Notizie PCB - Progettazione di PCB radar a onde millimetriche e soluzione materiale PCB

Il veicolo a guida automatica e la tecnologia ADAS (Advanced Driving Assistance System) promuovono il rapido sviluppo dei sensori radar ad onde millimetriche e l'aggiornamento iterativo della tecnologia per le automobili, oltre a rendere la guida e i viaggi più sicuri. Il radar a onde millimetriche è diventato un sensore indispensabile nella guida automobilistica e nel sistema ADAS a causa della sua alta risoluzione, forte prestazione anti-inceppamento, buone prestazioni di rilevamento e piccole dimensioni. Con la crescente possibilità di progettazione radar a onde millimetriche in Cina e il montaggio di modelli di auto nazionali, l'applicazione del radar a onde millimetriche è stata estesa a più aree. Questo articolo descriverà brevemente alcuni scenari applicativi e tendenze di progettazione del radar a onde millimetriche. Vengono discusse la selezione dei materiali PCB chiave nella progettazione di antenna radar a onde millimetriche e le caratteristiche chiave dei materiali PCB.

Scenari di applicazione PCB radar ad onda 77GHzmm

Con lo sviluppo della tecnologia, il radar a onde millimetriche si è sviluppato nella direzione di soddisfare le esigenze degli utenti, realizzando la gamma di rilevamento da vicino a lontano e migliorando gradualmente la precisione di misura. Dalla prima misurazione della velocità e della distanza, alla realizzazione della misurazione della velocità, della distanza e dell'angolo, fino ad oggi alla realizzazione di immagini ad alta risoluzione. Nel sistema ADAS, l'applicazione del radar a onde millimetriche può essere divisa in radar avanti, radar indietro e radar angolari secondo i diversi requisiti e funzioni del veicolo. Può anche essere diviso in radar a lungo raggio, radar a medio raggio e radar a corto raggio in base alla distanza di rilevamento. L'applicazione del radar a onde millimetriche in ADAS include il freno automatico AEB, l'avviso di collisione in avanti FCW, l'assistente canale LCA, la crociera adattiva ACC, il monitoraggio della zona cieca BSW, ecc.

Trend di progettazione del radar d'onda del millimetro automobilistico e della soluzione materiale del PCB

Oltre ad assistere la sicurezza di guida e di guida delle auto, l'applicazione del radar ad onde millimetriche automobilistiche si è estesa anche all'applicazione del rilevamento degli ostacoli durante il parcheggio o l'apertura delle porte, riducendo i danni da collisione della porta durante il parcheggio o la guida.

Diverse altre applicazioni hanno aumentato la diversità delle applicazioni radar a onde millimetriche e ampliato attivamente la nuova scena per le applicazioni radar a onde millimetriche. Se si utilizza il sensore radar di monitoraggio dei segni vitali del conducente, i segni vitali del conducente, come la frequenza cardiaca e la frequenza respiratoria, possono essere monitorati senza contatto, in modo da percepire lo stato di affaticamento del conducente e raggiungere l'obiettivo di una guida sicura. Il sensore radar di monitoraggio dei membri del passeggero consente inoltre di rilevare in modo affidabile i passeggeri (adulti, bambini, animali domestici) in auto in modo senza contatto, evitando il verificarsi di eventi di detenzione accidentale durante il processo di viaggio e fornendo garanzia di viaggio sicuro per i consumatori.

Tendenze progettuali

Le principali frequenze operative del radar d'onda Millimeter dell'automobile sono 24GHz e 77GHz. La banda 24GHz è utilizzata principalmente per radar a corto raggio e la distanza di rilevamento è di circa 50m. Può essere utilizzato per il rilevamento di punti ciechi e altri sistemi. Tuttavia, a causa della sua larghezza di banda ridotta, la risoluzione e le prestazioni del radar sono notevolmente limitate.

Al contrario, il radar 77 GHz ha ampie prospettive. I suoi grandi vantaggi sono l'alta precisione, l'alta risoluzione e l'eccellente misurabilità da brevi a lunghe distanze. Le due bande di radar 77 GHz sono 76-77 GHz e 77-81 GHz, con larghezza di banda di 1 GHz e 4 GHz, rispettivamente. L'enorme vantaggio della larghezza di banda migliora significativamente la risoluzione e la precisione. D'altra parte, a causa della sua alta frequenza e lunghezza d'onda corta, il radar 77GHz ha componenti più piccoli come il trasmettitore radar progettato o antenna, che riduce le dimensioni del radar e lo rende facile da installare e nascondere nel corpo. La banda 77GHz ha acquisito una notevole trazione nella regolamentazione globale e nell'adozione del settore.

