PCB Tecnico - Influenza della struttura PCB sul radar a onde millimetriche

Lo strato dielettrico del circuito stampato composito comune (PCB) utilizza principalmente fibra di vetro come riempitore. Tuttavia, a causa della speciale struttura intrecciata della fibra di vetro, la costante dielettrica locale (DK) del PCB cambierà. Soprattutto alla frequenza d'onda millimetrica, l'effetto intrecciato del vetro è più evidente di quello del laminato sottile e l'disomogeneità locale di DK porterà a cambiamenti evidenti nelle prestazioni del circuito RF e dell'antenna. L'influenza della struttura PCB sulle prestazioni della linea di trasmissione è stata studiata utilizzando laminato di politetrafluoroetilene intrecciato di vetro (PTFE) con spessore di 100 μ M. secondo i diversi tipi di struttura intrecciata di vetro, la costante dielettrica della scheda PCB oscillava tra 0,01 e 0,22. Al fine di studiare l'effetto di diverse strutture intrecciate di vetro sulle prestazioni dell'antenna, un'antenna patch array microstrip alimentata in serie è stata fabbricata rispettivamente sui laminati commerciali ro4835 e ro4830 termoindurenti di Rogers, e i risultati sperimentali mostrano che le proprietà elettriche dell'antenna fabbricata con laminato ro4830 in conformità con la tolleranza normale sono più coerenti con i valori calcolati, e le modifiche sono più piccole Ha un buon coefficiente di riflessione (S11 < – 10dB) e Los guadagno prestazioni.

Autopilota è un argomento di ricerca caldo al momento. Può aiutare conducenti e pedoni a evitare potenziali incidenti mortali e richiede un'elevata affidabilità. Pertanto, è necessario che il circuito deve essere altamente affidabile. Grazie alla sua struttura compatta e all'elevata sensibilità di rilevamento ambientale, il radar mmwave fornisce una soluzione affidabile e affidabile per il rilevamento del bersaglio nella guida automatica. Nei sistemi radar ad onde millimetriche commerciali a 76-81 GHz, le antenne patch microstrip alimentate in serie sono diventate popolari a causa della loro progettazione facile, struttura compatta, produzione di massa e basso costo. Maggiore è la frequenza, minore è la lunghezza d'onda. Pertanto, rispetto alla bassa frequenza, la dimensione della linea di trasmissione e dell'antenna che lavorano alla frequenza d'onda millimetrica sarà più piccola. Al fine di garantire le prestazioni ideali del radar trasportato dal veicolo, è necessario studiare l'influenza del PCB sulla linea di trasmissione e sull'antenna patch microstrip. Per il circuito di frequenza dell'onda millimetrica [2] che funziona in ambiente esterno per lungo tempo (influenzato dalla temperatura e dall'umidità), la consistenza dell'indice di prestazione del materiale è la considerazione primaria quando si sceglie il laminato del circuito PCB. Tuttavia, il foglio di rame, il materiale rinforzato con fibra di vetro, il riempitivo ceramico e altri materiali che costituiscono il laminato avranno un maggiore impatto sulla consistenza degli indicatori ad alta frequenza.

Applicazione del radar a onde millimetriche

Questo articolo studia principalmente l'influenza della struttura PCB sulle prestazioni del radar a onde millimetriche. Lo strato dielettrico della maggior parte dei laminati PCB è solitamente formato dal rivestimento della resina polimerica su tessuto di fibra di vetro. Alla frequenza d'onda millimetrica, l'influenza del panno in fibra di vetro sull'uniformità delle proprietà del materiale è molto evidente, perché la larghezza del fascio di vetro è uguale a quella della linea di trasmissione. Inoltre, quando per progettare antenne microstrip vengono utilizzati laminati sottili (ad esempio 100 μ m), il tessuto tessuto di vetro causerà cambiamenti significativi nelle prestazioni dell'antenna e ridurrà la resa di elaborazione.

Composizione dei laminati

Il laminato è solitamente realizzato in tessuto di fibra di vetro e resina polimerica per formare uno strato dielettrico, e quindi coperto con foglio di rame su entrambi i lati. La tipica costante dielettrica (DK) del tessuto di vetro è più alta, circa 6,1, mentre quella della resina polimerica a bassa perdita è compresa tra 2,1 e 3,0, quindi c'è una certa differenza in DK in una piccola area. La figura 1 mostra le viste microscopiche della parte superiore e della sezione trasversale delle fibre intrecciate di vetro nel laminato. Il circuito sopra il fascio di nocche ha un DK più alto a causa del suo più alto contenuto di fibra di vetro, mentre il circuito sul fascio aperto ha un DK più basso a causa del più alto contenuto di resina. Inoltre, le proprietà del tessuto tessuto di vetro sono influenzate dallo spessore del tessuto di vetro, dalla distanza tra i tessuti, dal metodo di appiattimento del tessuto e dal contenuto di vetro di ogni asse.

