Tecnologia RF - Trend automobilistico di progettazione radar a onde millimetriche e soluzioni materiali PCB

Il rapido sviluppo dei sensori radar ad onde millimetriche automobilistiche e l'aggiornamento iterativo della tecnologia rendono anche la guida e i viaggi più sicuri. Radar a onde millimetriche con la propria alta risoluzione, forte prestazione anti-inceppamento, buone prestazioni di rilevamento, piccole dimensioni e altri vantaggi, è diventato un sensore indispensabile nella guida automatica e nel sistema ADAS. Con l'aumento della progettazione domestica del radar a onde millimetriche e la probabilità di installazione dei modelli domestici, l'applicazione del radar a onde millimetriche è anche estesa a più aspetti. Questo articolo descriverà brevemente alcuni scenari applicativi e tendenze di progettazione del radar a onde millimetriche; Vengono discusse la selezione dei materiali PCB chiave e le caratteristiche chiave dei materiali PCB nella progettazione dell'antenna radar a onde millimetriche.

Scenari applicativi

Con lo sviluppo della tecnologia, l'evoluzione del radar a onde millimetriche è anche nella direzione di soddisfare le esigenze degli utenti, realizzando la gamma di rilevamento da vicino a lontano e la precisione di misura è gradualmente migliorata. Dalla prima misurazione della velocità e della misura del range, alla realizzazione della misura della velocità, della misura del range e dell'angolo, fino alla realizzazione di immagini ad alta risoluzione. Nel sistema ADAS, l'applicazione del radar a onde millimetriche può essere divisa in base ai requisiti e alle funzioni differenti del veicolo. Ad esempio, può essere diviso in radar avanti, radar indietro e radar angolari in base alle diverse posizioni di installazione sui veicoli; Può anche essere diviso in radar a lungo raggio, radar a medio raggio e radar a corto raggio secondo la distanza di rilevamento. L'applicazione del radar a onde millimetriche in ADAS include la frenata automatica AEB, l'avviso di collisione in avanti FCW, l'assistenza LCA per il cambio di corsia, la crociera adattiva ACC, il monitoraggio dell'area cieca BSW e così via.

Radar ad onde millimetriche automobilistiche

Oltre ad assistere la guida e la sicurezza di guida del veicolo, l'applicazione del radar ad onde millimetriche del veicolo è estesa anche all'applicazione del rilevamento degli ostacoli durante il parcheggio o l'apertura della porta, in modo da ridurre il danno di collisione della porta durante il parcheggio o l'apertura della porta.

Varie altre applicazioni aumentano la diversità delle applicazioni radar ad onde millimetriche ed espandono attivamente i nuovi scenari applicativi del radar ad onde millimetriche. Ad esempio, il sensore radar di monitoraggio dei segni vitali del conducente può realizzare il monitoraggio senza contatto dei segni vitali del conducente, come la frequenza cardiaca e la frequenza respiratoria, in modo da percepire lo stato di affaticamento del conducente e raggiungere lo scopo di guida sicura. Il sensore radar di monitoraggio dei membri del passeggero realizza anche il rilevamento affidabile dei passeggeri (adulti, bambini, animali domestici) in auto in modo senza contatto, in modo da evitare il verificarsi di detenzione accidentale nel processo di viaggio e fornire protezione sicura per i consumatori.

Tendenze di progettazione PCB

La frequenza di lavoro del radar d'onda del millimetro dell'automobile comprende principalmente la banda 24GHz e la banda 77GHz. La banda di 24GHz pricipalmente è utilizzata per radar a corto raggio con campo di rilevamento di circa 50m, che può essere utilizzata per il sistema di rilevamento di punti ciechi. Tuttavia, a causa della sua larghezza di banda ridotta, la risoluzione e le prestazioni del radar sono notevolmente limitate.