L'applicazione del radar a onde 77GHzmm corrisponde alla fase avanzata dell'automazione automobilistica. Con lo sviluppo della guida automobilistica e il miglioramento della velocità di installazione ADAS, la maggior parte dei sensori radar automobilistici a 24 GHz passerà alla banda 77 GHz e i loro requisiti e applicazioni aumenteranno gradualmente.

Trend di progettazione del radar d'onda del millimetro automobilistico e della soluzione materiale del PCB

Il modulo del sistema radar a onde 77GHzmm si basa sulla progettazione del radar FMCW. La maggior parte di essi utilizza soluzioni complete a singolo chip come TI, Infineon o NXP. Il front-end RF, l'unità di elaborazione del segnale e l'unità di controllo sono integrati nel chip, fornendo più canali di trasmissione e ricezione del segnale. Il design della scheda PCB del modulo radar varia a seconda del design dell'antenna del cliente, ma ci sono diversi modi principali.

Il primo tipo utilizza materiale PCB con perdita ultra-bassa come piastra portante per il design superiore dell'antenna. Il design dell'antenna utilizza solitamente un'antenna patch e il secondo strato dello stack è lo strato dell'antenna e del suo alimentatore. Altri materiali PCB laminati sono FR-4. Questo design è relativamente semplice, facile da elaborare e a basso costo. Tuttavia, a causa dello spessore più sottile dei materiali PCB a perdita ultra bassa (di solito 0,127mm), è necessario prestare attenzione all'effetto della rugosità della lamina 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 di elaborazione.

Il secondo metodo di progettazione utilizza il circuito dielettrico integrato di guida d'onda (SIW) per progettare l'antenna del radar, che non è più un'antenna patch. Oltre alle antenne, altri stack PCB utilizzano materiali FR-4 come controllo radar e strati di potenza come nel primo modo. I materiali PCB utilizzati in questo design dell'antenna SIW utilizzano ancora materiali PCB con perdita ultra-bassa per ridurre la perdita e aumentare la radiazione dell'antenna. La selezione dello spessore dei materiali di solito si traduce in larghezza di banda più ampia con PCB più spessi e meno rugosità della lamina di rame. Non ci sono altri problemi durante l'elaborazione di larghezza di linea più stretta. Tuttavia, l'elaborazione del foro e l'accuratezza della posizione di SIW devono essere considerate.

Il terzo metodo di progettazione è quello di progettare la struttura laminata di piastre multistrato con materiali a perdita ultra-bassa. A seconda delle esigenze, è possibile utilizzare materiali a bassissima perdita per diversi strati, oppure utilizzare materiali a bassissima perdita per tutti gli strati. Questo metodo di progettazione aumenta notevolmente la flessibilità della progettazione del circuito, aumenta il grado di integrazione e riduce ulteriormente le dimensioni del modulo radar. Ma lo svantaggio è che il costo relativo è elevato e il processo di elaborazione è relativamente complesso.

Trend di progettazione del radar d'onda del millimetro automobilistico e della soluzione materiale del PCB

Considerazioni materiali

Per diversi progetti PCB di sensori radar a onde millimetriche, una caratteristica comune è che è necessario materiale PCB a perdita ultra bassa per ridurre la perdita del circuito e aumentare la radiazione dell'antenna. Il materiale PCB è il componente chiave nella progettazione del sensore radar. La selezione del materiale PCB appropriato può garantire la stabilità e la consistenza del sensore radar a onde millimetriche.

