PCB技術 - ミリ波レーダ性能に対するPCB構造の影響

共通複合材料の誘電体層 プリント回路基板 （PCB）主に充填材としてガラス繊維を用い、ガラス繊維の特殊織布構造, PCB基板の局所誘電率（Dk）が変化する。特にミリ波（mmWave）周波数では、より薄いラミネートのガラス編組効果はより明白である, そして、DKのローカル不均一性は、むせんしゅうはすう回路とアンテナ性能の重要な変化につながります. 100μm厚のガラス編みポリテトラフルオロエチレン（PTFE）積層板を用いて、PCB構造が輸送線形エネルギーに与える影響を研究した。プリント配線板の誘電率は0から0まで変動した.01と0.22異なるガラス織物構造による. 異なるガラス編組構造がアンテナ性能に及ぼす影響を研究するために, ロジャースの商用ラミネートRoR 4835とRO 4830上に直列給電マイクロストリップパッチアレイアンテナを作製した, それぞれ, そして、実験結果は、正常な許容範囲に従ってRO 4830ラミネートで機械加工されたアンテナの電気的性質が計算値とより一貫していることを示しました, より小さな変化とより良い反射係数（S 11< ;-10 dB）、および視軸利得性能を有する。

自律車両は現在の研究ホットスポットである。運転者や歩行者は潜在的に致命的な事故を避けることができ，信頼性が高い。そのため、信頼性の高い回路も必要となる。ミリ波（ミリ波）レーダは，コンパクトな構造と高い環境検出感度のため，自動運転における目標検出のための信頼できる解を提供する。76〜81 ghzの商用ミリ波レーダシステムにおいて，直列給電マイクロストリップパッチアンテナは，設計の容易さ，小型構造，及び大量に低コストで製造できることで有名である。周波数が高いほど、波長が小さくなるので、ミリ波周波数で動作する伝送線路およびアンテナは、低周波数で動作するものよりも小さくなる。車載レーダの理想性能を確保するためには，伝送線路とマイクロストリップパッチアンテナに対するpcbの影響を検討する必要がある。屋外環境で長時間動作する（温度・湿度の影響）［2］ミリ波周波数回路は，pcbライン積層体を選択する際の材料性能指数の整合性が主な考慮事項である。しかし、積層体を構成する銅箔、ガラス繊維強化材料、セラミックフィラー、その他の材料は、高周波数での整合性に大きな影響を与える。

本論文は，mmwレーダ性能に対するpcb構造の影響を主に研究した。ほとんどのPCB積層体の誘電体層は、通常、ガラス繊維の布をポリマー樹脂でコーティングすることによって形成される。ガラス束の幅が伝送線の幅に等しいので、ミリ波の周波数では、材料特性の一貫性に対するガラス繊維布の効果は非常に明白である。さらに、マイクロストリップアンテナを設計するために薄い（例えば、100×1／4 m）のPCBライン積層体を使用すると、ガラス編組ファブリックは、アンテナ性能の著しい変化を引き起こし、機械的な歩留りを低下させることができる。

積層体の組成

ラミネートは通常、ガラス繊維の布をポリマー樹脂と組み合わせることによって作られ、誘電体層を形成し、その両側に銅箔で覆われる。ガラス布の典型的な誘電率（dk）は約6.1であり，低損失ポリマー樹脂は2.1〜3.0であり，dkは小面積内で変化する。図1は、積層体におけるガラス編組繊維の顕微鏡上面図及び断面図を示す。「ナックル束」の上の回路はその高いファイバーグラス内容のために高いDKを持ちます、しかし、「束オープン」の上の回路はその高い樹脂内容のため、低いDKを持ちます。また、ガラス織物の厚さ、布間の距離、布の平坦化、各軸のガラス含有量によってガラス織物の特性が変化する。

積層体は誘電率が3.48であり、10 GHzで0.0037の損失角正接（IPC−TM−650 2.5.5.5規格試験に基づいている）である。また、RO 4830積層体の誘電率は3.24であり、損失角正接は0.0033（IPCTN - 650 2.5.5.5規格に準拠）である。RO 4835ラミネートは、1080標準織物不平衡ガラス布で作られ、セラミックフィラーで強化されています。対照的に、RO 4830ラミネートは、1035の平らな開いた繊維ガラスで編まれて、より小さな粒子で満たされる陶製で補強されます。さらに、Rd 4835及びRo 4830に基づく積層体の特性を比較する。

図5（a）、（b）に示すように、処理後の設計寸法を満たし、アンテナ伝送路をROV 4835ラミネートの「ナックルビームジャンクションゾーン」と「ビーム開口ゾーン」に合わせたアンテナを選択する。RO 4830ラミネートは、平坦なオープンファイバのガラス編組構造を採用しているので、図5（c）に示すように、導電体がRO 4830ラミネート内のガラス繊維と整合しているか否かを考慮する必要がない。加工したアンテナの反射係数（S 11）と光軸利得をそれぞれ測定した。

図5は、Rat 4835ラミネート上の「ナックルビーム接合部」及び「ビーム開口部」、及びRa 4830積層板上のアンテナサンプルに整合したアンテナ

簡単にするため，本論文で提案した結果は，試験中のいくつかのアンテナの試験データの平均値であり，その測定結果をシミュレーション結果と比較した。図6は、RO 4835ラミネート上のアンテナ試験結果（5サンプル）を示す。「ナックルビーム交差領域」と「ビーム開口領域」の反射係数（S 11）と軸方向利得は大きく変化する。ROD 4835上のアンテナの性能は、「ナックルジャンクションゾーン」と「ビーム開口部」でワイヤの位置合わせに依存する。また、アンテナ利得も変化

周波数がsで、誘電率も変化していることを示します。また、高い周波数へのシフトは低い誘電率を示す。

Rat 4835積層板の「ナックルビーム接合帯（KB）」および「ビーム開口ゾーン（BO）」アンテナ試料の測定結果とシミュレーション結果の比較

図7に示されるRO 4830積層体のアンテナ性能を比較することによって、試験で得られたアンテナ性能は、非常に首尾一貫しており、RON 4830積層体のシミュレーション値とより一貫性がある。測定結果とシミュレーション結果の間の整合性は積層材の誘電率が変化することを示した。対照的に、見かけ上の軸方向利得は、標準の編まれたRO 4835ラミネートにおいて4 dBだけ変化し、平坦な開編まれたRO 4830ラミネートでは2 dBだけである。このような単純な実験によって、反射率と軸方向利得のようなより一貫したアンテナ性能は、フラット・オープン・フィブリアス組立て構造を有するロジャースRO 4830ラミネートを使用することによって得ることができる。

図7積層型RO 4830アンテナの測定結果とシミュレーション結果の比較

結論

積層板の構造は伝送線路とアンテナ性能に影響を及ぼす。また、ガラス布の構成は、積層体の誘電率を変化させ、製品性能を低下させ、製品の歩留まりに影響を与える。RO 4835ラミネートと比較して、RO 4830ラミネートで処理されるアンテナは、パフォーマンスのより良い一貫性を持ちます。アンテナ性能及び処理歩留りの向上は、積層材料の構造、すなわち、平坦なオープンファイバのガラス織り、ガラス含有量（ガラス繊維から離れた導体）、より厚い基板等の構造に起因する。誘電率は低く、損失角は低い。したがって、小型波長のミリ波周波数レーダの適用においては、Rogers RoI 4830ラミネートで処理されたアンテナの性能と整合性は、RO 4835ラミネートで処理されたものよりも優れている。