L'actualité PCB - Conception de PCB radar à ondes millimétriques et solutions de matériaux de PCB

Les véhicules autonomes et la technologie Adas (Advanced Driving assistance Systems) contribuent au développement rapide des capteurs radar à ondes millimétriques et aux mises à jour itératives de la technologie automobile, ce qui rend également la conduite et les déplacements plus sûrs. Le radar à ondes millimétriques présente les avantages d'une haute résolution, d'une forte résistance aux interférences, d'une bonne détection et d'une petite taille, ce qui en fait un capteur indispensable pour la conduite automobile et les systèmes Adas. Avec les possibilités croissantes de conception de radars à ondes millimétriques en Chine et l'installation de modèles de véhicules domestiques, les applications de radars à ondes millimétriques se sont étendues à d'autres domaines. Cet article présentera brièvement quelques scénarios d'application et les 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.

77ghzmm Wave Radar PCB scénarios d'application

Avec le développement de la technologie, le radar à ondes millimétriques évolue vers la satisfaction des besoins des utilisateurs, la réalisation d'une gamme de détection de près à loin, l'amélioration progressive de la précision de la mesure. Des premières mesures de vitesse et de distance à la réalisation de mesures de vitesse, de distance et d'angle jusqu'à l'imagerie d'images à plus haute résolution. Dans le système Adas, l'application des radars à ondes millimétriques peut être divisée en radars avant, radars arrière et radars angulaires en fonction des différentes exigences et fonctions du véhicule. Selon la distance de détection, il peut également 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 de canal LCA, la croisière adaptative ACC, la surveillance des zones aveugles bsw, etc.

Tendances en matière de conception pour les solutions de matériaux radar et PCB à ondes millimétriques automobiles

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

Diverses autres applications ajoutent à la diversité des applications de radar à ondes millimétriques et élargissent activement de nouveaux scénarios pour les applications à ondes millimétriques. Si les capteurs radar de surveillance des signes vitaux du conducteur sont utilisés, il est possible de surveiller sans contact les signes vitaux du conducteur tels que la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et ainsi de percevoir 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 d'événements de rétention inattendus pendant le voyage et offrant aux consommateurs une sécurité de voyage.

Les tendances du design

Les principales fréquences de fonctionnement des radars à ondes millimétriques automobiles sont 24 GHz et 77 GHz. La bande de 24 GHz est principalement utilisée pour les radars de courte portée, avec des distances de détection d'environ 50 M. Il peut être utilisé pour la détection des angles morts et d'autres systèmes. Cependant, en raison de sa bande passante étroite, la résolution et les performances du radar sont très limitées.

En revanche, les radars 77 gigahertz offrent de vastes perspectives. Ses grands avantages sont la haute précision, la haute résolution et une bonne mesurabilité de courte à longue distance. Les deux bandes du radar de 77 gigahertz sont respectivement de 76 à 77 gigahertz et de 77 à 81 gigahertz, avec des largeurs de bande de 1 gigahertz et 4 gigahertz. L'énorme avantage de bande passante améliore considérablement la résolution et la précision. D'autre part, en raison de leurs hautes fréquences et de leurs courtes longueurs d'onde, les radars de 77 GHz ont des composants plus petits tels que des émetteurs radar ou des antennes conçus, ce qui réduit la taille du radar et le rend facile à installer et à cacher à l'intérieur du corps. 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 77 ghzmm correspond à la phase avancée de l'automatisation automobile. Avec le développement de la conduite automobile et l'augmentation du taux d'installation de l'Adas, la plupart des capteurs radar automobiles 24 GHz passeront à la bande 77 GHz, dont les exigences et les applications augmenteront progressivement.

Tendances en matière de conception pour les solutions de matériaux radar et PCB à ondes millimétriques automobiles

Le module du système radar à ondes 77ghzmm est basé sur la conception du radar FMCW. La plupart d'entre eux utilisent des solutions complètes à puce unique telles que ti, Infineon ou NXP. Le Front RF, l'unité de traitement du signal et l'unité de commande sont intégrés dans la puce, offrant plusieurs voies d'émission et de réception de signaux. La conception de la carte PCB du module Radar varie en fonction de la conception de l'antenne du client, mais il existe principalement plusieurs méthodes.

Le premier utilise un matériau PCB à très faibles pertes comme plaque porteuse pour la conception de l'antenne supérieure. La conception de l'antenne utilise généralement une antenne patch, la deuxième couche de l'empilement étant la couche de l'antenne et de ses fils d'alimentation. Les autres matériaux de PCB laminés sont fr - 4. Cette conception est relativement simple, facile à traiter et peu coûteuse. Cependant, en raison de la faible épaisseur du matériau PCB à très faible perte (typiquement 0127 mm), il convient 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 micro - ruban patch nécessite de prêter attention au contrôle précis de la largeur de la ligne d'usinage.

