СВЧ технология - Тенденции проектирования автомобильных радаров миллиметрового диапазона и решения для материалов PCB

Быстрое развитие автомобильных радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона и итеративное обновление технологий также делают вождение и путешествия более безопасными. Радиолокатор миллиметрового диапазона с его собственным высоким разрешением, сильной антиинтерференционной производительностью, хорошими характеристиками обнаружения, небольшим размером и другими преимуществами стал незаменимым датчиком в системе управления автомобилем и ADAS. С увеличением внутренней конструкции радара миллиметровой волны и увеличением вероятности установки отечественных моделей применение радара миллиметровой волны также расширилось. В этой статье кратко описаны некоторые сценарии применения и тенденции проектирования радаров миллиметрового диапазона; Обсуждался выбор ключевых материалов PCB и ключевые характеристики материалов PCB при проектировании радиолокационных антенн миллиметрового диапазона.

Сценарий применения

С развитием технологии эволюция радара миллиметровой волны также развивается в направлении удовлетворения потребностей пользователей, достигая диапазона обнаружения от близкого до дальнего, точность измерения постепенно улучшается. От самых ранних измерений скорости и расстояния до достижения измерения скорости, измерения расстояния и измерения угла до получения изображений с более высоким разрешением. В системе ADAS применение радаров миллиметрового диапазона может быть разделено в зависимости от различных требований и функций транспортного средства. Например, в зависимости от местоположения установки на транспортном средстве, его можно разделить на переднюю РЛС, заднюю РЛС и угловую РЛС; В зависимости от дальности обнаружения его также можно разделить на дальние РЛС, РЛС средней дальности и РЛС малой дальности. Применение РЛС миллиметрового диапазона в ADAS включает автоматическое торможение AEB, предупреждение о столкновениях на переднем крае FCW, помощь в переключении пути LCA, адаптивный круиз ACC, мониторинг слепых зон BSW и многое другое.

Автомобильная радиолокационная станция миллиметрового диапазона

В дополнение к вспомогательному вождению и безопасности вождения автомобиля применение радара миллиметрового диапазона для транспортных средств также распространяется на обнаружение препятствий при парковке или открытии двери, чтобы уменьшить повреждение при столкновении с дверью при парковке или открытии двери.

Различные другие приложения увеличивают разнообразие применений миллиметровой РЛС и активно расширяют новые сценарии применения миллиметровых датчиков. Например, радиолокационные датчики мониторинга жизненных признаков водителя могут обеспечить бесконтактный мониторинг жизненных признаков водителя, таких как частота сердечных сокращений и частота дыхания, чтобы воспринимать усталость водителя и достигать цели безопасного вождения. Радиолокационные датчики наблюдения за пассажирами также обеспечивают надежное обнаружение пассажиров (взрослых, детей, домашних животных) в автомобиле бесконтактным способом, тем самым избегая случайных задержек во время путешествия и обеспечивая безопасную защиту потребителей от путешествий.

Тенденции проектирования PCB

Рабочие частоты автомобильной радиолокационной станции миллиметрового диапазона в основном включают диапазон 24 ГГц и диапазон 77 ГГц. Диапазон 24 ГГц в основном используется для обнаружения радаров малой дальности на расстоянии около 50 м и может использоваться для систем обнаружения слепых пятен. Однако из - за его узкой полосы разрешение и производительность радара сильно ограничены.

Относительно говоря, радар 77 ГГц имеет широкие перспективы применения. Его огромными преимуществами являются высокая точность, высокое разрешение и отличная измеримость с коротких до больших расстояний. Радиолокатор 77 ГГц имеет две полосы частот 76 - 77 ГГц и 77 - 81 ГГц. Пропускная способность составляет 1 ГГц и 4 ГГц соответственно. Огромное преимущество полосы пропускания значительно улучшает разрешение и точность. С другой стороны, из - за высокой частоты и короткой длины волны радара 77 ГГц, конструкция радиолокационных приемопередатчиков или антенн меньше, что уменьшает общий размер радара и делает его легко устанавливаемым и скрытым в кузове. Диапазон 77 ГГц привлекателен с точки зрения глобального регулирования и промышленного внедрения.

Применение РЛС миллиметрового диапазона 77 ГГц соответствует продвинутой стадии автоматизации автомобилей. С развитием автономных транспортных средств и увеличением скорости установки ADAS большинство бортовых радиолокационных датчиков с частотой 24 ГГц будут переведены в диапазон 77 ГГц, и их спрос и применение будут постепенно расти.