Relativamente parlando, il radar a 77GHz ha ampie prospettive. I suoi grandi vantaggi sono l'alta precisione, l'alta risoluzione e l'eccellente misurabilità da breve a lunga distanza. Le due bande di frequenza del radar 77GHz sono 76-77ghz e 77-81ghz. La larghezza di banda è di 1GHz e 4GHz rispettivamente. L'enorme vantaggio della larghezza di banda migliora significativamente la risoluzione e la precisione. D'altra parte, a causa dell'alta frequenza e della lunghezza d'onda corta del radar 77GHz, il ricetrasmettitore radar progettato o l'antenna e altri componenti sono più piccoli, il che riduce la dimensione complessiva del radar e lo rende facile da installare e nascondere nella carrozzeria dell'auto. La banda 77GHz ha acquisito un notevole appeal in termini di regolamentazione globale e adozione del settore.

L'applicazione del radar a onde millimetriche 77GHz corrisponde alla fase avanzata dell'automazione automobilistica. Con lo sviluppo del veicolo di guida automatica e l'aumento della velocità installata ADAS, la maggior parte dei sensori radar dei veicoli a 24 GHz si rivolgerà alla banda 77 GHz e la loro domanda e applicazione aumenterà gradualmente.

Tendenza di mercato dei sensori radar in diverse bande di frequenza

Il modulo del sistema radar a onde millimetriche 77GHz si basa sullo schema di progettazione radar FMCW e adotta principalmente la soluzione completa a chip singolo come Ti, Infineon o NXP, che integra il front-end RF, l'unità di elaborazione del segnale e l'unità di controllo e fornisce più canali di trasmissione e ricezione del segnale. La progettazione PCB del modulo radar varia a seconda della progettazione dell'antenna dei clienti, ma ci sono principalmente questi modi.

Il primo è una scheda portante con materiale PCB a perdita ultra-bassa come lo strato superiore della progettazione dell'antenna. L'antenna patch Microstrip è solitamente utilizzata nella progettazione dell'antenna e il secondo strato dello stack è utilizzato come strato di antenna e il suo alimentatore. FR-4 è utilizzato per altri materiali PCB. Questo design è relativamente semplice, facile da elaborare e a basso costo. Tuttavia, a causa dello spessore sottile del PCB a perdita ultra bassa (di solito 0,127mm), è necessario prestare attenzione all'influenza della rugosità del foglio di rame sulla perdita e sulla consistenza. Allo stesso tempo, l'alimentatore stretto dell'antenna patch microstrip deve prestare attenzione al controllo di precisione della larghezza della linea.

Il secondo metodo di progettazione utilizza il circuito SIW per progettare l'antenna radar, che non è più microstrip patch antenna. Oltre all'antenna, gli altri stack PCB utilizzano ancora materiale FR-4 come controllo radar e strato di potenza come primo modo. Il materiale PCB utilizzato in questo design dell'antenna SIW è ancora materiale PCB a perdita ultra-bassa, che può ridurre la perdita e aumentare la radiazione dell'antenna. Lo spessore del materiale è solitamente più spesso di quello del PCB per aumentare la larghezza di banda, che può anche ridurre l'influenza della rugosità della lamina di rame e non ci sono altri problemi durante l'elaborazione della larghezza della linea stretta. Ma dobbiamo considerare il problema di SIW attraverso la lavorazione del foro e l'accuratezza della posizione.

Il terzo metodo di progettazione è quello di progettare la struttura multistrato con materiali di perdita ultra-bassa. Secondo i requisiti differenti, alcuni di loro possono utilizzare materiali a perdita ultra bassa, o tutti possono utilizzare materiali a perdita ultra bassa. Questo design aumenta notevolmente la flessibilità della progettazione del circuito, aumenta l'integrazione e riduce ulteriormente le dimensioni del modulo radar. Ma lo svantaggio è il costo relativamente alto, il processo di elaborazione è relativamente complesso.

Progettazione PCB differente del sensore radar

Considerazioni relative ai materiali PCB

Per diversi progetti PCB di sensori radar a onde millimetriche, c'è una caratteristica comune che i materiali PCB a perdita ultra bassa sono necessari per ridurre la perdita del circuito e aumentare la radiazione dell'antenna. Il materiale PCB è il componente chiave della progettazione del sensore radar. La scelta del materiale PCB appropriato può garantire l'alta stabilità e la coerenza delle prestazioni del sensore radar a onde millimetriche.

