微波技術 - 汽車毫米波雷達設計趨勢及PCB資料解決方案

汽車工業的快速發展 毫米波雷達 感測器和不斷更新的科技也使駕駛和旅行更加安全. 高解析度毫米波雷達, 抗干擾效能强, 檢測效能好, 體積小等優點, 已成為自動駕駛和ADAS系統中不可缺少的感測器. 隨著國內 毫米波雷達 國產型號的設計和安裝概率, 應用 毫米波雷達 也擴展到了更多方面. 本文將簡要介紹的一些應用場景和設計趨勢 毫米波雷達； 按鍵的選擇 PCB資料 以及 PCB資料 在設計中 毫米波雷達 討論了天線.

應用場景

隨著科技的發展，毫米波雷達也沿著滿足用戶需求的方向發展，實現了從近到遠的探測範圍，測量精度也在逐步提高。 從最早的測速和測距，到實現測速、測距和測角，現在到實現更高分辯率的影像成像。 在ADAS系統中，毫米波雷達的應用可以根據不同的車輛需求和功能進行劃分。 例如，根據車輛上安裝位置的不同，可分為前向雷達、後向雷達和角度雷達； 根據探測距離可分為遠程雷達、中程雷達和短程雷達。 毫米波雷達在ADAS中的應用包括AEB自動制動、FCW前向碰撞警告、LCA換道輔助、ACC自我調整巡航、BSW盲區監控等。

汽車毫米波雷達

除了輔助車輛行駛和行車安全外，車輛毫米波雷達的應用還擴展到停車或開門時障礙物檢測的應用，以减少停車或開門時車門的碰撞損壞。

其他各種應用新增了毫米波雷達應用的多樣性，積極拓展了毫米波雷達的新應用場景。 例如，駕駛員生命體征監測雷達感測器可以實現對駕駛員心率、呼吸頻率等生命體征的非接觸式監測，從而感知駕駛員的疲勞狀態，達到安全駕駛的目的。 乘客成員監控雷達感測器還實現了對車內乘客（成人、兒童、寵物）的非接觸式可靠檢測，避免了旅行過程中意外滯留的發生，為消費者提供安全旅行保護。

PCB設計 趨勢

汽車毫米波雷達的工作頻率主要包括24GHz頻段和77GHz頻段。 24GHz頻段主要用於近程雷達，探測距離約50m，可用於盲點檢測系統。 然而，由於其頻寬較窄，雷達的分辯率和效能受到很大限制。

相對而言，77GHz雷達具有廣闊的前景。 它的最大優點是高精度、高解析度和從短距離到長距離的良好可量測性。 77GHz雷達的兩個頻段分別為76-77GHz和77-81ghz。 頻寬分別為1GHz和4GHz。 巨大的頻寬優勢顯著提高了分辯率和準確性。 另一方面，由於77GHz雷達的頻率高、波長短，設計的雷達收發機或天線等部件較小，减小了雷達的整體尺寸，便於安裝和隱藏在車身內。 77GHz頻段在全球監管和行業採用方面獲得了巨大的吸引力。

77GHz毫米波雷達的應用，對應著汽車自動化的高級階段。 隨著自動駕駛汽車的發展和ADAS安裝率的提高，大部分24ghz車載雷達感測器將轉向77ghz頻段，其需求和應用將逐步增加。

不同頻段雷達感測器的市場趨勢

這個 77GHz毫米波雷達 系統模塊基於FMCW雷達設計方案, 大多採用Ti等完整的單片機解決方案, 英飛淩或NXP, 它集成了射頻前端, 信號處理單元和控制單元, 並提供多個訊號發送和接收通道. The PCB設計 雷達模塊的數量根據客戶的天線設計而有所不同, 但主要有以下幾種管道.

第一種是採用超低損耗PCB資料作為天線設計頂層的載體板。 微帶貼片天線通常用於天線設計，疊層的第二層用作天線及其饋線層。 FR-4用於其他PCB資料。 這種設計相對簡單，易於加工，成本低。 然而，由於超低損耗PCB的厚度很薄（通常為0.127mm），囙此有必要注意銅箔粗糙度對損耗和一致性的影響。 同時，微帶貼片天線的窄饋線需要注意線寬的精確控制。

第二種設計方法是使用SIW電路設計雷達天線，不再是微帶貼片天線。 除天線外，其他PCB堆疊仍然使用FR-4資料作為雷達控制，電源層作為第一種管道。 本SIW天線設計中使用的PCB資料仍然是超低損耗PCB資料，可以降低損耗，新增天線輻射。 資料的厚度通常比PCB的厚度厚以新增頻寬，這也可以减少銅箔粗糙度的影響，並且在處理窄線寬時沒有其他問題。 但我們需要考慮SIW通孔加工和位置精度問題。

第3種設計方法是用超低損耗資料設計多層結構。 根據不同的要求，其中一些可能使用超低損耗資料，或者所有可能使用超低損耗資料。 這種設計大大新增了電路設計的靈活性，新增了集成度，並進一步减小了雷達模塊的尺寸。 但缺點是成本相對較高，加工過程相對複雜。

雷達感測器的不同PCB設計

PCB資料注意事項

對於毫米波雷達感測器的不同PCB設計，有一個共同的特點是需要超低損耗PCB資料來减少電路損耗和新增天線輻射。 PCB資料是雷達感測器設計的關鍵部件。 選擇合適的PCB資料可以保證毫米波雷達感測器的高穩定性和效能一致性。

