마이크로웨이브 기술 - 자동차 밀리미터파 레이더 설계 추세 및 PCB 소재 솔루션

자동차 밀리미터파 레이더 센서의 빠른 발전과 기술의 반복 업데이트도 운전과 이동을 더욱 안전하게 한다.밀리미터파 레이더는 해상도가 높고 교란 방지 능력이 강하며 탐지 성능이 좋고 부피가 작은 등의 장점을 가지고 있어 이미 자동차 운전과 ADAS 시스템에서 없어서는 안 되거나 없어서는 안 될 센서가 되었다.국산 밀리미터파 레이더 설계와 국산 모델 설치 확률이 증가함에 따라 밀리미터파 레이더의 응용도 더 많은 방면으로 확대되었다.이 글은 밀리미터파 레이더의 일부 응용 장면과 디자인 추세를 간략하게 소개할 것이다.밀리미터파 레이더 안테나 설계에서 핵심 PCB 재료의 선택과 PCB 재료의 핵심 특성에 대해 논의했다.

장면 적용

기술의 발전에 따라 밀리미터파 레이더도 사용자의 수요를 만족시키는 방향으로 발전하여 가까운 곳에서 먼 곳까지의 탐지 범위를 실현하고 측정 정밀도를 점차 향상시켰다.최초의 속도 측정, 거리 측정, 속도 측정, 거리 측정, 각도 측정, 그리고 이제 더 높은 해상도의 이미지 이미지를 구현합니다.ADAS 시스템에서 밀리미터파 레이더의 응용은 서로 다른 차량 수요와 기능에 따라 구분할 수 있다.예를 들어 차량에 장착된 위치에 따라 전방향 레이더, 후방 레이더, 각도 레이더로 나눌 수 있다.탐지 거리에 따라 장거리 레이더, 중거리 레이더, 근거리 레이더로 나눌 수 있다.ADAS에서 밀리미터파 레이더의 적용은 AEB 자동제동, FCW 전방 충돌 경보, LCA 차선 변경 보조, ACC 어댑티브 크루즈, BSW 사각지대 모니터링 등이다.

자동차 밀리미터파 레이더

차량 운전과 운행 안전을 보조하는 것 외에도 차량 밀리미터파 레이더의 응용은 주차나 문을 열 때의 장애물 탐지 응용으로 확장되어 주차나 문을 여는 과정에서 차문의 충돌 손상을 줄인다.

각종 기타 응용은 밀리미터파 레이더 응용의 다양성을 증가시켰으며 밀리미터파 레이더의 새로운 응용 장면을 적극적으로 확장했다.예를 들어, 운전자 바이탈 모니터링 레이더 센서는 운전자의 심박수, 호흡 빈도 등 바이탈에 대한 비접촉식 모니터링을 실현할 수 있으며, 따라서 운전자의 피로 상태를 감지하여 안전 운전의 목적을 달성할 수 있다.승객 구성원 감시 레이더 센서는 또한 차량 내 승객 (성인, 어린이, 애완동물) 에 대한 비접촉식 신뢰할 수 있는 검측을 실현하여 이동 중 의외의 체류가 발생하지 않도록 하고 소비자에게 안전한 이동 보장을 제공한다.

PCB 설계 경향

자동차 밀리미터파 레이더의 작동 주파수는 주로 24GHz 대역과 77GHz 대역을 포함한다.24GHz 대역은 주로 약 50m 거리의 근거리 레이더를 탐지하는 데 사용되며 맹점 탐지 시스템에 사용될 수 있다.그러나 대역폭이 좁기 때문에 레이더의 해상도와 성능은 크게 제한된다.