Le prestazioni del materiale PCB per radar a onde millimetriche 77GHz dovrebbero essere considerate dai seguenti aspetti

Il primo è le caratteristiche elettriche del materiale, che è il fattore primario nella progettazione di sensori radar e nella selezione dei materiali PCB. La selezione dei materiali PCB con costante dielettrica stabile e perdita ultra-bassa è molto importante per le prestazioni del radar a onde millimetriche 77GHz. La permittività e la perdita stabili possono rendere l'antenna ricevente e trasmittente ottenere una fase accurata, in modo da migliorare il guadagno dell'antenna e l'angolo o la gamma di scansione e migliorare la precisione di rilevamento e posizionamento radar. La stabilità della costante dielettrica e della perdita di PCB non solo deve garantire la stabilità di diversi lotti di materiali, ma deve anche garantire che il cambiamento nella stessa scheda sia piccolo e abbia una buona stabilità.

La rugosità superficiale della lamina di rame utilizzata nel materiale PCB influenzerà la costante dielettrica e la perdita del circuito. Più sottile è il materiale, maggiore è l'influenza della rugosità superficiale del foglio di rame sul circuito. Più ruvido è il tipo di foglio di rame, maggiore è il cambiamento della sua rugosità, che causerà anche i cambiamenti più grandi della costante dielettrica e della perdita, e influenzerà le caratteristiche di fase del circuito.

In secondo luogo, l'affidabilità dei materiali dovrebbe essere considerata. L'affidabilità dei materiali non solo si riferisce all'alta affidabilità dei materiali nella lavorazione del PCB, come la laminazione, l'influenza del processo di lavorazione, attraverso il foro, l'adesione della lamina di rame, ma include anche l'affidabilità a lungo termine dei materiali. Se le prestazioni elettriche del materiale PCB possono rimanere stabili con l'aumento del tempo e se possono rimanere stabili in diversi ambienti di lavoro, come temperatura o umidità differenti, è evidente per l'affidabilità del sensore radar automobilistico e l'applicazione del sistema ADAS automobilistico.

In generale, per la progettazione dell'antenna del sensore radar 77GHz, è necessario considerare la selezione di materiali con costante dielettrica stabile e perdita ultra-bassa. La scelta di un foglio di rame più liscio può ridurre ulteriormente la perdita del circuito e la tolleranza di permittività; Allo stesso tempo, il materiale dovrebbe avere proprietà elettriche e meccaniche affidabili con tempo, temperatura, umidità e altro ambiente di lavoro esterno.

Selezione del materiale PCB

Rogers collabora con i migliori produttori mondiali di moduli radar sin dai primi sviluppi del radar ad onde millimetriche automobilistiche. Ha lanciato ro3003 senza panno di vetro Le prestazioni del materiale sono state rigorosamente verificate in vari aspetti e possono soddisfare i requisiti del sensore radar 77GHz. RO3003 Il materiale è ampiamente usato nel radar d'onda millimetrica 77GHz ed ha caratteristiche dielettriche costanti e ultra-basse di perdita molto stabili (il fattore di perdita è 0,001 a 10GHz dalla prova convenzionale); Allo stesso tempo, la struttura senza panno di vetro riduce ulteriormente il cambiamento della costante dielettrica locale nella banda d'onda millimetrica, elimina l'effetto in fibra di vetro del segnale e aumenta ulteriormente la stabilità di fase del sensore radar. RO3003 Il materiale ha anche le caratteristiche di assorbimento ultra-basso dell'acqua (0,04% @ d48 / 50), costante dielettrica estremamente bassa con stabilità di temperatura (tcdk) (-3ppm / ° C), che assicura anche la stabilità di ro3003 Il sensore radar di onde millimetriche del materiale può ancora mantenere ottime prestazioni con il cambiamento di tempo, temperatura e ambiente. La selezione di vari tipi di fogli di rame e basso spessore di rame aiutano anche a migliorare la precisione di elaborazione e la resa dei prodotti e rendono il sensore radar ottenere prestazioni più eccellenti.

