PCB 기술 - PCB 구조가 밀리미터파 레이더에 미치는 영향

흔히 볼 수 있는 복합인쇄회로기판 (PCB) 의 개전층은 대부분 유리섬유를 충전재로 사용한다.그러나 유리섬유의 특수한 짜임구조로 인해 PCB의 국소개전상수(DK)가 변화한다.특히 밀리미터파 주파수에서는 얇은 판보다 유리 짜임 효과가 더 뚜렷하며, DK의 국부적 불균등성으로 인해 무선 주파수 회로와 안테나 성능이 눈에 띄게 달라질 수 있다.두께 100μM의 유리 짜임 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 층 압판을 적용해 PCB 구조가 전송 선형 에너지에 미치는 영향을 연구했다. 유리 짜임 구조의 유형에 따라 PCB 판의 개전 상수는 0.01-0.22 사이에서 변동한다.서로 다른 유리 짜임 구조가 안테나 성능에 미치는 영향을 연구하기 위해 각각 Rogers 상용층 압판 ro4835와 ro4830 열경화성 층 압판에 직렬 송전 마이크로밴드 패치 배열 안테나를 제작했다.실험 결과 ro4830층 압판으로 제작된 안테나는 전기학적 성능이 법방향 공차에 부합해 계산값과 더욱 일치하고 변화가 적으며 반사계수(S11<★10dB)와 Los 이득 성능이 우수한 것으로 나타났다.

자동 운전은 현재 연구의 이슈이다.그것은 운전자와 보행자가 잠재적으로 치명적인 사고를 피할 수 있도록 도와주며 신뢰성에 대한 요구가 높다.따라서 회로가 매우 신뢰할 수 있어야 합니다.밀리미터파 레이더는 구조가 치밀하고 환경 검측 감도가 높아 자동 운전 중 목표 검측에 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공한다.76-81GHz의 상업용 밀리미터파 레이더 시스템에서 직렬 송전 마이크로밴드 패치 안테나는 설계가 간단하고 구조가 치밀하며 대량 생산과 원가가 낮아 인기를 끌고 있다.주파수가 높을수록 파장은 작아진다.따라서 밀리미터파 주파수에서 작동하는 전송선과 안테나의 크기는 저주파에 비해 작아진다.차량용 레이더의 이상적인 성능을 보장하기 위해서는 PCB가 전송선과 마이크로밴드 패치 안테나에 미치는 영향을 연구할 필요가 있다.장기간 실외 환경에서 작동(온도와 습도의 영향)하는 밀리미터파 주파수 회로[2]의 경우 PCB 회로기판을 선택할 때 재료 성능 지표의 일관성이 최우선 고려 요소이다.그러나 층압판을 구성하는 동박, 유리섬유강화재료, 도자기충전재 및 기타 재료는 고주파에서 지표의 일치성에 더욱 큰 영향을 미치게 된다.

밀리미터파 레이더의 응용

이 글은 주로 PCB 구조가 밀리미터파 레이더의 성능에 미치는 영향을 연구했다.대부분의 PCB 층 압판의 개전층은 일반적으로 유리 섬유 천에 폴리머 수지를 코팅하여 형성됩니다.밀리미터파 주파수에서 유리섬유천은 재료성능의 균일성에 대한 영향이 아주 뚜렷하다. 왜냐하면 유리빔의 너비는 전송선의 너비와 같기때문이다.또한 얇은(예: 100 μm) PCB 회선 레이어 프레스를 사용하여 마이크로밴드 안테나를 설계할 때 유리 짜임 천은 안테나 성능의 큰 변화를 초래하고 가공 완료율을 낮출 수 있습니다.

층압판의 구성

층압판은 일반적으로 유리섬유천과 중합물수지로 만들어져 개전층을 형성한후 량측에 동박을 덮는다.유리천의 전형적인 개전 상수(DK)는 약 6.1로 비교적 높지만, 저손실 폴리머 수지의 개전 상수는 2.1~3.0 사이이기 때문에 DK는 작은 면적에서 일정한 차이가 있다.그림1은 층압판에 있는 유리편직섬유의 미시부시도와 횡단면도를 보여준다.회전 빔 위의 회로는 유리섬유 함량이 높기 때문에 DK가 높고, 빔 개구의 회로는 수지 함량이 높기 때문에 DK가 낮다.이밖에 유리직물의 성능은 또 유리직물의 두께, 직물간의 거리, 직물의 압평방법 및 각 축의 유리함량의 영향을 받는다.

