Teknik PCB - Influensi struktur PCB pada prestasi radar gelombang milimeter

Lapisan dielektrik papan sirkuit cetak komposit biasa (PCB) kebanyakan menggunakan serat kaca sebagai bahan penuh, tetapi disebabkan struktur istimewa terikat serat kaca, konstan dielektrik setempat (Dk) papan PCB akan berubah. Terutama pada frekuensi gelombang milimeter (mmWave), kesan pemancaran kaca laminat yang lebih tipis akan lebih jelas, dan ketidakhomogeneiti tempatan Dk akan membawa kepada perubahan yang signifikan dalam sirkuit RF dan prestasi antena. Kesan struktur PCB pada prestasi garis pemindahan telah diuji oleh laminat polytetrafluoron (PTFE) kaca tebal 100μm. Pemasting dielektrik PCB ditemukan bergerak diantara 0.01 dan 0.22 mengikut struktur kaca yang berbeza. Untuk mempelajari pengaruh struktur kaca yang berbeza pada prestasi antena, satu siri yang diberi makan antena tata patch microstrip telah dibuat pada laminat komersial Rogers RO4835 dan RO4830, berdasarkan, - dan hasil percubaan menunjukkan bahawa: Ciri-ciri elektrik antena yang dikendalikan dengan RO4830 laminat menurut toleransi normal lebih konsisten dengan nilai dikira, dengan perubahan yang lebih kecil dan koeficien refleksi yang lebih baik (S11 & LT; -- 10dB) dan prestasi peningkatan paksi-paparan.

Kendaraan autonom adalah titik panas penyelidikan semasa. Ia boleh membantu pemandu dan pejalan kaki menghindari kemalangan yang mungkin mematikan, dan ia memerlukan kepercayaan tinggi. Oleh itu, ia juga memerlukan litarnya untuk mempunyai kepercayaan tinggi. Radar gelombang milimeter (mmWave) menyediakan penyelesaian yang boleh dipercayai untuk pengesan sasaran dalam pemanduan automatik kerana struktur kompak dan sensitiviti pengesan persekitaran tinggi. Dalam sistem radar gelombang-milimeter komersial pada frekuensi 76 hingga 81GHz, antena patch microstrip yang diberi serye terkenal kerana mudah dirancang, struktur kompat, dan kemampuan untuk menghasilkan dalam jumlah besar dan pada biaya rendah [1]. Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil panjang gelombang, jadi garis transmisi dan antena yang berfungsi pada frekuensi gelombang-milimeter akan lebih kecil daripada yang berfungsi pada frekuensi rendah. Untuk memastikan prestasi ideal radar di atas kapal, perlu mempelajari pengaruh PCB pada garis transmisi dan antena patch mikrostrip. Untuk sirkuit frekuensi-gelombang milimeter yang berfungsi dalam persekitaran luar untuk masa yang panjang (terkesan oleh suhu dan kelembapan) [2], konsistensi indeks prestasi bahan adalah pertimbangan utama bila memilih laminat garis PCB. Namun, foli tembaga, bahan serat kaca yang dikuasai, penuh keramik dan bahan lain yang membentuk laminat akan mempunyai pengaruh besar pada konsistensi indeks pada frekuensi tinggi.

Kertas ini terutama mempelajari pengaruh struktur PCB pada prestasi radar MMW. Lapisan dielektrik kebanyakan laminat PCB biasanya dicipta dengan menutupi kain kaca serat dengan resin polimerik. Pada frekuensi gelombang milimeter, kesan kain serat kaca pada konsistensi ciri-ciri bahan adalah sangat jelas, kerana lebar bundle kaca sama dengan lebar garis penghantaran. Selain itu, apabila laminat garis PCB halus (contohnya, 100μm) digunakan untuk merancang antena microstrip, kain kaca yang tergelincir boleh menyebabkan perubahan yang signifikan dalam prestasi antena dan mengurangkan hasil mesin.

Komposisi laminat

Laminat biasanya dibuat dengan menggabungkan kain kaca besi dengan resin polimerik untuk membentuk lapisan dielektrik, yang kemudian ditutup dengan foli tembaga di kedua-dua sisi. Kebolehan biasa (Dk) kain kaca adalah tinggi, kira-kira 6.1, sementara resin polimer kerugian rendah antara 2.1 dan 3.0, sehingga Dk berbeza dalam kawasan kecil. Figur 1 menunjukkan paparan atas mikroskopik dan paparan seksyen melintas serat kaca tergeledar dalam laminat. Sirkuit di atas "bundle-knuckle" mempunyai Dk yang tinggi disebabkan kandungan fiberglass tinggi, sementara sirkuit di atas "bundle-open" mempunyai Dk yang rendah disebabkan kandungan resin tinggi. Selain itu, ciri-ciri kain kaca dipengaruhi oleh tebal kain kaca, jarak antara kain, cara kain dipadam dan kandungan kaca setiap paksi.