Con lo sviluppo del sensore radar 79ghz (77-81ghz), ha una larghezza di banda del segnale più ampia, che può migliorare ulteriormente la risoluzione del sensore radar, aumentare l'angolo di scansione e persino realizzare immagini 4D. Sulla base dei materiali, ro3003g2 è stato sviluppato e lanciato ™ Materiali per soddisfare i requisiti più elevati del sensore radar per le prestazioni dei materiali PCB. Rispetto al materiale ro3003 „¢ nel sistema dei materiali, il sistema di imballaggio speciale è ottimizzato per ridurre le particelle di riempimento, migliorare l'uniformità del sistema del materiale e ridurre ulteriormente la tolleranza di permittività tra l'intera piastra e il lotto; Il sistema di imballaggio più piccolo e uniforme consente anche di ottenere più piccoli tramite progettazione nell'elaborazione del PCB; RO3003G2 Il foglio di rame più liscio è selezionato per ridurre la perdita di inserzione nel circuito, e le sue prestazioni sono molto vicine a quelle di ro3003 Le proprietà di perdita di inserzione del rame laminato sono state studiate.

Confronto tra ro3003g2 e ro3003

Inoltre, Rogers clte-mw E ro4835 I materiali possono anche soddisfare le diverse esigenze dei clienti nella progettazione del sensore radar a 77GHz. CLTE-MW Si basa sul sistema di resina PTFE ed ha un fattore di perdita molto piccolo (DF 0 0015@10GHz ) È rinforzato da speciale panno di vetro aperto a bassa perdita, che, insieme al riempitore uniforme, fornisce un'eccellente stabilità dimensionale e minimizza l'influenza dell'effetto della fibra di vetro. Ci sono una varietà di opzioni di spessore da 3mil a 10mil per fare clte-mw Il materiale è molto adatto per applicazioni multistrato RF del sensore radar 77GHz.

Caratteristiche di perdita di materiali diversi

RO4835 Il materiale è basato su Rogers ro4000 La costante dielettrica è abbinata alla costante dielettrica bassa (DK) comunemente utilizzata nei sensori radar a 77GHz. Allo stesso tempo, ha le caratteristiche di perdita di inserzione estremamente bassa e la stessa lavorabilità dei prodotti della serie ro4000. La selezione dello speciale panno in fibra di vetro aperto a bassa perdita migliora anche la consistenza delle prestazioni del materiale nella banda d'onda millimetrica, in modo che l'antenna possa ottenere caratteristiche di fase più coerenti e guadagno dell'antenna più elevato. RO4835 Materiali a basso costo e convenienti sono la prima scelta nella progettazione del sensore radar 77GHz / 79ghz.

Panno aperto in fibra di vetro di materiale ro4835

I vantaggi unici del sensore radar a onde millimetriche 77GHz lo rendono una parte indispensabile del veicolo di guida automatica. Il sensore radar 77GHz / 79ghz con larghezza di banda più ampia e risoluzione più elevata è gradualmente diventato il mainstream. Per vari schemi di progettazione del sensore radar, le caratteristiche dei materiali del circuito PCB determinano in larga misura le prestazioni dell'antenna del sensore radar. In qualità di leader globale nei materiali di ingegneria avanzata, la tecnologia Rogers si impegna a sviluppare vari materiali per soddisfare le esigenze di progettazione dei clienti. RO3003G2/RO3003/CLTE-MW/RO4835 E altre soluzioni materiali, tempestive per i clienti per risolvere i problemi di progettazione. Allo stesso tempo, il team globale del cliente e del supporto tecnico dell'azienda Rogers può garantire una cooperazione più stretta con i clienti, risolvere una serie di problemi nella progettazione, elaborazione e test del cliente e accelerare il ciclo di progettazione del cliente.