PCB技術 - ミリ波レーダにおける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) mostly uses glass fiber as filler. しかし, ガラス繊維の特殊編組構造, the local dielectric constant (DK) of PCB will change. 特にミリ波周波数で, ガラスろう付け効果は薄い積層材のそれよりも明らかである, そして、DKのローカル不均一性は、RF回路およびアンテナ性能の明らかな変化につながる. The influence of PCB structure on transmission line performance was studied by using glass braided polytetrafluoroethylene (PTFE) laminate with thickness of 100 μ M. 異なる種類のガラス編組構造によれば, PCBボードの誘電率は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, ロジャースの市販ラミネートROR 4835とRO 4830熱硬化性積層板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ラミネートで製作したアンテナの電気的性質が計算値とより一致することを示している, and the changes are smaller It has good reflection coefficient (S11 < – 10dB) and Los gain performance.

オートパイロットは現在ホットな研究トピックです。ドライバーと歩行者が潜在的な致命的な事故を避けるのを助けることができて、高い信頼性を必要とします。従って、回路は信頼性の高いものでなければならない。そのコンパクトな構造と環境検出の高感度のため、MMWaveレーダーは、信頼性の高い信頼性の高いソリューションを提供し、自動運転のターゲット検出。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，簡単な設計，小型構造，量産化，低価格で普及している。周波数が高いほど波長が小さくなる。従って、低周波に比べて、ミリ波周波数で動作する伝送線路やアンテナのサイズが小さくなる。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ミリ波周波数回路［2］は，pcb回路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。しかしながら、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、高周波数でのインジケータの一貫性に大きな影響を与える。

ミリ波レーダの応用

ミリ波レーダの性能に及ぼすpcb構造の影響を中心に検討した。大部分のPCB積層体の誘電体層は、通常、ガラス繊維布上にポリマー樹脂を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それに等しいので、ミリ波の周波数では、材料特性の均一性に対するガラス繊維布の影響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、ガラス織布がアンテナ性能の大幅な変化を引き起こし、歩留まりを低下させる。

積層材の組成

積層体は、通常、ガラス繊維布およびポリマー樹脂からなり、誘電体層を形成し、両面に銅箔で覆われている。ガラス布の代表的な比誘電率（dk）は約6.1であり，低損失ポリマー樹脂の場合は2.1〜3.0であるため，dkには小さな面積の違いがある。図1は、ラミネート内のガラス編組繊維の顕微鏡的頂部及び断面図を示す。ナックル束の上の回路は、より高いガラス繊維含有量のためにより高いdkを有する。その一方で、束の上の回路はより高い樹脂内容のためにより低いdkを有する。また、ガラス織物の厚み、織物間の距離、織物の平坦化方法、および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。

図2に示すように、1080および1078の薄いガラスクロスの2種の典型的な織物パターンは、ミリ波用途の薄い積層体でしばしば使用される。不均衡なガラス布は、1080の標準織りで使われます。1軸のガラス含有量は他の軸より高い。1080枚の織物と比較して，1078のオープンガラスガラス組立体はより均一なガラス繊維面を持っているので，全体の積層体上のdkの変化は小さい。多層ガラス布を積層した場合と比較して，単層ガラスクロス積層板のdk値の変化はより重要である。また、セラミックフィラーを用いたラミネート材は、ガラスクロスの異なる織り方によるDK変化を低減することができる。

1080（オープン不平衡編み）と1078（オープンファイバー）ガラスクロスの構造の顕微鏡観察

伝送線路回路への影響

1 mm終端コネクタを用いたマイクロストリップ伝送線路回路を用いた。コネクタは、まず50オームの接地されたコプレーナ導波路（GCPW）に接続され、インピーダンス変換器を介して高インピーダンスマイクロストリップ伝送線路に変換される。図3に示すように、マイクロストリップ伝送線路の長さは2インチであり、実験回路がガラス編組構造の効果を試験することができる。回路はガラス編組ポリテトラフルオロエチレン（ptfe）積層体で構成し，カレンダ化銅と単一ガラスクロスを使用した。異なるガラス編み構造の効果を比較するために，1080ガラスクロスを有するptfeテフロン，1078ガラスクロスを有するptfeポリテトラフルオロエチレン，1080ガラスクロスを充填した非ptfe積層体の3種類のpcb積層体上に伝送線路回路を作製した。慎重に処理回路をチェックして、テストのために適切な伝送線を選んで、回路の振幅と位相角特性を測ってください。積層体の誘電率は、位相角（膨張位相値）、群遅延（周波数によって変化する位相角に基づく）、及び伝搬遅延（位相角に応じて計算される）によって決定される。

アンテナ性能への影響

ミリ波自動車レーダ用の典型的なアンテナである。ガラス繊維の効果がアンテナ性能に及ぼす影響を調べるために，1×4直列マイクロストリップパッチアンテナを設計し，その動作周波数範囲は76〜81 ghz［3］である。図4に示すように、アンテナは、2つの異なるガラスクロス・ラミネート、ROD 4835およびROD 4830からなる。アンテナはその結合効果を研究するために接地された隣接素子でできている。

Series fed microstrip patch arrays fabricated on ロジャースRO 4835 and ロジャーズro4830 laminates

10 GHzの積層体の誘電率は3.48であり、損失正接は0.0037である（IPC TM−650 2.5.5.5標準試験に基づく）。また、RO 4830積層体の誘電率は3.24であり、損失正接は0.0033（IPCTM−650 2.5.5.5標準試験に基づいている）である。RO 4835ラミネートは、1080の標準的な不織布アンバランスガラス布でできていて、陶製フィラーで補強されます。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編組とより小さな粒子で満たされる陶器で補強されました。さらに、Rd 4835及びRo 4830に基づく積層体の特性を比較する。