77GHz毫米波雷達PCB資料的效能應從以下幾個方面考慮

首先是資料的電力特性，這是雷達感測器設計和PCB資料選擇的主要因素。 選擇介電常數穩定、損耗超低的PCB資料對77GHz毫米波雷達的效能至關重要。 穩定的介電常數和損耗可以使收發天線獲得精確的相位，從而提高天線增益和掃描角度或距離，提高雷達檢測和定位精度。 PCB的介電常數和損耗的穩定性不僅需要保證不同批次資料的穩定性，還需要保證同一塊板的變化很小，具有很好的穩定性。

PCB資料中使用的銅箔的表面粗糙度會影響電路的介電常數和損耗。 資料越薄，銅箔表面粗糙度對電路的影響越大。 銅箔的類型越粗糙，其自身粗糙度的變化越大，這也會引起介電常數和損耗的較大變化，並影響電路的相位特性。

其次，應考慮資料的可靠性。 資料的可靠性不僅是指資料在PCB加工中的高可靠性，如層壓、加工過程的影響、通孔、銅箔附著力等，還包括資料的長期可靠性。 PCB資料的電效能是否能隨時間的新增而保持穩定，以及在不同的工作環境下，如不同的溫度或濕度下能否保持穩定，對於汽車雷達感測器的可靠性和汽車ADAS系統的應用來說是不言而喻的。

一般來說，在77GHz雷達感測器天線設計中，必須考慮選擇介電常數穩定、損耗超低的資料。 選擇更平滑的銅箔可以進一步降低電路損耗和介電常數容差； 同時，資料在時間、溫度、濕度等外部工作環境下應具有可靠的電力和機械效能。

PCB資料選擇

自早期開發汽車毫米波雷達以來，羅傑斯一直與世界頂級雷達模塊製造商合作。 它發射了無玻璃布的ro3003。該資料的效能在各個方面都得到了嚴格的驗證，能够滿足77GHz雷達感測器的要求。 RO3003該資料廣泛應用於77GHz毫米波雷達，具有非常穩定的介電常數和超低損耗特性（常規測試10GHz時損耗因數為0.001）； 同時，無玻璃布結構進一步减小了毫米波段局部介電常數的變化，消除了訊號的玻璃纖維效應，進一步提高了雷達感測器的相位穩定性。 RO3003資料還具有超低吸水率（0.04%@d48/50）、極低介電常數溫度（tcdk）穩定性（-3ppm/攝氏度）的特點，這也確保了RO3003的穩定性。該資料的毫米波雷達感測器仍能隨著時間、溫度和環境的變化保持優异的效能。 選擇各種銅箔類型和較低的銅箔厚度也有助於提高產品的加工精度和成品率，並使雷達感測器實現更優异的效能。

隨著79ghz（77-81ghz）雷達感測器的發展，它具有更寬的訊號頻寬，可以進一步提高雷達感測器的分辯率，新增掃描角度，甚至實現4D成像。 Rogers基於ro3003的資料基礎上，開發並推出了ro3003g2資料，以滿足雷達感測器對PCB資料效能的更高要求。 與資料系統中的ro3003、ro3003g2相比，優化了特殊的包裝系統，减少了填料顆粒，提高了資料系統的均勻性，進一步降低了整個板材和批次之間的介電常數公差； 更小、均勻的封裝系統也使得在PCB加工中實現更小的通孔設計成為可能； 為了降低電路中的插入損耗，選擇了更光滑的銅箔RO3003G2級，其效能與ro3003非常接近。研究了軋製銅箔的插入損耗特性。

ro3003g2與ro3003的比較

此外，羅傑斯clte mw和ro4835的資料還可以滿足客戶在77GHz雷達感測器設計中的不同要求。 CLTE-MW基於PTFE樹脂系統，損耗係數非常小（DF 0 0015@10GHz 它由特殊的低損耗開放式玻璃纖維布加固，與均勻的填料一起，提供了極好的尺寸穩定性，並將玻璃纖維效應的影響降至最低。 有多種厚度選擇，從3mil到10mil，使clte mw資料非常適合77GHz雷達感測器射頻多層應用。

不同資料的損耗特性

RO4835 The 材料 is based on Rogers ro4000 The dielectric constant is matched with the low dielectric constant (DK) commonly used in 77GHz radar 感測器. 同時, 它具有極低的插入損耗和與ro4000系列產品相同的加工效能. 選擇 special low loss open fiber glass cloth also improves the performance consistency of the 材料 in the millimeter wave band, 從而使天線獲得更一致的相位特性和更高的天線增益. RO4835 低成本、高性價比的資料是77GHz設計的首選 / 79ghz雷達感測器.

Open fiber glass cloth of ro4835資料

77GHz的獨特優勢 毫米波雷達 感測器使其成為自動駕駛車輛不可缺少的一部分. 77GHz / 頻寬更寬、分辯率更高的79ghz雷達感測器逐漸成為主流. 用於各種雷達感測器設計方案, PCB電路資料的特性在很大程度上决定了雷達感測器天線的效能. 作為先進工程材料領域的全球領導者, 羅傑斯科技致力於開發各種資料，以滿足客戶的設計需求. RO3003G2 / RO3003 / CLTE-MW / RO4835 和其他資料解決方案, 及時為客戶解决設計問題. 同時, 羅傑斯公司的全球客戶和技術支援團隊可以確保與客戶進行更密切的合作, 解决客戶設計中的一系列問題, 加工和測試, 加快客戶設計週期.