상대적으로 77GHz 레이더는 광활한 발전 전망을 가지고 있다.정밀도가 높고 해상도가 높으며 단거리에서 장거리까지 측정성이 좋다는 장점이 있다.77GHz 레이더의 두 주파수 대역은 각각 76-77GHz와 77-81ghz이다.대역폭은 각각 1GHz와 4GHz입니다.큰 대역폭 이점으로 해상도와 정확성이 크게 향상되었습니다.한편, 77GHz 레이더는 주파수가 높고 파장이 짧기 때문에 레이더 트랜시버나 안테나 등의 부품이 더 작게 설계되었으며, 이는 레이더의 전체 크기를 줄여 차체에 장착하고 숨기기 편리하다.77GHz 대역은 글로벌 규제 및 업계 채택에 있어 중요한 매력이 있습니다.

77GHz 밀리미터파 레이더의 응용은 자동차 자동화의 고급 단계에 대응한다.자율주행차의 발전과 ADAS 설치율이 높아짐에 따라 대부분의 24GHz 차량용 레이더 센서가 77GHz 주파수 대역으로 전환되어 그 수요와 응용이 점차 증가할 것이다.

주파수 대역별 레이더 센서의 시장 추세

77GHz 밀리미터파 레이더 시스템 모듈은 FMCW 레이더 설계 방안을 기반으로 하며, 대부분 Ti, Infineon 또는 NXP와 같은 완전한 단일 컴퓨터 솔루션을 사용하며, 무선 주파수 프런트엔드, 신호 처리 장치 및 제어 장치를 통합하여 여러 신호 발사 및 수신 채널을 제공합니다.레이더 모듈의 PCB 설계는 고객의 안테나 설계에 따라 다르지만 주로 이러한 방식이 있습니다.

첫 번째는 초저손실 PCB 소재를 안테나 설계 최상층으로 사용하는 캐리어 보드이다.마이크로테이프 패치 안테나는 일반적으로 안테나 설계에 사용되며, 쌓인 두 번째 층은 안테나와 그 피드백의 층으로 사용된다.FR-4는 다른 PCB 재료에 사용됩니다.이런 설계는 상대적으로 간단하고 가공하기 쉬우며 원가가 낮다.그러나 초저손실 PCB의 두께가 얇기 때문에 (보통 0.127mm) 동박의 거친 정도가 손실과 일관성에 미치는 영향에 주의할 필요가 있다.또한 마이크로밴드 패치 안테나의 좁은 피드백은 선폭의 정확한 제어에 주의해야 한다.

두 번째 설계 방법은 SIW 회로를 사용하여 레이더 안테나를 설계하며 더 이상 마이크로밴드 패치 안테나가 아닙니다.안테나를 제외한 다른 PCB 스택은 여전히 FR-4 소재를 레이더 제어 및 전원 계층으로 사용하고 있으며, 이것이 첫 번째 방법입니다.이 SIW 안테나 설계에 사용되는 PCB 재료는 여전히 손실을 줄이고 안테나 복사를 증가시키는 초저손실 PCB 재료입니다.재료의 두께는 일반적으로 PCB의 두께보다 두꺼워 대역폭을 증가시키므로 동박의 거칠음의 영향을 줄일 수 있으며 좁은 선폭을 처리할 때 다른 문제가 없습니다.그러나 SIW 구멍 통과 및 위치 정밀도 문제를 고려해야 합니다.

세 번째 설계 방법은 초저손실 재료로 다층 구조를 설계하는 것이다.서로 다른 요구에 따라, 그것들 중 일부는 초저손실 재료를 사용할 수도 있고, 전부 초저손실 재료를 사용할 수도 있다.이 설계는 회로 설계의 유연성을 크게 향상시키고 집적도를 높이며 레이더 모듈의 크기를 더 줄였습니다.그러나 원가가 상대적으로 높고 가공 과정이 상대적으로 복잡하다는 단점이 있다.

