自動車先進運転者支援システム（ADAS）における異なる種類のレーダセンサ応用のための回路基板材料の選択方法

2021-08-22

Author：Aure

未来のある日, 自走車は、現在のドライバーによって駆動される自動車より安全であるでしょう.しかし、ドライバーがステアリングホイールを放す前に, いくつかの電子機能部品は商用車の標準的な特徴にならなければならない, ミリ波レーダシステムを含むこと,カメラと/またはライダー.様々な回路材料.比較道路で, レーダーは戦場とより容易に関連しているようだ.しかし、それは着実に非常に信頼できるセンサー技術になっています, 現代自動車の中高級ドライバー支援システム（ADAS）技術の一部として、現代商用車に電子安全機能を提供する.ミリ波レーダシステムは自動車産業における成熟した技術である.第一のアクティブセーフティ機能ブレーキアシストシステムとして, それは1996年以降メルセデスベンツによって使われて、現在現代のアダスシステムで一般的に使われます.ブラインドスポット検出と衝突防止.

ミリ波レーダは自律車両が可能になるのを助けるが，77 ghz以上の周波数を持つ電子デバイスや回路に対して安定した性能を提供できる回路材料を含む複数の素子の組合せを必要とする。例えば、ADAS用途において、回路材料は、広い動作温度範囲にわたって一貫した再現可能な性能を提供しながら、最小損失を達成するために、24、77（または79）GHzでマイクロ波およびミリ波信号をサポートすることができる伝送ラインの設計を必要とする。幸いにも、Rogersはこの回路材料を、マイクロ波から高周波のミリ波周波数帯までのADAS用途に要求される一貫した性能で提供することができる。

車両のADASシステムの電子的知覚保護の一部として、車両搭載レーダシステムは、他の技術と共に使用される。レーダーシステムは電波の形で電磁（EM）信号を送信し、通常は複数のターゲットであるターゲットからの電波の反射信号を受信する。レーダシステムは、位置、距離、相対速度及びレーダ断面（RCS）を含むこれらの受信反射信号から対応する目標情報を抽出することができる。範囲（R）は、信号の速度（C）と所要の往復時間（τ）に基づいて求めることができる。往復時間は、レーダーエネルギー源（レーダー送信機）からターゲットへの電波の移動のための時間であり、その後、レーダーエネルギー源に戻る。車載レーダシステムでは、レーダ信号の発生をPCBアンテナに送信する。Rの値は、レーダ信号源から目標までの光の速度と往復時間の積の積で、R＝C2で割ったレーダー源に戻すことができる。

ADASアクティブセーフティの一環として、カメラ、ライダ、レーダーシステムを含む様々なセンサーが装備されている

ADASのアクティブセーフティの一部として、車両はカメラ、ライダー、レーダーシステムを含む様々なセンサーを装備している。

混雑した道路内の2台の車両のように、複数のレーダターゲットが相対的に近接している場合、検出された物体を識別するために正確なレーダ距離分解能が要求される。より短いパルスまたは任意のタイプの信号は、ターゲットから後方のレーダ受信機により少ないエネルギーを反射するが、より短いレーダパルスを使用して目標を検出することができる。位相圧縮または周波数変調がそのパワーレベルを増加させることができるパルス圧縮を使用することによって、より短いパルスにより多くのエネルギーを加えることができる。このため、周波数変調連続波（FMCW）信号（「チャープ」信号とも呼ばれる）に基づくレーダは、車両レーダシステムで一般的に使用される。

目標速度の推定はドップラー効果によって得られるが、これはレーダ送受信機に対するターゲットの移動に応じてレーダから得られた目標によって反射された信号の周波数の変化を指す。ドップラー周波数シフトは、波長に反比例する。レーダ目標がレーダ源から接近しているか遠く離れているかによって、その値は正負である。

FMCWやチャープレーダーシステムの速度、距離、複数のターゲットの角度を測定することができます。24 ghzで動作する狭帯域（nb）と超広帯域（uwb）fmcwレーダは広く使用されているが，この周波数帯の適用は徐々に減少している。1 GHzの帯域幅を有する狭帯域77 GHzレーダシステムは、ますます車両安全系においてますます使用されている。さらに，自動車産業はuwb 79 ghzレーダを研究している。CWレーダーは比較的簡単で、目標の速度を検出することができますが、目標の距離を検出できません。パルス連続波レーダはまた、距離を推定するために複数のドップラー周波数を使用することができる。パルス持続時間とパルス繰返し周波数（prf）は信頼できるパルス連続波レーダシステムを設計するための2つの重要なパラメータである。

パルス圧縮により，fmcwレーダの距離分解能はfmcw信号の帯域幅に反比例し,パルス幅とは無関係である。近距離fmcwレーダは，uwb波形を用いて高分解能の小距離を測定する。ドップラー分解能はパルス幅の関数と推定に使用するパルス数である。どんなレーダーシステムのクラッタは、関心の対象以外の物によって反射されるレーダー信号によって発生されるノイズです。他の周囲の物体と比較してどんなレーダーシステムでも、レーダーはレーダー信号で照らされる多くのオブジェクトから効果的な目標を特定しなければなりません。

