

Pour évaluer l'impact de différents matériaux de carte et types de conducteurs en cuivre sur un circuit, l'utilisation d'un logiciel de simulation de champ électromagnétique à ondes complètes pour simuler un circuit, ou le traitement direct d'un objet physique pour les tests, nécessitent beaucoup de temps et d'efforts. Un moyen plus simple de le faire est d’utiliser MWI - 2019, un logiciel gratuit basé sur la plate - forme Microsoft Windows. Le logiciel peut être téléchargé gratuitement sur le site officiel de Rogers. Le logiciel (voir « plus d'informations sur MWI - 2019») permet aux utilisateurs d'utiliser sa base de données intégrée pour vérifier l'impact de l'épaisseur du matériau, de la rugosité de la surface des conducteurs en cuivre et d'autres paramètres sur la « conception dk». Cette base de données contient également des valeurs "design DK" pour de nombreux autres matériaux différents. Bien que le logiciel fournisse des résultats légèrement imprécis, son temps de calcul est beaucoup plus rapide que le logiciel de simulation électromagnétique à ondes complètes, fournissant des valeurs initiales presque instantanées pour les différents matériaux et paramètres de matériaux utilisés dans les cartes à ondes millimétriques.