PCB 기술 - 자동차 고급 운전 보조 시스템 (ADAS) 의 다양한 유형의 레이더 센서 응용을 위해 회로 재료를 선택하는 방법

자동차 고급 운전 보조 시스템 (ADAS) 의 다양한 유형의 레이더 센서 응용을 위해 회로 재료를 선택하는 방법

미래의 어느 날, 자동 운전 자동차는 현재 운전자가 운전하는 자동차보다 더 안전할 수 있다.그러나 운전자가 운전대를 놓기 전에 일부 전자 기능 부품은 밀리미터파 레이더 시스템, 카메라 및/또는 레이저 레이더를 포함한 상용차의 표준 기능이 되어야 한다.각종 회로 재료가 필요하다.레이더는 도로보다 전장과 더 쉽게 연결될 것 같다.그러나 현대차 중고급 운전자보조시스템(ADAS) 기술의 일환으로 현대 상용차에 전자안전 기능을 제공하는 매우 신뢰할 수 있는 센서 기술로 안착하고 있다.밀리미터파 레이더 시스템은 자동차 공업에서 성숙한 기술이다.최초의 능동 안전 기능 제동 보조 시스템으로, 1996년부터 메르세데스-벤츠에 사용되어 왔으며, 현재 현대 ADAS 시스템에 자주 사용되고 있다.맹점 탐지와 충돌 방지 보호.

밀리미터파 레이더는 자율주행 자동차를 가능하게 할 것이지만, 전자 장비와 77GHz 이상의 주파수를 가진 회로에 안정적인 성능을 제공할 수 있는 회로 소재를 포함한 다양한 요소의 조합이 필요하다.예를 들어, ADAS 응용 프로그램에서 회로 재료는 24, 77 (또는 79) GHz의 마이크로파 및 밀리미터파 신호를 지원할 수 있는 전송선을 설계하여 최소 손실을 실현하는 동시에 넓은 작업 온도 범위 내에서 일관된 반복 가능한 성능을 제공해야 한다.다행히도 Rogers는이 회로 재료에 마이크로파에서 고주파 밀리미터파 대역에 이르는 ADAS 응용에 필요한 일관된 성능을 제공 할 수 있습니다.

차량 ADAS 시스템의 전자 감지 보호의 일환으로 차량용 레이더 시스템은 다른 기술과 함께 사용될 것이다.레이더 시스템은 전자기 (EM) 신호를 무선 전파로 보내고 종종 여러 목표물인 다른 자동차와 같은 목표물로부터 무선 전파의 반사 신호를 수신합니다.레이더 시스템은 이러한 수신된 반사 신호에서 위치, 거리, 상대 속도 및 레이더 단면 (RCS) 을 포함한 적절한 표적 정보를 추출할 수 있습니다.범위 (R) 는 광속 (c) 과 신호에 필요한 왕복 시간 (Í) 을 기반으로 결정됩니다.왕복 시간은 무선전파가 레이더 에너지원(레이더 송신기)에서 표적으로 전파된 뒤 레이더 에너지원으로 복귀하는 시간이다.차량용 레이더 시스템에서 레이더 신호의 출현은 PCB 안테나로 전송된다.R의 값은 광속과 레이더 신호원에서 목표물로 다시 레이더 원으로 돌아오는 왕복 전송 시간의 곱셈을 2: R = cÍ/2로 나눈 간단한 수학 공식을 통해 얻을 수 있다.

ADAS의 능동적이고 안전한 부분으로서, 이 차는 카메라, 레이저 레이더 및 레이더 시스템을 포함한 다양한 센서를 갖추고 있습니다.

그림 1: ADAS 능동 보안의 일환으로 차량은 카메라, 레이저 레이더 및 레이더 시스템을 포함한 다양한 센서를 갖추고 있습니다.

정체된 도로의 두 차량과 같은 여러 레이더 표적이 상대적으로 가까울 때 감지된 표적을 구분하기 위해 정확한 레이더 거리 해상도가 필요합니다.짧은 레이더 펄스는 목표물을 감지하는 데 사용될 수 있습니다. 비록 짧은 펄스나 어떤 종류의 신호도 적은 에너지를 목표물에서 레이더 수신기로 반사합니다.펄스 압축을 사용하면 더 많은 에너지를 짧은 펄스에 추가할 수 있으며, 그 중 위상 또는 주파수 변조는 전력 수준을 증가시킬 수 있다.따라서 FMCW(주파수 변조 연속파) 신호 ("선형 주파수 변조"신호라고도 함) 기반 레이더는 일반적으로 차량 레이더 시스템에 사용됩니다.

