Teknik PCB - Influensi struktur PCB pada radar gelombang milimeter

Lapisan dielektrik papan sirkuit cetak komposit biasa (PCB) kebanyakan menggunakan serat kaca sebagai penuh. Namun, disebabkan struktur khas serat kaca, konstan dielektrik setempat (DK) PCB akan berubah. Terutama pada frekuensi gelombang milimeter, kesan pemancaran kaca lebih jelas daripada kesan laminat tipis, dan ketidakhomogeneiti tempatan DK akan membawa kepada perubahan jelas dalam sirkuit RF dan prestasi antena. Kesan struktur PCB pada prestasi garis pengangkutan telah dipelajari dengan menggunakan laminat polytetrafluoroethylene (PTFE) dengan tebal 100 μ M. berdasarkan jenis-jenis struktur kaca yang mengangkut, konstan dielektrik papan PCB berubah diantara 0.01 dan 0.22. Untuk mempelajari kesan struktur kaca yang berbeza pada prestasi antena, satu siri yang diberi makan antena microstrip patch array dihasilkan pada Rogers 'commercial laminate ro4835 dan ro4830 thermosetting laminate berdasarkan, Dan hasil percubaan menunjukkan bahawa ciri-ciri elektrik antena yang dibuat dengan laminat ro4830 sesuai dengan toleransi normal lebih konsisten dengan nilai yang dihitung, dan perubahan lebih kecil Ia mempunyai koeficien refleksi yang baik (S11 < 10 dB) dan prestasi Los mendapatkan.

Autopilot adalah topik kajian panas pada masa ini. Ia boleh membantu pemandu dan pejalan kaki menghindari kemalangan kematian yang berpotensi, dan memerlukan kepercayaan tinggi. Oleh itu, ia diperlukan bahawa sirkuit mesti sangat dipercayai. Kerana struktur kompaktnya dan sensitiviti tinggi pengesan persekitaran, radar mmwave menyediakan penyelesaian yang boleh dipercayai dan dipercayai untuk pengesan sasaran dalam pemanduan automatik. Dalam sistem radar gelombang komersial milimeter pada 76-81 GHz, serangkaian yang diberi makan antena microstrip patch telah menjadi populer kerana rancangan mudah mereka, struktur kompat, produksi massa dan biaya rendah. Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil panjang gelombang. Oleh itu, dibandingkan dengan frekuensi rendah, saiz garis transmisi dan antena yang bekerja pada frekuensi gelombang milimeter akan lebih kecil. Untuk memastikan prestasi ideal radar di kenderaan, perlu mempelajari pengaruh PCB pada garis transmisi dan antena patch mikrostrip. Untuk litar frekuensi gelombang milimeter [2] yang berfungsi dalam persekitaran luar untuk masa yang panjang (terkesan oleh suhu dan kelembapan), konsistensi indeks prestasi bahan adalah pertimbangan utama bila memilih laminat litar PCB. Namun, foli tembaga, bahan serat kaca yang dikuasai, penuh keramik dan bahan lain yang membentuk laminat akan mempunyai kesan yang lebih besar pada konsistensi indikator pada frekuensi tinggi.

Aplikasi radar gelombang milimeter

Kertas ini terutama mempelajari pengaruh struktur PCB pada prestasi radar gelombang milimeter. Lapisan dielektrik kebanyakan laminat PCB biasanya dibentuk dengan meliputi resin polimer pada kain serat kaca. Pada frekuensi gelombang milimeter, pengaruh kain serat kaca pada keseluruhan ciri-ciri bahan sangat jelas, kerana lebar bundle kaca sama dengan garis penghantaran. Selain itu, apabila laminat garis PCB halus (contohnya, 100 μ m) digunakan untuk merancang antena microstrip, kain kaca dirancang akan menyebabkan perubahan yang signifikan dalam prestasi antena dan mengurangkan hasil proses.

Komposisi laminat

Laminat biasanya dibuat dari kain serat kaca dan resin polimer untuk membentuk lapisan dielektrik, kemudian ditutup dengan foil tembaga di kedua-dua sisi. Permanen dielektrik biasa (DK) kain kaca lebih tinggi, sekitar 6.1, sementara resin polimer kerugian rendah diantara 2.1 dan 3.0, jadi terdapat perbezaan tertentu dalam DK di kawasan kecil. Figur 1 menunjukkan paparan atas mikroskopik dan melintas segi-segi serat kaca tergeledar dalam laminat. Sirkuit di atas bundle kuku mempunyai DK yang lebih tinggi disebabkan kandungan serat kaca yang lebih tinggi, sementara sirkuit di bundle terbuka mempunyai DK yang lebih rendah disebabkan kandungan resin yang lebih tinggi. Selain itu, ciri-ciri kain kaca dipengaruhi oleh tebal kain kaca, jarak antara kain, kaedah pemancaran kain dan kandungan kaca setiap paksi.