La deuxième méthode de conception utilise un circuit de guide d'onde intégré (SIW) pour concevoir l'antenne du radar qui n'est plus une antenne patch. En plus de l'antenne, d'autres empilements de PCB utilisent le matériau fr - 4 comme couche de contrôle radar et comme couche d'alimentation, de la même manière que la première. Les matériaux PCB utilisés dans cette conception d'antenne SIW utilisent encore des matériaux PCB avec des pertes ultra - faibles pour réduire les pertes et augmenter le rayonnement de l'antenne. Le choix de l'épaisseur du matériau conduit généralement à une bande passante plus large, des PCB plus épais et une plus petite rugosité de la Feuille de cuivre. Il n'y a pas d'autres problèmes lors du traitement des largeurs de ligne plus étroites. Cependant, l'usinage des trous et la précision de la position du SIW doivent être pris en compte.

La troisième méthode de conception consiste à concevoir une structure stratifiée de panneaux multicouches avec des matériaux à très faible perte. Sur demande, des matériaux à très faible perte peuvent être utilisés pour plusieurs couches ou des matériaux à très haute perte peuvent être utilisés pour toutes les couches. Cette approche de 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 relatif élevé et le processus de traitement relativement complexe.

Tendances en matière de conception pour les solutions de matériaux radar et PCB à ondes millimétriques automobiles

Note sur les matériaux

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. Les matériaux PCB sont des composants clés dans la conception des capteurs radar. Le choix du matériau PCB approprié garantit la stabilité et la cohérence du capteur radar à ondes millimétriques.

Tendances en matière de conception pour les solutions de matériaux radar et PCB à ondes millimétriques automobiles

Figure 4. Antenne microruban pour capteurs radar automobiles

La performance du matériau de carte PCB de radar d'onde de 77ghzmm doit être considérée de plusieurs manières:

Tout d'abord, les caractéristiques électriques du matériau, qui est le facteur principal dans la conception des capteurs 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 du radar à ondes 77 ghzmm. La constante diélectrique stable et les pertes peuvent permettre à l'antenne de recevoir et de recevoir une phase précise, ce qui augmente le gain de l'antenne, l'angle de balayage ou la portée et améliore la précision de la détection et du positionnement radar. La stabilité de la constante diélectrique et des caractéristiques de perte du PCB garantit non seulement la stabilité des différents lots de matériaux, mais également une faible variation au sein de la même plaque avec une bonne stabilité.

La rugosité de surface des feuilles de cuivre utilisées dans les matériaux de PCB peut affecter la constante diélectrique et les pertes du circuit. Plus le matériau est mince, plus la surface de la Feuille de cuivre sera rugueuse sur le circuit. Plus le type de feuille de cuivre est rugueux, plus sa propre rugosité varie, entraînant également des variations plus importantes de la constante diélectrique et des pertes et affectant les caractéristiques de phase du circuit.

Deuxièmement, la fiabilité des matériaux doit être prise en compte. La fiabilité du matériau ne se réfère pas seulement à la haute fiabilité du matériau dans le traitement de PCB, influencée par le processus de traitement, les trous traversants, la force de liaison de la Feuille de cuivre et d'autres facteurs, mais comprend également la fiabilité à long terme du matériau. La question de savoir si les propriétés électriques du matériau PCB restent stables dans le temps et dans différentes conditions de fonctionnement, telles que différentes températures ou humidité, est importante pour la fiabilité des capteurs radar automobiles et l'application des systèmes Adas automobiles.

D'une manière générale, pour la conception de l'antenne d'un capteur radar à 77 GHz, il est nécessaire d'envisager le choix d'un matériau dont la constante diélectrique est stable et dont les pertes sont extrêmement faibles. Une feuille de cuivre plus lisse peut réduire davantage les pertes de circuit et les variations de tolérance de 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 les débuts du développement du radar à ondes millimétriques pour automobiles, Rogers s'est associé aux meilleurs fabricants de modules radar au monde pour lancer le tissu sans verre ro3003. Les propriétés de ce matériau ont été rigoureusement vérifiées à tous égards et peuvent répondre aux besoins des capteurs radar 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 pour les tests de routine à 10 GHz). Dans le même temps, la structure sans tissu de verre réduit encore les variations locales de la constante diélectrique 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 présente également une très faible absorption d'eau (0,04% @ d48 / 50), une stabilité à très faible constante diélectrique (tcdk) (- 3 PPM /? C), ce qui garantit également des propriétés basées sur ro3003. Matériaux les capteurs radar à ondes millimétriques peuvent encore conserver d'excellentes performances dans le temps, la température et l'environnement. Le choix des différents types de feuilles de cuivre offertes par le produit et le choix de la faible épaisseur de cuivre contribuent également à améliorer la précision d'usinage et le taux de finition du produit, permettant aux capteurs radar d'obtenir de meilleures performances.

Avec le développement du capteur radar dans la bande 79 GHz (77 - 81 GHz), 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. Sur la base du matériau ro3003, Rogers a développé et lancé le matériau ro3003g2 pour répondre aux exigences de performance plus élevées des capteurs radar pour les matériaux de PCB. Par rapport au matériau ro3003, le ro3003g2 optimise le système de remplissage spécial dans le système de matériau, réduit les particules de remplissage, améliore l'uniformité du système de matériau et réduit encore les tolérances de constante diélectrique entre les propriétés de la plaque et du lot. Un système de remplissage plus petit et uniforme permet également une conception plus petite des Vias lors du traitement du PCB. Ro3003g2 choisit une feuille de cuivre plus lisse pour réduire les pertes d'insertion dans le circuit, avec des propriétés très proches de celles du ro3003 pour le cuivre calandré.