얇은 유리천의 두 가지 전형적인 짜임 패턴인 1080과 1078은 일반적으로 밀리미터파 응용의 얇은 압판에 사용된다. 그림 2와 같다.불균형 유리 천은 1080 표준 짜임에 사용됩니다.한 축의 유리 함량이 다른 축보다 높다.1080 기계직물에 비해 1078 개구부 유리섬유 편직물은 유리섬유 평면이 더 균일하기 때문에 DK는 전체 층 압판에서 변화가 적다.다층 유리 천층 압판보다 단층 유리 천층 합판의 DK 값 변화가 더 현저하다.이밖에 세라믹충전재를 첨가한 층압판재료는 유리천의 부동한 편직방법으로 인한 DK변화를 감소시킬수 있다.

1080 (개방형 불균형 짜임) 및 1078 (개방형 섬유) 유리 천 구조의 미시적 뷰

송전선로 회로에 대한 영향

본 테스트 실험은 마이크로밴드 전송선 회로를 사용하고 1mm 단말기 연결기를 사용한다.커넥터는 먼저 50옴 접지공면파도(GCPW)에 연결되며 임피던스 컨버터를 통해 고임피던스 마이크로밴드 전송선으로 변환된다.그림 3에서 볼 수 있듯이 마이크로밴드 전송선의 길이는 2인치이며, 이는 실험 회로가 유리 짜임 구조의 효과를 테스트할 수 있도록 보장한다.회로는 유리로 짜인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)층 압판으로 만들어졌으며 압연동과 단층 유리천을 사용한다.서로 다른 유리 짜임 구조의 효과를 비교하기 위해 세 가지 서로 다른 PCB 층 압판에 전송선 회로를 제작하였는데, 이 세 가지 층 압판은 각각 폴리테트라플루오로에틸렌-폴리테트라플루오로에틸렌과 1080 유리포, 폴리테트라플루오로에틸렌-PTFE와 1078 유리포와 1080 유리포를 충전하는 비폴리테트라플루오로에틸렌층 압판이다.처리된 회로를 자세히 검사하고 적합한 전송선을 선택하여 테스트하며 회로의 진폭과 위상각 특성을 측정한다.레이어 전압판의 개전 상수는 위상 각도 (확장 위상 값), 그룹 지연 (주파수 변화에 따른 위상 각도 기반), 전파 지연 (상위 각도에 따라 계산) 등 세 가지 매개변수에 의해 결정됩니다.

안테나 성능에 미치는 영향

직렬 송전 마이크로밴드 패치 안테나 어레이는 밀리미터파 차량용 레이더의 전형적인 안테나다.유리 섬유 효과가 안테나 성능에 미치는 영향을 연구하기 위해 76-81GHz[3]의 작동 주파수를 가진 1 * 4 직렬 송전 마이크로밴드 패치 안테나를 설계했다.그림 4에서 볼 수 있듯이 안테나는 두 가지 다른 유리 천층 압판 ro4835와 ro4830으로 만들어졌다.안테나는 결합 효과를 연구하기 위해 접지의 인접 컴포넌트로 구성되어 있습니다.

rogers-ro4835 및 rogersro4830 계층 전압판에 직렬 송전 마이크로밴드 패치 어레이

10GHz에서 레이어 전압판의 개전 상수는 3.48이고 손실 각도는 0.0037(IPC TM-650 2.5.5.5 표준 테스트 기준)이다.이밖에 ro4830층 압판의 매개전기상수는 3.24이고 손실각은 0.0033 (ipctm-650 2.5.5.5 표준테스트에 기초함.) 이다.Ro4835 레이어 프레스는 1080 표준 짜임 불균형 유리 천으로 제작되었으며 세라믹 충전재로 보강되었습니다.이에 비해 ro4830 층 압판은 1035 편평한 개구부 유리섬유로 짜고 작은 입자를 채우는 도자기가 강화됐다.표 3은 ro4835와 ro4830을 기반으로 한 레이어 프레스의 성능을 더 비교합니다.