Dua corak tipis weaving kain kaca tipis, 1080 dan 1078, sering digunakan dalam laminat tipis untuk aplikasi gelombang milimeter, seperti yang dipaparkan dalam Gambar 2. Kabel kaca yang tidak seimbang digunakan dalam pengaman piawai 1080. Kandungan kaca satu paksi lebih tinggi dari yang lain. Berbanding dengan 1080 tessut, 1078 cermin kaca serat terbuka mempunyai lebih seragam pesawat seragam kaca, jadi perubahan DK pada seluruh laminat adalah kecil. Berbanding dengan laminat dengan kain kaca berbilang lapisan, perubahan nilai DK kain kaca satu lapisan laminat lebih signifikan. Selain itu, bahan laminat dengan penuh keramik boleh mengurangi perubahan DK disebabkan oleh kaedah weaving berbeza kain kaca.

Paparan mikroskopik struktur 1080 (pembukaan tidak seimbang) dan 1078 (serat terbuka) kain kaca

Influensi pada litar garis penghantaran

Eksperimen ujian ini menggunakan sirkuit garis transmisi microstrip, menggunakan sambungan penghentian 1 mm. Penyambung pertama disambung dengan panduan gelombang koplanar (GCPW) berdasarkan 50 ohm dan diubah menjadi garis penghantaran microstrip impedance tinggi melalui penukar impedance. Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 3, panjang garis penghantaran microstrip ialah 2 inci, yang memastikan litar percubaan boleh menguji kesan struktur kaca berlebihan. Sirkuit ini terbuat dari laminat polytetrafluoroethylene (PTFE) berkeliaran kaca, dan tembaga berkeliaran dan kain kaca tunggal digunakan. Untuk membandingkan kesan struktur pemancaran kaca yang berbeza, litar garis penghantaran dibuat pada tiga laminat PCB yang berbeza, yang adalah PTFE Teflon dengan 1080 kain kaca, PTFE polytetrafluoroethylene dengan 1078 kain kaca, dan bukan PTFE laminat diisi dengan 1080 kain kaca. Periksa sirkuit yang diproses dengan hati-hati, pilih garis pemindahan yang sesuai untuk diuji, dan ukur ciri-ciri amplitud dan sudut fasa sirkuit. Pemegang dielektrik laminat ditentukan oleh tiga parameter: sudut fasa (nilai fasa yang dikembangkan), lambat kumpulan (berdasarkan sudut fasa yang berbeza dengan frekuensi), dan lambat penyebaran (dihitung mengikut sudut fasa).

Influensi pada prestasi antena

Seri diterima array antena patch microstrip adalah antena biasa untuk radar motor gelombang milimeter. Untuk mempelajari kesan serat kaca pada prestasi antena, antena seratus 1 * 4 yang diberi makan microstrip patch dirancang, dan julat frekuensi operasinya adalah 76-81 GHz [3]. Seperti yang menunjukkan dalam Gambar 4, antena dibuat dari dua laminat kain kaca yang berbeza, ro4835 dan ro4830. Antena dibuat dari unsur sebelah tanah untuk mempelajari kesan sambungannya.

Seri ditanam tata patch microstrip yang dibuat pada rogers ro4835 dan rogers ro4830 laminates

Konstant dielektrik laminat pada 10 GHz adalah 3.48 dan tangen kehilangan ialah 0.0037 (berdasarkan Ujian Piawai IPC TM-650 2.5.5.5). Selain itu, konstan dielektrik laminat ro4830 adalah 3.24 dan tangen kehilangan adalah 0.0033 (berdasarkan ujian piawai ipctm-650 2.5.5.5). Laminat Ro4835 dibuat dari 1080 kain kaca yang tidak seimbang piawai dan dikuasai dengan penuh keramik. Sebaliknya, laminat ro4830 telah dikuasai oleh 1035 cabar kaca terbuka rata dan ceramik dipenuhi dengan partikel-partikel kecil. Jadual 3 lebih membandingkan ciri-ciri laminat berdasarkan ro4835 dan ro4830.