PCB新聞 - 毫米波雷達PCB設計及PCB資料解決方案

自動駕駛汽車和先進的駕駛輔助系統（ADAS）科技促進了毫米波雷達感測器的快速發展和汽車科技的反覆運算更新，也使駕駛和旅行更加安全。 毫米波雷達以其分辯率高、抗干擾能力强、檢測效能好、體積小等優點，已成為汽車駕駛和ADAS系統中不可或缺的感測器。 隨著毫米波雷達在中國設計的可能性越來越大，以及國內車型的安裝，毫米波雷達的應用已擴展到更多領域。 本文將簡要介紹毫米波雷達的一些應用場景和設計趨勢。 討論了毫米波雷達天線設計中關鍵印刷電路板資料的選擇和印刷電路板資料的關鍵特性。

77GHzmm波雷達印刷電路板 應用場景

隨著科技的發展，毫米波雷達已朝著滿足用戶需求、實現從近到遠的探測範圍、逐步提高測量精度的方向發展。 從最早的速度和距離量測，到實現速度、距離和角度量測，到現在實現更高分辯率的影像成像。 在ADAS系統中，毫米波雷達的應用根據車輛的不同要求和功能可分為前向雷達、後向雷達和角度雷達。 根據探測距離也可分為遠程雷達、中程雷達和短程雷達。 毫米波雷達在ADAS中的應用包括AEB自動刹車、FCW前向碰撞警告、LCA通道輔助、ACC自我調整巡航、BSW盲區監測等。

汽車毫米波雷達設計趨勢及印刷電路板資料解決方案

除了協助汽車的駕駛和駕駛安全外, 汽車毫米波雷達的應用也擴展到停車或開門時的障礙物檢測應用, 减少停車或駕駛時車門碰撞損壞.

各種其他應用新增了毫米波雷達應用的多樣性，並積極拓展了毫米波雷達應用的新領域。 如果使用駕駛員生命體征監測雷達感測器，可以以非接觸管道監測駕駛員的心率和呼吸頻率等生命體征，從而感知駕駛員的疲勞狀態，實現安全駕駛的目標。 乘客監控雷達感測器還實現了對車內乘客（成年人、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事件的發生，為消費者提供了安全旅行保障。

設計趨勢

汽車毫米波雷達的主要工作頻率為24GHz和77GHz。 24GHz頻段主要用於近程雷達，探測距離約50m。 它可以用於盲點檢測和其他系統。 然而，由於其頻寬較窄，雷達的分辯率和效能受到很大限制。

相比之下，77 GHz雷達具有廣闊的前景。 它的最大優點是高精度、高解析度和從短到長距離的良好量測能力。 77 GHz雷達的兩個頻段分別為76-77 GHz和77-81 GHz，頻寬分別為1 GHz和4 GHz。 巨大的頻寬優勢顯著提高了分辯率和準確性。 另一方面，由於其高頻和短波長，77GHz雷達具有更小的組件，例如設計的雷達發射器或天線，這减小了雷達的尺寸，並且易於安裝和隱藏在體內。 77GHz頻段在全球監管和行業採用方面取得了重大進展。

77GHzmm波雷達的應用對應於汽車自動化的高級階段。 隨著汽車駕駛科技的發展和ADAS安裝率的提高，大多數24 GHz汽車雷達感測器將轉向77 GHz頻段，其需求和應用將逐漸新增。

汽車毫米波雷達設計趨勢及印刷電路板資料解決方案

77GHzmm波雷達系統模塊基於調頻連續波雷達的設計. 其中大多數使用完整的單晶片解決方案，如TI, 英飛淩或NXP. 射頻前端, 信號處理單元和控制單元集成在晶片中, 提供多個訊號傳輸和接收通道. 這個 印刷電路板 雷達模塊的電路板設計因客戶的天線設計而异, 但是有幾個主要的方法.