Laminat mempunyai konstan dielektrik 3.48 dan tangen sudut kehilangan 0.0037 pada 10GHz (berdasarkan ujian piawai IPC TM-650 2.5.5.5). Selain itu, konstan dielektrik laminat RO4830 adalah 3.24 dan tangen sudut kehilangan adalah 0.0033 (berdasarkan ujian piawai ipCTN-650 2.5.5.5). Laminat RO4835 dibuat dari kain kaca tidak seimbang piawai jenis 1080 dan dikuasai dengan penuh keramik. Sebaliknya, laminat RO4830 dikuasai dengan jenis 1035 kaca serat terbuka rata dan ceramik dipenuhi dengan partikel-partikel yang lebih kecil. Jadual 3 membandingkan karakteristik laminat berdasarkan RO4835 dan RO4830.

Antena yang memenuhi saiz reka selepas pemprosesan dan garis penghantaran antena yang disesuaikan dengan "zon sambungan cahaya kaki" dan "zon pembukaan cahaya" laminat RO4835 dipilih, seperti yang dipaparkan dalam FIG. 5 (a) dan (b). Sebagaimana laminat RO4830 mengadopsi struktur kaca terbuka dari serat terbuka rata, tidak perlu mempertimbangkan sama ada konduktor disesuaikan dengan kain kaca dalam laminat RO4830, seperti yang dipaparkan dalam FIG. 5 (c). Koeficien refleksi (S11) dan peningkatan paksi optik antena mesin diukur berdasarkan.

FIG. 5 Antena dijajarkan dengan "zon sambungan cahaya kuku" dan "zon pembukaan cahaya" pada laminat RO4835, dan sampel antena pada laminat RO4830

Untuk kemudahan, keputusan yang ditetapkan dalam kertas ini adalah dari rata-rata data ujian beberapa antena yang sedang diuji, dan keputusan pengukuran dibandingkan dengan keputusan simulasi. FIG. 6 menunjukkan hasil ujian antena (lima sampel) pada laminat RO4835. Koeficien refleksi (S11) dan pendapatan paksi bagi "kawasan menyeberang sinar kaki" dan "kawasan pembukaan sinar" telah berubah secara signifikan. Performasi antena pada RO4835 bergantung pada penyesuaian wayar dengan "zon persatuan knuckle" dan "zon pembukaan cahaya". Selain itu, pendapatan antena juga berbeza

s dengan frekuensi, menunjukkan bahawa konstan dielektrik juga berubah. Selain itu, pergerakan ke frekuensi yang lebih tinggi menunjukkan kebenaran yang lebih rendah.

FIG. 6 Comparison between measurement results and simulation results of "knuckle beam junction zone (KB)" and "beam opening zone (BO)" antenna samples of RO4835 laminates

Dengan membandingkan prestasi antena pada laminat RO4830 yang dipaparkan dalam Gambar 7, prestasi antena yang diperoleh dalam ujian adalah sangat konsisten dan lebih konsisten dengan nilai simulasi laminat RO4830. Kesempatan antara keputusan diukur dan keputusan simulasi menunjukkan bahawa konstan dielektrik laminat berubah. Sebaliknya, paksi tampak mendapat perubahan dengan 4 dB dalam laminat RO4835 braided piawai dan hanya 2 dB dalam laminat RO4830 braided terbuka rata. Dengan percubaan sederhana seperti ini, prestasi antena yang lebih konsisten seperti reflektiviti dan pendapatan paksi boleh dicapai dengan menggunakan laminat Rogers RO4830 dengan gaya konstruksi kaca fibra terbuka rata.

FIG. 7 Comparison of measurement results and simulation results of antenna samples on RO4830 laminate

kesimpulan

Struktur laminat boleh mempengaruhi garis pemindahan dan prestasi antena. Pembangunan kain kaca juga akan mengubah konstan dielektrik laminat, yang akan mengurangi prestasi produk dan mempengaruhi hasil produk. Compared with RO4835 laminate, the antenna processed with RO4830 laminate has better consistency of performance. Perbaikan prestasi antena dan hasil pemprosesan adalah terutamanya atribut kepada struktur bahan laminat, iaitu weaving kaca dari serat terbuka rata, kurang kandungan kaca (konduktor jauh dari serat kaca), substrat yang lebih tebal, dll. Perbaikan prestasi antena juga berkaitan dengan ciri-ciri elektrik bahan, seperti RO4830 laminat, - yang mempunyai konstan dielektrik yang lebih rendah dan nilai tangen sudut kehilangan yang lebih rendah. Oleh itu, dalam aplikasi radar frekuensi gelombang milimeter dengan panjang gelombang kecil, prestasi dan konsistensi antena yang diproses dengan laminat Rogers RO4830 lebih baik daripada yang diproses dengan laminat RO4835.