Trend di progettazione del radar d'onda del millimetro automobilistico e della soluzione materiale del PCB

Figura 4. Antenna microstrip del sensore radar automobilistico

Le prestazioni dei materiali PCB per radar a onde 77GHzmm devono essere considerate da questi aspetti:

In primo luogo, le caratteristiche elettriche del materiale, che è il fattore primario nella progettazione del sensore radar e nella selezione del materiale PCB. La selezione dei materiali PCB con costante dielettrica stabile e perdita ultra bassa è essenziale per le prestazioni del radar a onde 77GHzmm. La costante e la perdita dielettrica stabili possono far sì che l'antenna riceva e riceva la fase accurata, che può migliorare il guadagno dell'antenna, l'angolo di scansione o la gamma e migliorare l'accuratezza del rilevamento e del posizionamento radar. La stabilità della costante dielettrica e della proprietà di perdita del PCB non solo assicura la stabilità di diversi lotti di materiali, ma assicura anche che la variazione all'interno della stessa piastra sia piccola e abbia una buona stabilità.

La rugosità superficiale della lamina di rame utilizzata nel materiale PCB influisce sulla costante dielettrica e sulla perdita del circuito. Più sottile è il materiale, maggiore è la rugosità superficiale del foglio di rame sul circuito. Più grossolano è il tipo di lamina di rame, maggiore è il cambiamento di rugosità di se stesso, comporterà anche maggiori cambiamenti nella costante dielettrica e perdita e influenzerà le caratteristiche di fase del circuito.

In secondo luogo, l'affidabilità del materiale deve essere considerata. L'affidabilità dei materiali non solo si riferisce all'alta affidabilità dei materiali nella lavorazione del PCB, influenzata dal processo di lavorazione, attraverso fori, forza di legame della lamina di rame, ecc., ma include anche l'affidabilità a lungo termine dei materiali. Se le prestazioni elettriche del materiale PCB rimangono stabili nel tempo e in diverse condizioni di lavoro, come diverse temperature o umidità, è di grande importanza per l'affidabilità dei sensori radar automobilistici e l'applicazione dei sistemi ADAS automobilistici.

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. Un foglio di rame più liscio può ridurre ulteriormente la perdita del circuito e il cambiamento costante di tolleranza dielettrica. Allo stesso tempo, i materiali dovrebbero avere proprietà elettriche e meccaniche affidabili con tempo, temperatura, umidità e altro ambiente di lavoro esterno.

Selezione del materiale PCB

Rogers ha lavorato con i migliori produttori di moduli radar al mondo fin dai primi giorni dello sviluppo di radar ad onde millimetriche automobilistiche per lanciare RO3003 senza tessuto di vetro Le prestazioni del materiale sono state rigorosamente verificate sotto tutti gli aspetti e possono soddisfare le esigenze del sensore radar 77 GHz. RO3003 Il materiale è ampiamente usato nel radar a onde millimetriche 77GHz ed ha una costante dielettrica molto stabile e una caratteristica di perdita ultra-bassa (il fattore di perdita è 0,001 sotto prova convenzionale a 10GHz). Allo stesso tempo, la struttura senza panno di vetro riduce ulteriormente il cambiamento costante dielettrico locale nella banda 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 bassissimo assorbimento d'acqua (0,04% @D48/50), stabilità dielettrica costante (TCDk) molto bassa (-3ppm/?C), che garantisce anche prestazioni basate su RO3003. I sensori radar ad onde millimetriche materiali possono ancora mantenere prestazioni eccellenti nel tempo, nella temperatura e nell'ambiente. La scelta di vari tipi di fogli di rame e la scelta di basso spessore di rame fornito dal prodotto contribuiscono anche a migliorare la precisione di lavorazione e la resa del prodotto, e consentono al sensore radar di ottenere migliori prestazioni.

Con lo sviluppo del sensore radar a banda 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. Rogers si basa su RO3003 Sulla base dei materiali, RO3003G2 è stato sviluppato e lanciato Materiale per soddisfare i requisiti di prestazioni più elevati dei sensori radar per materiali PCB. Rispetto al materiale RO3003, RO3003G2 Il sistema di riempimento speciale è ottimizzato nel sistema del materiale, che riduce le particelle di riempimento, migliora l'uniformità del sistema del materiale e riduce ulteriormente la tolleranza costante dielettrica tra l'intera piastra e le proprietà del lotto. I sistemi di riempimento più piccoli e uniformi consentono anche progetti di fori passanti più piccoli durante l'elaborazione del PCB. RO3003G2 Foglio di rame più liscio è selezionato per ridurre la perdita di inserzione nel circuito e le sue prestazioni sono molto vicine a RO3003 Prestazioni di perdita di inserzione del rame calandrato del materiale.