레이더 센서의 다양한 PCB 설계

PCB 재료 고려사항

밀리미터파 레이더 센서의 서로 다른 PCB 설계의 경우, 회로 손실을 줄이고 안테나 복사를 증가시키기 위해 초저손실의 PCB 재료가 필요하다는 공통된 특징이 있다.PCB 소재는 레이더 센서 설계의 핵심 부품이다.적합한 PCB 소재를 선택하면 밀리미터파 레이더 센서의 높은 안정성과 성능 일관성을 보장할 수 있다.

77GHz 밀리미터파 레이더 PCB 재료의 성능은 다음과 같은 몇 가지 측면에서 고려해야 한다

우선 레이더 센서 설계와 PCB 소재 선택의 가장 중요한 요소인 재료의 전기학적 특성이다.안정적인 개전 상수와 초저손실을 가진 PCB 소재를 선택하는 것은 77GHz 밀리미터파 레이더의 성능에 매우 중요하다.안정적인 개전 상수와 손실은 수신과 발사 안테나로 하여금 정확한 위상을 얻을 수 있게 하여 안테나의 이득과 스캐닝 각도나 범위를 높이고 레이더의 탐지와 위치 정밀도를 높일 수 있다.PCB의 개전 상수와 손실의 안정성은 서로 다른 로트 재료의 안정성을 확보해야 할 뿐만 아니라 같은 판의 변화가 적고 매우 좋은 안정성을 확보해야 한다.

PCB 재료에 사용되는 동박 표면의 거친 정도는 회로의 개전 상수와 손실에 영향을 줄 수 있다.재료가 얇을수록 동박 표면의 거친 정도가 회로에 미치는 영향이 크다.동박의 유형이 거칠수록 그 자체의 거칠음의 변화가 커지는데 이는 개전 상수와 손실의 변화를 더욱 크게 초래하고 회로의 위상 특성에 영향을 준다.

둘째, 재료의 신뢰성을 고려해야 한다.재료의 신뢰성은 층압, 가공 공정의 영향, 통공, 동박 접착 등 PCB 가공에서의 재료의 높은 신뢰성을 가리킬 뿐만 아니라 재료의 장기적인 신뢰성도 포함한다.PCB 소재의 전기 성능이 시간이 지남에 따라 안정될 수 있는지, 다른 온도나 습도와 같은 작업 환경에서 안정될 수 있는지는 자동차 레이더 센서의 신뢰성과 자동차 ADAS 시스템의 응용에 있어서 자명하다.

일반적으로 77GHz 레이더 센서의 안테나 설계의 경우 개전 상수가 안정적이고 손실이 매우 낮은 소재를 선택하는 것을 고려할 필요가 있다.더 매끄러운 동박을 선택하면 회로 손실과 개전 상수 용량을 더욱 낮출 수 있다;이와 동시에 재료는 시간, 온도, 습도 등 외부작업환경에 따라 믿음직한 전기와 기계성능을 가져야 한다.

PCB 소재 선택

로저스는 자동차 밀리미터파 레이더를 조기에 개발한 이래 세계 최고의 레이더 모듈 제조업체와 협력해 왔다.유리 천 없이 ro3003을 발사했다. 이 소재의 성능은 모든 면에서 77GHz 레이더 센서의 요구 사항을 충족할 수 있도록 엄격하게 검증됐다.RO3003 이 재료는 77GHz 밀리미터파 레이더에 널리 사용되며 매우 안정적인 개전 상수와 초저손실 특성 (일반적으로 10GHz를 테스트할 때 손실 인수는 0.001);이와 동시에 유리천이 없는 구조는 밀리메터파단의 국부개전상수의 변화를 한층 더 낮추고 신호의 유리섬유효과를 제거하여 레이다센서의 위상안정성을 한층 더 제고시켰다.RO3003 이 소재는 초저흡수율(0.04%@d48/50), 극저개전 상수 및 온도(tcdk) 안정성(-3ppm/°C)의 특성도 갖추고 있어 RO3003의 안정성도 확보한다. 이 소재의 밀리미터파 레이더 센서는 여전히 시간, 온도, 환경 변화에 따라 우수한 성능을 유지할 수 있다.다양한 동박 유형과 낮은 구리 두께의 선택도 제품의 가공 정밀도와 양률을 높여 레이더 센서가 더욱 우수한 성능을 얻을 수 있도록 돕는다.