목표 속도의 추정은 도플러 효과를 통해 달성할 수 있으며, 도플러 효과는 레이더 송신기/수신기에 비해 목표물의 이동에 따라 레이더에서 얻은 목표물에서 반사되는 신호의 주파수 변화를 말한다.도플러의 주파수 이동은 파장과 반비례한다: 레이더 목표물의 레이더 소스와의 원근에 근거하여, 그 값은 플러스나 마이너스이다.

FMCW 또는 선형 주파수 변조 레이더 시스템은 여러 목표물의 속도, 거리 및 각도를 측정할 수 있습니다.24GHz에서 작동하는 좁은 대역 (NB) 과 초광대역 (UWB) FMCW 레이더는 이미 널리 사용되고 있지만 이 주파수 대역의 응용은 점차 줄어들고 있다.1GHz 대역폭을 갖춘 협대역 77GHz 레이더 시스템은 차량 안전 시스템에 점점 더 많이 사용되고 있다.또한 자동차 업계는 미래 응용을 위한 UWB 79GHz 레이더를 연구하고 있다.CW 레이더는 비교적 간단해서 목표물의 속도를 측정할 수 있지만 목표물의 거리를 측정할 수는 없다.펄스 연속파 레이더는 여러 개의 도플러 주파수를 사용하여 거리를 추정할 수도 있다.펄스 지속 시간과 펄스 반복 주파수는 신뢰할 수 있는 펄스 연속파 레이더 시스템을 설계하는 두 가지 핵심 매개변수이다.

펄스 압축으로 인해 FMCW 레이더의 거리 해상도는 FMCW 신호의 대역폭과 반비례하며 펄스 폭과 관련이 없습니다.단거리 FMCW 레이더는 UWB 파형을 사용하여 고해상도로 작은 거리를 측정합니다.도플러 해상도는 펄스 폭과 예상 펄스 수를 위한 함수입니다.어떤 레이더 시스템의 잡음도 관심 목표 이외의 물체가 반사하는 레이더 신호에 의해 발생하는 소음이다.모든 레이더 시스템에서 레이더는 주위의 다른 물체에 비해 레이더 신호가 비치는 많은 물체에서 유효한 목표를 식별해야 한다.

차량용 전자 보안 시스템은 시각 및 광선과 같은 다른 물리적 매개 변수를 사용하여 차량의 ADAS 도메인 컨트롤러에 사용 가능한 데이터를 제공합니다.도메인 컨트롤러는 차량을 안전하게 안내할 수 있도록 센서 정보 융합을 수행하는 정보 처리 센터이다.전면 카메라는 차선 이탈 경고와 물체 감지 영상에 사용되며, 후면 카메라는 필요에 따라 역방향 및 추가 영상을 제공할 수 있다.광탐지 및 거리측정(LiDAR, 레이저 레이더) 시스템은 적외선(IR) 광펄스를 표적(예: 다른 자동차나 주차장의 벽)으로 전송하고 빛의 전파에 따라 광원으로 되돌아오는 IR 펄스를 감지한다. 속도는 광원과 표적 사이의 거리를 계산하는 데 사용된다.IR 펄스의 길이와 파장, 차량에 있는 IR 검출기/수신기로 반사 및 반환하는 데 걸리는 시간과 같은 상세한 매개변수를 사용하여 IR이 물체를 비추는 위치와 상대 동작을 계산할 수 있습니다.불행히도 차량용 레이저 레이더 시스템의 성능과 유효성은 눈, 비, 안개와 같은 열악한 환경 조건의 영향을 받기 쉽다.

차량용 레이더 시스템은 레이저 레이더 시스템 방식으로 작동할 수 있지만, 밀리미터파 주파수의 레이더의 해당 파장은 비교적 작다.차량용 레이더는 24, 77 및 79GHz와 같은 특정 주파수 범위에 사용되도록 지정되었습니다.이러한 주파수 대역은 미국 연방 통신 위원회와 유럽 통신 표준 연구소와 같은 일부 표준 단체에 의해 사용이 승인되었습니다.

