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Lo strato dielettrico del circuito stampato composito comune (PCB) utilizza principalmente fibra di vetro come materiale di riempimento, ma a causa della speciale struttura tessuta della fibra di vetro, la costante dielettrica locale (Dk) della scheda PCB cambierà. Soprattutto alle frequenze di onda millimetrica (mmWave), l'effetto intrecciato del vetro dei laminati più sottili sarà più evidente e l'disomogeneità locale di Dk porterà a cambiamenti significativi nei circuiti RF e nelle prestazioni dell'antenna. L'influenza della struttura PCB sulle prestazioni della linea di trasmissione è stata studiata dal laminato politetrafluorone (PTFE) tessuto di vetro di spessore 100μm. La costante dielettrica del PCB è stata trovata per oscillare tra 0,01 e 0,22 in base alla diversa struttura tessuta di vetro. Al fine di studiare l'influenza di diverse strutture intrecciate di vetro sulle prestazioni dell'antenna, un'antenna patch array microstrip alimentata in serie è stata fabbricata sui laminati commerciali RO4835 e RO4830 di Rogers, rispettivamente, I risultati sperimentali hanno mostrato che: le proprietà elettriche dell'antenna lavorata con laminato RO4830 secondo la tolleranza normale sono più coerenti con i valori calcolati, con variazioni minori e coefficienti di riflessione migliori (S11 & LT; -- 10dB) e prestazioni di guadagno dell'asse visivo.
Il veicolo autonomo è un hotspot di ricerca attuale. Può aiutare conducenti e pedoni a evitare incidenti potenzialmente mortali e richiede un'elevata affidabilità. Pertanto, richiede anche il suo circuito di avere alta affidabilità. Il radar a onde millimetriche (mmWave) fornisce una soluzione affidabile per il rilevamento dei bersagli nella guida automatica grazie alla sua struttura compatta e all'elevata sensibilità al rilevamento ambientale. Nei sistemi radar ad onde millimetriche commerciali a frequenze da 76 a 81 GHz, l'antenna patch microstrip alimentata in serie è famosa per la sua facilità di progettazione, struttura compatta e capacità di produrre in grandi quantità e a basso costo [1]. Più alta è la frequenza, minore è la lunghezza d'onda, quindi le linee di trasmissione e le antenne che operano a frequenze d'onda millimetriche saranno più piccole di quelle che operano a basse frequenze. Al fine di garantire le prestazioni ideali del radar di bordo, è necessario studiare l'influenza del PCB sulla linea di trasmissione e sull'antenna patch microstrip. Per il circuito di frequenza dell'onda millimetrica che funziona in ambiente esterno per lungo tempo (influenzato dalla temperatura e dall'umidità) [2], la consistenza dell'indice di prestazione del materiale è la considerazione primaria quando si seleziona il laminato della linea PCB. Tuttavia, fogli di rame, materiali rinforzati con fibra di vetro, riempitivi ceramici e altri materiali che costituiscono il laminato avranno una grande influenza sulla consistenza dell'indice ad alta frequenza.
Questo articolo studia principalmente l'influenza della struttura PCB sulle prestazioni radar MMW. Lo strato dielettrico della maggior parte dei laminati PCB è solitamente formato coprendo un panno in fibra di vetro con una resina polimerica. Alla frequenza d'onda millimetrica, l'effetto del panno in fibra di vetro sulla consistenza delle proprietà del materiale è molto evidente, perché la larghezza del fascio di vetro è equivalente alla larghezza della linea di trasmissione. Inoltre, quando vengono utilizzati laminati sottili (ad esempio 100μm) per progettare antenne microstrip, il tessuto intrecciato in vetro può causare cambiamenti significativi nelle prestazioni dell'antenna e ridurre la resa lavorata.
Composizione del laminato
I laminati sono di solito realizzati combinando tessuto in fibra di vetro con resina polimerica per formare uno strato dielettrico, che viene poi coperto con foglio di rame su entrambi i lati. La permittività tipica (Dk) del panno di vetro è alta, circa 6,1, mentre quella della resina polimerica a bassa perdita è compresa tra 2,1 e 3,0, in modo che il Dk varia all'interno di una piccola area. La figura 1 mostra una vista dall'alto microscopica e la vista della sezione trasversale delle fibre intrecciate di vetro in un laminato. Il circuito sopra il "fascio di nocche" ha un Dk elevato a causa del suo elevato contenuto di fibra di vetro, mentre il circuito sopra il "fascio aperto" ha un Dk basso a causa del suo alto contenuto di resina. Inoltre, le caratteristiche del tessuto di vetro sono influenzate dallo spessore del tessuto di vetro, dalla distanza tra i tessuti, dal modo in cui il tessuto è appiattito e dal contenuto di vetro di ogni asse.
