PCB-Technologie - Einfluss der Leiterplattenstruktur auf Millimeterwellenradar

Die dielektrische Schicht des gemeinsamen Verbundes Leiterplatte (PCB) mostly uses glass fiber as filler. Allerdings, durch die spezielle geflochtene Struktur der Glasfaser, the local dielectric constant (DK) of PCB will change. Besonders bei der Millimeterwellenfrequenz, Der Effekt der Glasflechtung ist offensichtlicher als der des dünnen Laminats, und die lokale Inhomogenität von DK wird zu offensichtlichen Veränderungen in der HF-Schaltung und Antennenleistung führen. The influence of PCB structure on transmission line performance was studied by using glass braided polytetrafluoroethylene (PTFE) laminate with thickness of 100 μ M. nach verschiedenen Arten von Glas geflochtene Struktur, Die Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte schwankte zwischen 0.01 und 0.22. Um den Einfluss verschiedener Glasflechtstrukturen auf die Antennenleistung zu untersuchen, Auf Rogers' hundelsüblichem Laminat ro4835 und ro4830 wurde eine serielle Microstrip Patch Array Antenne hergestellt., und die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die elektrischen Eigenschaften der Antenne, die mit ro4830 Laminat in Übereinstimmung mit der Normaltoleranz hergestellt wird, konsistenter mit den berechneten Werten sind, and the changes are smaller It has good reflection coefficient (S11 < – 10dB) and Los gain performance.

Autopilot ist derzeit ein heißes Forschungsthema. Es kann Fahrern und Fußgängern helfen, potenzielle tödliche Unfälle zu vermeiden und erfordert eine hohe Zuverlässigkeit. Daher ist es erforderlich, dass die Schaltung sehr zuverlässig sein muss. Aufgrund seiner kompakten Struktur und der hohen Empfindlichkeit der Umgebungserkennung bietet mmwave Radar eine zuverlässige und zuverlässige Lösung für die Zielerkennung im automatischen Fahren. In kommerziellen Millimeterwellenradarsystemen mit 76-81 GHz sind seriell gespeiste Microstrip Patch Antennen wegen ihres einfachen Designs, ihrer kompakten Struktur, der Massenproduktion und niedrigen Kosten beliebt geworden. Je höher die Frequenz, desto kleiner die Wellenlänge. Daher wird im Vergleich zur Niederfrequenz die Größe der Übertragungsleitung und Antenne, die mit Millimeterwellenfrequenz arbeiten, kleiner sein. Um die ideale Leistung des fahrzeuggestützten Radars sicherzustellen, ist es notwendig, den Einfluss der Leiterplatte auf Übertragungsleitung und Microstrip Patch Antenne zu untersuchen. Für den Millimeterwellenfrequenz-Schaltkreis [2], der in der Außenumgebung für eine lange Zeit arbeitet (beeinflusst durch Temperatur und Feuchtigkeit), ist die Konsistenz des Materialleistungsindex die primäre Überlegung bei der Auswahl von Leiterplattenklaminat. Die Kupferfolie, das glasfaserverstärkte Material, der keramische Füllstoff und andere Materialien, die das Laminat bilden, haben jedoch einen größeren Einfluss auf die Konsistenz der Indikatoren bei hoher Frequenz.

Anwendung des Millimeterwellenradars

Diese Arbeit untersucht hauptsächlich den Einfluss der Leiterplattenstruktur auf die Leistung von Millimeterwellenradarn. Die dielektrische Schicht der meisten PCB-Laminate wird normalerweise durch Beschichtung von Polymerharz auf Glasfasergewebe gebildet. Bei Millimeterwellenfrequenz ist der Einfluss von Glasfasergewebe auf die Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften sehr offensichtlich, weil die Breite des Glasbündels der Übertragungsleitung entspricht. Wenn dünne (zum Beispiel 100 μ m) PCB-Linienlaminate verwendet werden, um Mikrostreifenantennen zu entwerfen, verursacht das Glasgewebe erhebliche Änderungen der Antennenleistung und verringert die Verarbeitungsausbeute.