현재 다양한 레이더는 ADAS 응용의 일부로 사용되고 있으며 FMCW 신호는 여러 목표물의 속도, 거리 및 각도를 측정하는 데 효과적이라는 이유로 널리 사용되고 있습니다.자동차 레이더는 때때로 24GHz 대역에서 작동하는 좁은 대역 NB 및 초고속 대역 UWB 설계를 사용합니다.24GHz 협대역 차량용 레이더는 24.05~24.25GHz의 200MHz 범위를 차지하며, 24GHz 초광대역 레이더의 총 대역폭은 21.65GHz~26.65GHz로 5GHz이다.협대역 24GHz 차량용 레이더 시스템은 효과적인 단거리 교통 목표 탐지를 제공하고 맹점 탐지 등 간단한 기능에 사용할 수 있다.초고속대역 차량 레이더 시스템은 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC), 전방 충돌 경고(FCW), 자동 긴급 제동 시스템(AEB) 등 더 높은 거리 해상도 기능에 적용됐다.

그러나 전 세계 이동통신 애플리케이션이'낮은'주파수의 스펙트럼 (24GHz 액세서리 포함) 을 계속 소모함에 따라 차량용 레이더 시스템의 주파수는 더욱 높아졌고, 사용 가능한 비교적 짧은 파장의 밀리미터파 스펙트럼은 각각 77GHz와 79GHz의 주파수를 선택하게 되었다.실제로 일본은 24GHz 초고속대역 차량용 레이더 기술을 더 이상 사용하지 않는다.지역 표준 단체인 ETSI와 FCC가 각각 정한 일정에 따르면 유럽과 미국에서 점차 도태되고 대신 더 높은 주파수의 협대역 77GHz와 초광대역 79GHz 차량용 레이더 시스템이 대체된다.77GHz와 79GHz 레이더는 어떤 형태로든 자율주행차의 기능 모듈로 사용될 것이다.

재료 요구 사항

자율 주행 자동차는 빛과 전자파를 사용하는 센서를 포함하여 많은 다른 전자 기술을 사용하여 지침, 제어 및 안전을 제공 할 것입니다.밀리미터파 주파수 레이더에 널리 사용되는 신호 주파수 범위와 회로 기술은 독특하고 실험적이며 심지어 군사 목적에만 사용되는 것으로 여겨졌다.밀리미터파 레이더의 사용이 증가하는 것은 점점 더 많은 전자 기술과 회로가 자동차에 통합되어 운전자에게 편의와 지원을 제공하여 차량을 더욱 안전하게 하고 차주와 운영자가 차량 운전을 피할 수 있도록 하는 추세이다.임무에서 해방되다.상업용 자동차에서 고주파 전자 설비의 사용은 심지어 운전자와 차량 사이의 새로운 방식을 유발할 수도 있다.적어도 밀리미터파 레이더와 같은 기술의 사용은"운전"자동차의 정의를 바꿀 것이다.

이러한 차량용 밀리미터파 레이더 시스템의 설계는 일반적으로 안테나에서 시작되며, 안테나는 일반적으로 고성능 인쇄회로기판 (PCB) 안테나로 서로 다른 위치에 장착되어 저전력 밀리미터파 신호를 발사하고 수신하여 목표물을"조명"하도록 탐지한다.차량의 레이더와 다른 전자 시스템은 차량 주변 환경에 대한 정보를 제공하기 위해 다른 방법을 사용하여 차량 주변 물체 감지 및 분류 알고리즘에 사용됩니다.

차량용 레이더의 신호는 펄스 또는 변조 CW의 형태가 될 수 있습니다.차량용 레이더 시스템은 24GHz의 맹점 감지에 사용된 지 꽤 되었다.그러나 시간이 지남에 따라 무선 통신과 같은 다른 기능의 스펙트럼 경쟁이 심화됨에 따라 차량용 레이더 시스템은 77GHz 중심의 1GHz 광대역과 79GHz 대역과 같은 고주파로 이동하고 대역폭을 줄이고 있습니다.

24, 77 또는 79GHz에서 PCB 안테나의 성능은 이러한 차량용 레이더 시스템에 매우 중요합니다.타겟이 다른 차의 반사 신호라면 타겟을 향해 발사하고 거의 즉시 수신해야 합니다.PCB 안테나의 주요 성능 매개변수에는 이득, 방향성 및 효율성이 포함됩니다.저손실 회로 재료는 좋은 PCB 안테나 성능을 얻는 데 매우 중요합니다 (그림 2).PCB 안테나의 장기적인 신뢰성도 매우 중요하다. 왜냐하면 이러한 컴팩트 안테나와 고주파 트랜시버 회로도 계속 중단 없이 작동해야 하기 때문이다. (차량이 운행할 때) 더욱 도전적인 운행 환경에서 운행할 수 있다. 상용 자동차는 상단에서 안정적으로 운행할 수 있다.