Due modelli tipici di tessitura di tessuto sottile di vetro, 1080 e 1078, sono spesso utilizzati in laminati sottili per applicazioni ad onde millimetriche, come mostrato nella Figura 2. Il panno di vetro sbilanciato è utilizzato nella tessitura standard 1080. Il contenuto di vetro di un asse è superiore a quello dell'altro. Rispetto al tessuto tessuto 1080, 1078 treccia di vetro in fibra aperta ha un piano di fibra di vetro più uniforme, quindi il cambiamento di DK sull'intero laminato è piccolo. Rispetto al laminato con panno di vetro multistrato, il cambiamento del valore DK del laminato di panno di vetro monostrato è più significativo. Inoltre, il materiale laminato con riempitivo ceramico può ridurre il cambiamento DK causato da diversi metodi di tessitura del panno di vetro.

Vista microscopica della struttura del panno di vetro 1080 (intrecciatura sbilanciata aperta) e 1078 (fibra aperta)

Influenza sul circuito della linea di trasmissione

Questo esperimento di prova utilizza il circuito della linea di trasmissione microstrip, utilizzando il connettore di terminazione da 1 mm. Il connettore viene dapprima collegato a una guida d'onda complanare messa a terra da 50 ohm (GCPW) e convertito in una linea di trasmissione microtrip ad alta impedenza attraverso un convertitore di impedenza. Come mostrato nella figura 3, la lunghezza della linea di trasmissione del microtrip è di 2 pollici, che assicura che il circuito sperimentale possa testare l'effetto della struttura intrecciata di vetro. Il circuito è realizzato in laminato di politetrafluoroetilene intrecciato di vetro (PTFE) e vengono utilizzati rame calandrato e panno di vetro singolo. Al fine di confrontare gli effetti di diverse strutture di treccia di vetro, i circuiti della linea di trasmissione sono stati realizzati su tre diversi laminati PCB, che erano Teflon PTFE con panno di vetro 1080, politetrafluoroetilene PTFE con panno di vetro 1078 e laminato non PTFE riempito con panno di vetro 1080. Controllare attentamente il circuito elaborato, selezionare la linea di trasmissione appropriata per la prova e misurare le caratteristiche dell'ampiezza e dell'angolo di fase del circuito. La costante dielettrica del laminato è determinata da tre parametri: angolo di fase (valore di fase espanso), ritardo di gruppo (basato sull'angolo di fase variabile con frequenza) e ritardo di propagazione (calcolato in base all'angolo di fase).

Influenza sulle prestazioni dell'antenna

L'array dell'antenna patch microtrip alimentata in serie è un'antenna tipica per radar automobilistici ad onde millimetriche. Per studiare l'effetto dell'effetto della fibra di vetro sulle prestazioni dell'antenna, è progettata un'antenna patch microtrip alimentata serie 1 * 4 e la sua gamma di frequenza operativa è 76-81 GHz [3]. Come mostrato nella Figura 4, l'antenna è fatta di due diversi laminati in tessuto di vetro, ro4835 e ro4830. L'antenna è fatta di elementi adiacenti a terra per studiare il suo effetto di accoppiamento.

Matrici di patch microstrip alimentati in serie fabbricati su laminati rogers ro4835 e rogers ro4830

La costante dielettrica del laminato a 10 GHz è 3,48 e la tangente di perdita è 0,0037 (basato su IPC TM-650 2.5.5 Standard Test). Inoltre, la costante dielettrica del laminato ro4830 è 3,24 e la tangente di perdita è 0,0033 (basata sulla prova standard ipctm-650 2.5.5.5). I laminati Ro4835 sono realizzati in tessuto di vetro sbilanciato standard 1080 e rinforzati con riempitivo ceramico. Al contrario, il laminato ro4830 è stato rinforzato da 1035 treccia di vetro in fibra aperta piatta e ceramica riempita con particelle più piccole. La tabella 3 confronta ulteriormente le proprietà dei laminati sulla base di ro4835 e ro4830.