Тенденции рынка радиолокационных датчиков различных диапазонов частот

Модуль радиолокационной системы 77 ГГц миллиметрового диапазона, основанный на конструкции FMCW Radar, в основном использует полные одночиповые решения, такие как Ti, Infinion или NXP, и включает в себя радиочастотный фронт, блок обработки сигналов и блок управления, который обеспечивает несколько каналов передачи и приема сигналов. Конструкция PCB радиолокационных модулей варьируется в зависимости от конструкции антенны клиента, но в основном эти способы.

Первый заключается в использовании материала PCB с очень низкими потерями в качестве несущей пластины для проектирования верхнего слоя антенны. Антенна с микропластиной обычно используется для проектирования антенны, а второй слой стопки используется в качестве слоя антенны и ее фидера. FR - 4 используется в других PCB - материалах. Эта конструкция относительно проста, легко обрабатывается и имеет низкую стоимость. Однако из - за тонкой толщины PCB сверхнизких потерь (обычно 0127 мм) необходимо обратить внимание на влияние шероховатости медной фольги на потери и согласованность. В то же время узкий фидер антенны с микропластырем требует точного управления шириной линии.

Второй метод проектирования использует схему SIW для проектирования радиолокационной антенны, которая больше не является антенной с микропластиной. В дополнение к антеннам, другие PCB - стеки по - прежнему используют материал FR - 4 в качестве первого способа управления радаром и слоя питания. Материал PCB, используемый в этой конструкции антенны SIW, по - прежнему является материалом PCB с очень низкими потерями, который уменьшает потери и увеличивает излучение антенны. Толщина материала обычно толще толщины PCB, чтобы увеличить пропускную способность, что также может уменьшить влияние шероховатости медной фольги и не имеет других проблем при обработке узкой ширины линии. Но нам нужно рассмотреть вопрос обработки отверстий SIW и точности местоположения.

Третий метод проектирования состоит в проектировании многослойных конструкций из материалов с очень низкими потерями. В зависимости от различных требований, некоторые из них могут использовать материалы с очень низкими потерями или все могут использовать материалы с очень высокими потерями. Эта конструкция значительно повышает гибкость конструкции схемы, увеличивает степень интеграции и еще больше уменьшает размер радиолокационного модуля. Однако недостатком является относительно высокая стоимость и относительно сложный процесс обработки.

Различные конструкции PCB радиолокационных датчиков

Внимание к материалам PCB

Для различных конструкций ПХБ радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона характерна одна общая особенность: для снижения потерь схемы и увеличения излучения антенны требуется материал ПХБ со сверхнизкими потерями. Материалы PCB являются ключевыми компонентами конструкции радиолокационных датчиков. Выбор подходящего материала PCB обеспечивает высокую стабильность и совместимость характеристик радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона.

Характеристики материалов РСБ для РЛС миллиметрового диапазона 77 ГГц следует рассматривать в следующих аспектах:

Во - первых, это электрические свойства материала, которые являются основным фактором при проектировании радиолокационных датчиков и выборе материала PCB. Выбор материала PCB со стабильной диэлектрической проницаемостью и сверхнизкими потерями важен для работы радара миллиметрового диапазона 77 ГГц. Стабильные диэлектрические константы и потери позволяют приемным и передающим антеннам получать точную фазу, тем самым улучшая усиление антенны и угол или диапазон сканирования, а также улучшая точность обнаружения и позиционирования радара. Стабильность диэлектрических констант и потерь PCB требует не только обеспечения стабильности различных партий материала, но и обеспечения того, чтобы одна и та же пластина изменялась незначительно и имела хорошую стабильность.

шероховатость поверхности медной фольги, используемой в материалах PCB, влияет на диэлектрическую константу и потери цепи. Чем тоньше материал, тем больше шероховатость поверхности медной фольги влияет на схему. Чем более грубым является тип медной фольги, тем больше изменяется ее собственная шероховатость, что также приводит к большим изменениям диэлектрических констант и потерь и влияет на фазовые характеристики схемы.

Во - вторых, следует учитывать надежность материала. Надежность материалов относится не только к высокой надежности материалов при обработке PCB, таких как ламинирование, влияние процесса обработки, сквозные отверстия, адгезия медной фольги, но и долгосрочная надежность материала. Являются ли электрические свойства материала PCB стабильными с течением времени и могут ли они оставаться стабильными в различных рабочих условиях, таких как различные температуры или влажность, очевидны для надежности автомобильных радиолокационных датчиков и применения автомобильной системы ADAS.

В целом, при проектировании антенны радиолокационного датчика 77 ГГц необходимо учитывать выбор материала со стабильной диэлектрической проницаемостью и сверхнизкими потерями. Выбор более гладкой медной фольги может еще больше снизить потери цепи и пропускную способность; В то же время материал должен обладать надежными электрическими и механическими свойствами, способными адаптироваться к внешней рабочей среде, такой как время, температура и влажность.