Il laminato ha una costante dielettrica di 3.48 e una tangente angolare di perdita di 0.0037 a 10GHz (basato sul test standard IPC TM-650 2.5.5.5). Inoltre, la costante dielettrica dei laminati RO4830 è 3,24 e la tangente dell'angolo di perdita è 0,0033 (basata sulla prova standard ipCTN-650 2.5.5.5). I laminati RO4835 sono realizzati in tessuto di vetro sbilanciato standard tipo 1080 e rinforzati con riempitivi ceramici. Al contrario, i laminati RO4830 sono rinforzati con fibra di vetro piana aperta tipo 1035 intrecciata e ceramica riempita con particelle più piccole. La tabella 3 confronta ulteriormente le caratteristiche dei laminati basati su RO4835 e RO4830.
Vengono selezionate le antenne che soddisfano le dimensioni di progetto dopo l'elaborazione e la cui linea di trasmissione dell'antenna è allineata con la "zona di giunzione del fascio delle nocche" e la "zona di apertura del fascio" del laminato RO4835, come mostrato nella FIG. 5 (a) e (b). Poiché il laminato RO4830 adotta la struttura intrecciata di vetro della fibra aperta piana, non è necessario considerare se il conduttore è allineato con il tessuto di vetro in laminato RO4830, come mostrato nella FIG. 5 (c). Sono stati misurati rispettivamente il coefficiente di riflessione (S11) e il guadagno dell'asse ottico dell'antenna lavorata.
FIG. 5 Antenna allineata con "zona di giunzione del fascio delle nocche" e "zona di apertura del fascio" sul laminato RO4835 e campione dell'antenna sul laminato RO4830
Per motivi di semplicità, i risultati presentati in questo articolo provengono dalla media dei dati di prova di diverse antenne in prova, e i risultati delle misurazioni sono confrontati con i risultati della simulazione. La FIG. 6 mostra i risultati del test dell'antenna (cinque campioni) sul laminato RO4835. Il coefficiente di riflessione (S11) e il guadagno assiale della "regione di attraversamento del fascio delle nocche" e della "regione di apertura del fascio" sono significativamente modificati. Le prestazioni dell'antenna sul RO4835 dipendono dall'allineamento del filo con la "zona di giunzione delle nocche" e la "zona di apertura del fascio". Inoltre, il guadagno dell'antenna varia anche
s con frequenza, indicando che anche la costante dielettrica sta cambiando. Inoltre, uno spostamento verso frequenze più elevate indica una permissività inferiore.
FIG. 6 Confronto tra i risultati delle misurazioni e i risultati della simulazione dei campioni di antenna "zona di giunzione del fascio (KB)" e "zona di apertura del fascio (BO)" dei laminati RO4835
Confrontando le prestazioni dell'antenna sul laminato RO4830 mostrate nella Figura 7, le prestazioni dell'antenna ottenute nel test sono molto coerenti e più coerenti con il valore di simulazione del laminato RO4830. La coerenza tra i risultati misurati e i risultati della simulazione mostra che la costante dielettrica dei laminati cambia. Al contrario, il guadagno apparente dell'asse cambia di 4 dB nel laminato intrecciato standard RO4835 e solo 2 dB nel laminato intrecciato piatto aperto RO4830. Con esperimenti così semplici, le prestazioni dell'antenna più consistenti come la riflettività e il guadagno assiale possono essere ottenute utilizzando un laminato Rogers RO4830 con uno stile di costruzione intrecciato in fibra di vetro aperto piatto.
FIG. 7 Confronto dei risultati di misura e dei risultati di simulazione dei campioni di antenna su laminato RO4830
conclusione
La struttura dei laminati può influenzare le linee di trasmissione e le prestazioni dell'antenna. La costruzione del panno di vetro cambierà anche la costante dielettrica del laminato, che ridurrà le prestazioni del prodotto e influenzerà la resa del prodotto. Rispetto al laminato RO4835, l'antenna trattata con laminato RO4830 ha una migliore consistenza delle prestazioni. Il miglioramento delle prestazioni dell'antenna e della resa di elaborazione è principalmente attribuito alla struttura del materiale laminato, cioè tessitura di vetro di fibra aperta piana, meno contenuto di vetro (conduttore lontano dalla fibra di vetro), substrato più spesso, ecc Il miglioramento delle prestazioni dell'antenna è anche legato alle proprietà elettriche del materiale, come il laminato RO4830, che ha una costante dielettrica più bassa e un valore tangente angolo di perdita più basso. Pertanto, nell'applicazione del radar a frequenza d'onda millimetrica con piccola lunghezza d'onda, le prestazioni e la consistenza dell'antenna elaborata con laminato Rogers RO4830 sono migliori di quella elaborata con laminato RO4835.