オンボード電子セキュリティシステムは、車両のADASドメインコントローラに使用可能なデータを提供するために、他の物理的パラメータ（視覚および光など）を使用する。ドメインコントローラは、車両を安全に案内するためのセンサ情報融合を行う情報処理センターである。前部カメラは、レーン出発警告とオブジェクト検出イメージングのために使われます、一方、後部のカメラは必要に応じて逆で更なるイメージングを提供することができます。光検出及び測距（LIDAR，LIDAR）システムは、赤外線（IR）光のパルスを目標（例えば、別の車又は駐車場の壁）に送信し、光源に戻るIRパルスを検出し、光源の速度に基づいて、光源とターゲットとの距離を計算する。IRパルスの長さと波長、および車両のIR検出器／受信機に戻るために必要な時間などの詳細なパラメータを使用して、IR照射された物体の位置および相対運動を計算することができる。残念なことに、車両ライダシステムの性能と有効性は、雪、雨、霧のような厳しい環境条件に非常に影響を受けやすい。

車載レーダシステムはライダ方式で動作するが、ミリ波周波数のレーダの対応波長は小さい。車両搭載レーダは、特定の周波数範囲、例えば24、77、79 GHzで使用するように指定される。これらの周波数帯域は、米国の連邦通信委員会や欧州電気通信規格機関のようないくつかの標準組織による使用のために承認されている。

pcb基板

現在，adasアプリケーションの一部として種々のレーダが使用されており，fmcw信号は，複数のターゲットの速度，距離，角度を測定するのに有効である。自動車レーダは、24 GHzの周波数帯で動作する狭帯域NBおよびUWB広帯域UWB設計を使用することがある。24 GHzの狭帯域車両レーダは、24.05から24.25 GHzまでの200 MHzの範囲を占め、24 GHzの超広帯域レーダは、21.65 GHzから26.65 GHzまで、5 GHzの総帯域幅を有する。狭帯域24 ghz車両搭載レーダシステムは，効果的な短距離交通ターゲット検出を可能にし，ブラインドスポット検出などの簡単な機能に用いられる。超広帯域車両レーダシステムは，適応クルーズ制御（acc），前方衝突警報（fcw），自動緊急ブレーキシステム（aeb）などの高域分解能関数に適用されてきた。

しかし、世界的な移動通信アプリケーションが「低い」周波数（24 GHzの付属品を含む）でスペクトルを消費し続けるので、車載用レーダーシステムの周波数は高くなり、より短い波長の利用可能なミリ波スペクトルは選択になり、周波数はそれぞれ77および79 GHzである。実際、日本はもはや24 GHz超広帯域車両技術を使用していない。地域標準組織ETSIとFCCによって設定された時刻表によれば、それはヨーロッパと米国でフェーズアウトされ、より高い周波数の狭帯域77 GHzと超広帯域79 GHz車のレーダーシステムに置き換えられます。77 GHzと79 GHzのレーダーは、自律的な車両のための機能モジュールとして何らかの形で使用されます。

材料要件

自走車は、光と電磁波を使用するセンサーを含む誘導、制御および安全性を提供するために、多くの異なる電子技術を使用する。ミリ波周波数レーダによって広く使用されている信号周波数範囲と回路技術は、かつて、ユニークで実験的であり、軍事目的で使用されさえしたことがあった。ミリ波レーダの使用の増加は、ますます多くの電子技術と回路が自動車に統合され、ドライバの利便性と支援を提供し、車両をより安全にし、車両の所有者と操作者が車を運転することを避けることの傾向である。タスクから解放されます。商用車における高周波エレクトロニクスの使用は、運転者と車両との間の全く新しい方法を引き起こすことさえある。少なくともミリ波レーダのような技術の使用は、自動車を「運転する」という定義を変えるでしょう。

これらの車両用ミリ波レーダシステムの設計は、通常、アンテナ1から始まる, そして、アンテナは通常高性能プリント回路基板であるPCBアンテナ,異なる位置に設置される, 目標を検出するか、「照らす」ために、低出力ミリワットミリ波信号を送受信することによって. 車両のうるさくのレーダーおよび他の電子システムは、異なった方法を使用して、車両の視差を周囲の物体の検出および分類アルゴリズムによって使用することによって使用される車両の周囲の残余環境に関する情報を提供する.

車載レーダの信号は、パルス状または変調されたCWとすることができる。車載レーダシステムは，24 ghzでのブラインドスポット検出に使用されている。しかし、無線通信などの他の機能については、時間の経過とスペクトル競合の強化により、車載レーダシステムは、77 GHzと79 GHzの周波数帯域を中心とした1 GHz幅の周波数帯域のような、高周波数に向かって移動し、帯域幅を狭くしている。

24時かどうか, 77または79GHz，パフォーマンスプリント配線板アンテナは、これらの車両レーダーシステムにとって重要です. ターゲットは、ターゲットに送信し、ターゲットが他の車両からの反射信号である場合、ほぼ瞬時に受信する必要がある.キープリント基板アンテナ性能パラメータは利得を含む,指向性と効率. 低損失回路材料は良好な取得に不可欠である PCBアンテナ性能（図2）。の長期信頼性プリント配線板アンテナも非常に重要です, これらの小型アンテナおよびその高周波トランシーバ回路も（車両が運転されている間）絶え間なく動作し続けなければならず、より挑戦的な運転環境での運転が可能であるため、商用自動車は上部で確実に運転される.