微波技術 - 電路板資料參數對毫米波雷達效能的影響

這些頻率曾經是為軍方保留的, 當開發毫米波電路的成本和難度被禁止用於民用時. 但隨著資料和電路等關鍵技術的突破, 77GHz汽車雷達系統中湧現出數千種毫米波應用, 這些科技與自動駕駛科技一起使公路旅行更加安全. 為了保證毫米波雷達系統的最佳工作狀態, 如何選擇最合適的印刷品 電路板（PCB） 資料成為毫米波電路設計過程中最關鍵的一步.

介質對Dk的影響

Dk是設計適用於毫米波電路（如77GHz汽車防撞雷達）的電路板資料時需要考慮的眾多參數之一，Dk的變化應盡可能控制在接近其標稱值的範圍內。 此外，可以影響毫米波電路效能的其他資料參數包括：Df、資料厚度、銅導體質量、吸濕性和玻璃纖維增强引起的“玻璃編織”效應。 同樣，一致性至關重要，尤其是在毫米波頻率下，這些參數的劇烈變化也會影響電路效能。

這些不同的電路參數會影響電路板資料的“設計Dk”值. 確保Dk的描述清晰明確, 這裡的“有效Dk”是指在訊號傳播過程中產生的總Dk值. 對於微帶線, “有效Dk”是指介質中Dk與介質周圍空氣中Dk的複合值. “設計Dk”是指基於“有效Dk”的資料本身的Dk值, 那就是, 消除周圍空氣對Dk的影響後獲得的值.

銅箔對Dk的影響

電路板資料的所有組件都會影響“設計Dk”，囙此請考慮電路板所有組件的參數。 例如，銅導體的質量可能會影響毫米波頻率下電路的效能。 優質銅導體為傳輸線提供高導電性和一致的阻抗，這是毫米波頻率下相位穩定性的關鍵，例如在77GHz汽車雷達應用中。

量測了50Ï 微帶傳輸線從直流到110GHz的插入損耗，以比較不同銅導體的損耗特性。 銅表面粗糙度對導體損耗和插入損耗的影響很明顯（如圖4所示）。 電路板資料的厚度也會影響粗糙銅表面造成的損耗。 資料越薄，粗糙銅箔的影響越大。

如何保持Dk穩定

工作在77GHz的車載雷達可以檢測反射訊號相位的微小差异，電路板資料“設計Dk”的任何變化都會影響相位狀態，從而降低系統的檢測精度。 理想情况下，您希望電路板材質的Dk值在任何條件下保持不變。 但現實情况是，資料的“設計Dk”可能會因頻率、溫度和厚度等各種因素而變化。 只有當本征電路資料Dk值的最大公差控制在±0.05範圍內時，相位波動才不會影響系統的高精度和高可靠性。

一些PCB資料基於 聚四氟乙烯 resin system have a steep change in Dk values at room temperature (around 25攝氏度). 對於大多數應用程序, TCDk可控制在0±25ppm的範圍內/攝氏度. 以RO3003電路板資料為例, 當溫度從-50°C變化到150°C時, 10GHz頻率下z軸方向上的TCDk僅為-3ppm /°C. TCDk越小, the less the Dk changes with temperature (see Figure 5), 這對於毫米波頻率應用和需要在較寬溫度範圍內保持穩定效能的電路至關重要.

用於77GHz雷達, 如果選擇“玻璃編織效果”强的PCB資料, 它可能會受到群延遲的影響, 傳播延遲和相位角變化. 為了保證相位穩定, 77GHz電路應選擇“均勻開口玻璃纖維編織”作為填料的電路板資料, 電路板資料的Dk變化應盡可能小. 如果使用帶有“交織開放玻璃束”的電路板資料作為填料, Dk值將改變約0.77GHz時為09, 導致相位差約為100度. 相位角變化很大, 這意味著這些資料的電路的群延遲和傳播延遲將有很大的不同. 理想的, 無玻璃纖維資料, 例如 RO3003或RO3003G2 層壓板, 可用於避免“玻璃纖維效應”.

為了評估不同電路板資料和銅導體類型對電路的影響, 使用全波電磁場模擬軟件對電路進行模擬需要花費大量的時間和精力, 或者直接處理真實的東西進行測試. 更簡單的方法是使用mWI-2019, 基於微軟Windows平臺的自由軟體程式. 該軟件可以從羅傑斯官方網站免費下載. The software (see "More on MWI-2019") allows users to use its built-in database to verify the effect of 材料 thickness, 銅導體表面粗糙度, 以及“設計Dk”上的其他參數. 該資料庫還包含許多其他不同材質的“設計Dk”值. 雖然軟件提供的結果不太精確, 它的計算速度比全波電磁模擬軟件快得多, 為中使用的不同材質和材質參數提供幾乎即時的初始值 毫米波電路板.