79ghz (77-81ghz) 레이더 센서의 발전에 따라 더 넓은 신호 대역폭을 가지고 있어 레이더 센서의 해상도를 더욱 높이고 스캔 각도를 늘리며 심지어 4D 영상까지 구현할 수 있다.로저스는 ro3003 기반 재료, ro3003g2를 기반으로 레이더 센서의 PCB 재료 성능에 대한 더 높은 요구를 충족시키기 위해 –materials를 개발하고 출시했습니다.ro3003–¢Material에 비해 ro3003g2–는 재료 시스템에서 특수 충전재 시스템을 최적화하여 충전재 입자를 줄이고 재료 시스템의 균일성을 높이며 전체 판재와 로트 사이의 개전 상수 공차를 더욱 낮춘다;더 작고 균일한 패키징 시스템도 PCB 가공에서 더 작은 통공 설계를 가능하게 한다;RO3003G2는 회로에서 삽입 손실을 줄이기 위해 더 매끄러운 동박을 선택했는데 그 성능은 ro3003과 매우 비슷하다. 구리를 압연하는 삽입 손실 특성을 연구했다.

ro3003g2와 ro3003의 비교

또한 Rogers clte mw 및 ro4835의 재료는 77GHz 레이더 센서 설계에서 고객의 다양한 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.CLTE-MW는 PTFE 수지 체계를 기반으로 하며 손실 계수가 매우 적습니다(DF 0.0015@10GHz) 특수 저손실 개방형 유리섬유 천으로 보강되어 균일한 충전재와 함께 우수한 사이즈 안정성을 제공하며 유리섬유 효과의 영향을 최소화합니다.3mil부터 10mil까지 clte mw를 만들 수 있는 다양한 두께를 선택할 수 있다. 77GHz 레이더 센서 RF 멀티레이어 적용에 적합한 소재다.

서로 다른 재료의 손실 특성

RO4835 이 소재는 Rogers ro4000을 기반으로 한다. 개전 상수는 77GHz 레이더 센서에서 흔히 사용되는 저개전 상수(DK)와 일치한다.또한 매우 낮은 삽입 손실과 ro4000 시리즈 제품과 동일한 가공성 특징을 가지고 있습니다.특수한 저손실 개구부 유리 섬유 천을 선택하여 밀리미터 대역에서의 재료의 성능 일치성을 높여 안테나가 더욱 일치된 위상 특성과 더 높은 안테나 이득을 얻을 수 있도록 하였다.RO4835의 저비용, 높은 성비 소재는 77GHz/79ghz 레이더 센서 설계의 선호 소재이다.

ro4835 소재의 개방형 유리섬유천

77GHz 밀리미터파 레이더 센서의 독특한 장점은 자율 주행 자동차의 불가결한 부분이 되었다.대역폭이 더 넓고 해상도가 더 높은 77GHz/79ghz 레이더 센서가 점차 주류를 이루고 있다.각종 레이더 센서 설계 방안에 대해 PCB 회로 재료의 특성은 레이더 센서 안테나의 성능을 크게 결정한다.첨단 엔지니어링 재료의 글로벌 리더인 로저스 테크놀로지는 고객의 설계 요구를 충족시키기 위해 다양한 재료를 개발하는 데 전념하고 있습니다.RO3003G2/RO3003/CLTE-MW/RO4835와 같은 재료 솔루션은 고객의 설계 과제를 적시에 해결합니다.이와 동시에 로저스회사의 글로벌고객과 기술지원팀은 고객과의 더욱 긴밀한 협력을 확보하여 고객의 설계, 가공 및 테스트에서 일련의 문제를 해결하고 고객의 설계주기를 다그칠수 있다.