第一種是使用超低損耗的印刷電路板資料作為頂部天線設計的載體板。 天線設計通常使用貼片天線，堆棧的第二層是天線及其饋線的層。 其他層壓印刷電路板資料為FR-4。 該設計相對簡單，易於加工，成本低。 然而，由於超低損耗印刷電路板資料的厚度較薄（通常為0.127mm），需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處理線寬的精度控制。

第二種設計方法使用介質集成波導（SIW）電路設計雷達天線，不再是貼片天線。 除天線外，其他印刷電路板堆棧使用FR-4資料作為雷達控制層和功率層，與第一種方法相同。 本SIW天線設計中使用的印刷電路板資料仍然使用超低損耗的印刷電路板資料，以减少損耗並新增天線輻射。 資料的厚度選擇通常會導致更寬的頻寬、更厚的印刷電路板和更少的銅箔粗糙度。 處理較窄的線寬時沒有其他問題。 然而，需要考慮SIW的孔處理和位置精度。

第3種設計方法是用超低損耗資料設計多層板的層合結構。 根據要求，可以對幾個層使用超低損耗資料，或對所有層使用超低損耗資料。 這種設計方法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。 但缺點是相對成本高，加工過程相對複雜。

汽車毫米波雷達設計趨勢及印刷電路板資料解決方案

資料注意事項

對於毫米波雷達感測器的不同印刷電路板設計，一個共同的特點是需要超低損耗印刷電路板資料來减少電路損耗和新增天線輻射。 印刷電路板資料是雷達感測器設計中的關鍵部件。 選擇合適的印刷電路板資料可以確保毫米波雷達感測器的穩定性和一致性。

汽車毫米波雷達設計趨勢及印刷電路板資料解決方案

圖4。 汽車雷達感測器的微帶天線

77GHzmm波雷達印刷電路板資料的效能需要從以下幾個方面考慮：

首先，資料的電力特性，這是設計雷達感測器和選擇印刷電路板資料的主要因素。 選擇具有穩定介電常數和超低損耗的印刷電路板資料對77GHzmm波雷達的效能至關重要。 穩定的介電常數和損耗可以使天線接收和接收精確的相位，從而提高天線增益、掃描角度或距離，提高雷達檢測和定位的精度。 印刷電路板介電常數和損耗特性的穩定性不僅確保了不同批次資料的穩定性，而且確保了同一板材內的變化很小，具有很好的穩定性。

印刷電路板資料中使用的銅箔的表面粗糙度影響電路的介電常數和損耗。 資料越薄，銅箔在電路上的表面粗糙度越大。 銅箔類型越粗，其本身的粗糙度變化越大，也會導致介電常數和損耗的較大變化，並影響電路的相位特性。

其次，需要考慮資料的可靠性。 資料的可靠性不僅指資料在印刷電路板加工中的高可靠性，受加工工藝、通孔、銅箔結合力等的影響，還包括資料的長期可靠性。 印刷電路板資料的電力效能是否在不同的工作條件下（如不同的溫度或濕度）隨時間保持穩定，對汽車雷達感測器的可靠性和汽車ADAS系統的應用至關重要。

一般來說，對於77GHz雷達感測器的天線設計，有必要考慮選擇具有穩定介電常數和超低損耗的資料。 更平滑的銅箔可以進一步减少電路損耗和介電常數容差變化。 同時，資料應隨時間、溫度、濕度等外部工作環境具有可靠的電力和機械效能。

電路板資料 選擇

自汽車毫米波雷達開發初期，羅傑斯就一直與世界頂級雷達模塊製造商合作，推出無玻璃布RO3003。該資料的效能已在各個方面得到嚴格驗證，可以滿足77 GHz雷達感測器的需要。 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（在10GHz的常規測試下，損耗因數為0.001）。 同時，無玻璃布的結構進一步减少了毫米波段的局部介電常數變化，消除了訊號的玻璃纖維效應，並進一步提高了雷達感測器的相位穩定性。 RO3003該資料還具有超低吸水率（0.04%@D48/50）、極低介電常數（TCDk）穩定性（-3ppm/？C），這也確保了基於RO3003的效能。 資料毫米波雷達感測器仍然可以隨時間、溫度和環境保持優异的效能。 產品提供的各種類型銅箔的選擇和低銅厚度的選擇也有助於提高加工精度和產品產量，並使雷達感測器實現更好的效能。

With the development of 79GHz band (77-81GHz) radar sensor, 它具有更寬的訊號頻寬, 這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是基於RO3003的資料, RO3003G2是為滿足雷達感測器的更高效能要求而開發和推出的資料 印刷電路板 資料. 與RO3003資料相比, RO3003G2在資料系統中優化了特殊填充系統, 從而减少填充顆粒, 提高資料系統的均勻性, 並進一步降低整個板材和批次效能之間的介電常數容差. 較小且均勻的填充系統也允許在使用過程中進行較小的通孔設計 印刷電路板 處理. 為了降低電路中的插入損耗，選擇了RO3003G2更平滑的銅箔，其效能非常接近該資料壓延銅的RO3003插入損耗效能.