PCB科技 - PCB結構對毫米波雷達的影響

普通複合材料的介電層 印刷電路板 (PCB) mostly uses glass fiber as filler. 然而, 由於玻璃纖維的特殊編織結構, the local dielectric constant (DK) of PCB will change. 尤其是在毫米波頻率下, 玻璃編織效應比薄板更明顯, DK的局部不均勻性將導致射頻電路和天線效能的明顯變化. The influence of PCB structure on transmission line performance was studied by using glass braided polytetrafluoroethylene (PTFE) laminate with thickness of 100 m M. 根據不同類型的玻璃編織結構, PCB板的介電常數在0.01和0.22. 為了研究不同玻璃編織結構對天線效能的影響, 分別在Rogers商用層壓板ro4835和ro4830熱固性層壓板上製作了串聯饋電微帶貼片陣列天線, 實驗結果表明，用ro4830層壓板製作的天線的電效能符合正常公差，與計算值更為一致, 和 the changes are smaller It has good reflection coefficient (S11 < – 10dB) and Los gain performance.

自動駕駛儀是現時研究的熱點。 它可以幫助駕駛員和行人避免潜在的致命事故，並且要求高可靠性。 囙此，要求電路必須高度可靠。 毫米波雷達由於其結構緊湊、環境檢測靈敏度高，為自動駕駛中的目標檢測提供了可靠的解決方案。 在76-81 GHz的商用毫米波雷達系統中，串聯饋電微帶貼片天線因其設計簡單、結構緊湊、批量生產和成本低廉而受到歡迎。 頻率越高，波長越小。 囙此，與低頻相比，工作在毫米波頻率的傳輸線和天線的尺寸將更小。 為了保證車載雷達的理想效能，有必要研究PCB對傳輸線和微帶貼片天線的影響。 對於長期在室外工作（受溫度和濕度影響）的毫米波頻率電路[2]，在選擇PCB電路層壓板時，資料性能指標的一致性是首要考慮因素。 然而，構成層壓板的銅箔、玻璃纖維增强資料、陶瓷填料和其他資料將對高頻下名額的一致性產生更大的影響。

毫米波雷達的應用

本文主要研究PCB結構對毫米波雷達效能的影響。 大多數PCB層壓板的介電層通常是通過在玻璃纖維布上塗覆聚合物樹脂形成的。 在毫米波頻率下，玻璃纖維布對資料效能均勻性的影響非常明顯，因為玻璃纖維束的寬度等於傳輸線的寬度。 此外，當使用薄（例如100mm）PCB線層壓板設計微帶天線時，玻璃編織布將導致天線效能的顯著變化，並降低加工成品率。

層壓板的組成

層壓板通常由玻璃纖維布和聚合物樹脂製成，形成一個介電層，然後在兩側覆蓋銅箔。 玻璃布的典型介電常數（DK）較高，約為6.1，而低損耗聚合物樹脂的介電常數介於2.1和3.0之間，囙此DK在小範圍內存在一定差异。 圖1顯示了層壓板中玻璃編織纖維的微觀頂視圖和橫截面圖。 由於玻璃纖維含量較高，轉向節線束上方的電路具有較高的DK，而由於樹脂含量較高，線束開路上的電路具有較低的DK。 此外，玻璃纖維織物的厚度、織物之間的距離、織物的壓扁管道以及各軸的玻璃含量對玻璃纖維織物的效能也有影響。

薄玻璃布的兩種典型編織圖案1080和1078通常用於毫米波應用的薄層板，如圖2所示。 不平衡玻璃布用於1080標準織造。 一個軸的玻璃含量高於另一個軸的玻璃含量。 與1080機織物相比，1078開放式玻璃纖維編織物具有更均勻的玻璃纖維平面，囙此整個層壓板上的DK變化較小。 與多層玻璃布層壓板相比，單層玻璃布層壓板的DK值變化更為顯著。 此外，添加陶瓷填料的層壓資料可以减少玻璃布不同編織方法引起的DK變化。

1080（開放式非平衡編織）和1078（開放式纖維）玻璃布結構的顯微視圖

對輸電線路電路的影響

本測試實驗採用微帶傳輸線電路，採用1毫米終端連接器。 該連接器首先連接到50歐姆接地共面波導（GCPW），並通過阻抗轉換器轉換為高阻抗微帶傳輸線。 如圖3所示，微帶傳輸線的長度為2英寸，這確保了實驗電路可以測試玻璃編織結構的效果。 電路由玻璃編織聚四氟乙烯（PTFE）層壓板製成，使用壓延銅和單玻璃布。 為了比較不同玻璃編織結構的效果，在3種不同的PCB層壓板上製作了傳輸線電路，即PTFE聚四氟乙烯與1080玻璃布、PTFE聚四氟乙烯與1078玻璃布和非PTFE層壓板填充1080玻璃布。 仔細檢查處理後的電路，選擇合適的傳輸線進行測試，並量測電路的振幅和相位角特性。 層壓板的介電常數由3個參數確定：相位角（擴展相位值）、群延遲（基於相位角隨頻率變化）和傳播延遲（根據相位角計算）。

對天線效能的影響

串聯饋電微帶貼片天線陣是毫米波車載雷達的典型天線。 為了研究玻璃纖維效應對天線效能的影響，設計了一種1×4串聯饋電微帶貼片天線，其工作頻率範圍為76-81 GHz【3】。 如圖4所示，天線由兩種不同的玻璃布層壓板ro4835和ro4830製成。 天線由接地的相鄰單元構成，以研究其耦合效應。

Series fed microstrip patch arrays fabricated on 羅傑斯ro4835 and 羅傑斯ro4830 laminates

在10 GHz下，層壓板的介電常數為3.48，損耗角正切為0.0037（基於IPC TM-650 2.5.5.5標準測試）。 此外，ro4830層壓板的介電常數為3.24，損耗角正切為0.0033（基於ipctm-650 2.5.5.5標準測試）。 Ro4835層壓板由1080標準編織不平衡玻璃布製成，並用陶瓷填料加固。 相比之下，ro4830層壓板由1035扁平開放式玻璃纖維編織物和填充有較小顆粒的陶瓷增强。 錶3進一步比較了基於ro4835和ro4830的層壓板的效能。