Выбор материала PCB

С самого начала разработки автомобильной радиолокационной станции миллиметрового диапазона Роджерс сотрудничает с ведущими мировыми производителями радиолокационных модулей. Он представляет ro3003 без стеклянной ткани, производительность материала тщательно проверена во всех аспектах, чтобы соответствовать требованиям радарного датчика 77 ГГц. Материал RO3003 широко используется в радиолокационных станциях миллиметрового диапазона 77 ГГц с очень стабильной диэлектрической константой и характеристиками сверхнизких потерь (коэффициент потерь при обычных испытаниях 10 ГГц составляет 0001); В то же время структура без стеклянной ткани еще больше уменьшает изменение локальной диэлектрической константы в миллиметровом диапазоне, устраняет эффект сигнала из стекловолокна и еще больше улучшает фазовую стабильность радиолокационных датчиков. Материал RO3003 также имеет характеристики сверхнизкой всасывающей способности (0,04% @ d48 / 50), очень низкой диэлектрической константы с температурой (tcdk) стабильности (- 3ppm / °C), что также обеспечивает стабильность RO3003. Радиолокационный датчик миллиметрового диапазона материала по - прежнему сохраняет отличные характеристики с изменением времени, температуры и окружающей среды. Выбор различных типов медной фольги и низкой толщины меди также помогает улучшить точность обработки продукта и улучшить производительность радиолокационных датчиков.

С развитием радиолокационного датчика 79 ГГц (77 - 81 Гц) он имеет более широкую полосу пропускания сигнала, что позволяет еще больше улучшить разрешение радиолокационного датчика, увеличить угол сканирования и даже реализовать 4D - изображение. Основываясь на материале ro3003, Роджерс разработал и представил ro3003g2 - материал, отвечающий более высоким требованиям радиолокационных датчиков к характеристикам материала PCB. По сравнению с материалом ro3003a¢, ro3003g2;¢ оптимизирует специальную систему упаковки в системе материалов, уменьшает количество частиц наполнителя, улучшает однородность системы материала и еще больше снижает допуск диэлектрической константы между всей пластиной и партией; Меньшие и более однородные системы инкапсуляции также позволяют реализовать меньшие конструкции сквозных отверстий при обработке PCB; RO3003G2 выбирает более гладкую медную фольгу для снижения потерь при вставке в цепи, и ее характеристики очень близки к характеристикам ro3003.

Сравнение ro3003g2 и ro3003

Кроме того, материалы Rogers clte mw и ro4835 удовлетворяют различным требованиям заказчиков к конструкции радиолокационных датчиков на частоте 77 ГГц. CLTE - MW Он основан на системе смолы PTFE с небольшим коэффициентом потерь (DF 0) 0015@10GHz Он подкреплен специальной открытой тканью из стекловолокна с низким износом и в сочетании с однородным наполнителем обеспечивает отличную стабильность размеров и минимизирует влияние эффекта стекловолокна. Существуют различные толщины от 3 миль до 10 мл для изготовления clte - mw. Материал идеально подходит для многоуровневого применения RF радиолокационного датчика 77 ГГц.

Характеристики потерь различных материалов

Материал RO4835 основан на Rogers ro4000. Диэлектрическая константа соответствует низкой диэлектрической константе (DK), обычно используемой в радиолокационных датчиках 77 ГГц. В то же время он имеет очень низкие потери при вставке и те же характеристики обработки, что и продукты серии ro4000. Выбор специальной открытой стекловолокнистой ткани с низким износом также повышает согласованность производительности материала в миллиметровом диапазоне, позволяя антенне получать более последовательные фазовые характеристики и более высокое усиление антенны. Дешевые и рентабельные материалы RO4835 являются предпочтительными при проектировании радиолокационных датчиков с частотой 77 ГГц / 79 ГГц.

ro4835 Открытый стекловолокнистый материал

Уникальные преимущества 77 ГГц - миллиметрового радиолокационного датчика делают его неотъемлемой частью самоуправляемого автомобиля. Радарные датчики с более широкой полосой пропускания и более высоким разрешением 77 ГГц / 79 Гц постепенно становятся основным направлением. Для различных конструкций радиолокационных датчиков характеристики материала схемы PCB в значительной степени определяют характеристики антенны радиолокационного датчика. Являясь мировым лидером в области передовых инженерных материалов, Rogers Technology стремится разрабатывать различные материалы для удовлетворения проектных потребностей клиентов. Материальные решения, такие как RO3003G2 / RO3003 / CLTE - MW / RO4835, своевременно решают проблемы проектирования для клиентов. В то же время глобальные клиенты и группы технической поддержки Rogers могут обеспечить более тесное сотрудничество с клиентами, чтобы решить ряд проблем в проектировании, обработке и тестировании клиентов и ускорить цикл проектирования клиентов.