Zusammensetzung der Laminate

Das Laminat wird normalerweise aus Glasfasergewebe und Polymerharz hergestellt, um eine dielektrische Schicht zu bilden, und dann auf beiden Seiten mit Kupferfolie bedeckt. Die typische dielektrische Konstante (DK) von Glasgewebe ist höher, etwa 6.1, während die von Polymerharz mit geringem Verlust zwischen 2.1 und 3.0 liegt, so dass es einen gewissen Unterschied in DK in einem kleinen Bereich gibt. Abbildung 1 zeigt die mikroskopische Ober- und Querschnittsansicht der Glasfasern im Laminat. Der Schaltkreis oberhalb des Knöchelbündels hat aufgrund seines höheren Glasfasergehalts einen höheren DK, während der Schaltkreis am offenen Bündel aufgrund des höheren Harzgehalts einen niedrigeren DK aufweist. Darüber hinaus werden die Eigenschaften des Glasgewebes durch die Dicke des Glasgewebes, den Abstand zwischen Geweben, die Abflachmethode des Gewebes und den Glasgehalt jeder Achse beeinflusst.

Zwei typische Webmuster von dünnem Glasgewebe, 1080 und 1078, werden häufig in dünnen Laminaten für Millimeterwellenanwendungen verwendet, wie in Abbildung 2 gezeigt. Der Glasgehalt einer Achse ist höher als der der anderen. Verglichen mit 1080 gewebtem Gewebe hat 1078 offener Faserglasgeflecht eine einheitlichere Glasfaserebene, so dass die Änderung von DK auf dem gesamten Laminat klein ist. Verglichen mit dem Laminat mit mehrschichtigem Glastuch ist die Änderung des DK-Werts des einlagigen Glastuchlaminats bedeutsamer. Darüber hinaus kann das Laminatmaterial mit keramischem Füllstoff die DK-Änderung reduzieren, die durch verschiedene Webmethoden von Glasgewebe verursacht wird.

Mikroskopische Ansicht der Struktur von 1080 (offenes unausgewogenes Geflecht) und 1078 (offene Faser) Glasgewebe

Einfluss auf den Übertragungsleitungskreis

Dieses Testexperiment verwendet Microstrip-Übertragungsleitungsschaltung, unter Verwendung von 1-mm-Abschlussverbinder. Der Stecker wird zunächst an einen 50-Ohm-geerdeten koplanaren Wellenleiter (GCPW) angeschlossen und über einen Impedanzwandler in eine hochohmige Mikrostreifenübertragungsleitung umgewandelt. Wie in Abbildung 3 gezeigt, beträgt die Länge der Mikrostreifen-Übertragungsleitung 2 Zoll, was sicherstellt, dass die experimentelle Schaltung den Effekt der Glasflechtstruktur testen kann. Der Schaltkreis besteht aus glasgeflochtenem Polytetrafluorethylen (PTFE)-Laminat, und kalandriertes Kupfer und Einzelglasgewebe werden verwendet. Um die Effekte verschiedener Glasflechtstrukturen zu vergleichen, wurden Übertragungsleitungsschaltungen auf drei verschiedenen PCB-Laminaten hergestellt, die PTFE-Teflon mit 1080-Glasgewebe, PTFE-Polytetrafluorethylen mit 1078-Glasgewebe und Nicht-PTFE-Laminat mit 1080-Glasgewebe gefüllt waren. Überprüfen Sie sorgfältig die verarbeitete Schaltung, wählen Sie die geeignete Übertragungsleitung für die Prüfung aus und messen Sie die Amplitude- und Phasenwinkeleigenschaften der Schaltung. Die dielektrische Konstante des Laminats wird durch drei Parameter bestimmt: Phasenwinkel (erweiterter Phasenwert), Gruppenverzögerung (basierend auf Phasenwinkel variiert mit der Frequenz) und Ausbreitungsverzögerung (berechnet nach Phasenwinkel).

Einfluss auf die Antennenleistung

Serie gespeist Microstrip Patch Antennen Array ist eine typische Antenne für Millimeterwellen Automobilradar. Um den Effekt des Glasfasereffekts auf die Antennenleistung zu untersuchen, wird eine 1,4-Serie gespeiste Microstrip Patchantenne entworfen, und ihr Betriebsfrequenzbereich beträgt 76-81 GHz [3]. Wie in Abbildung 4 gezeigt, besteht die Antenne aus zwei verschiedenen Glasgewebe-Laminaten, ro4835 und ro4830. Die Antenne besteht aus geerdeten benachbarten Elementen, um ihren Kopplungseffekt zu untersuchen.

Serie gespeiste Microstrip Patch Arrays hergestellt auf Rogers ro4835 and Rogersro4830 Laminate

Die dielektrische Konstante des Laminats bei 10 GHz ist 3.48 und die Verlusttangente ist 0.0037 (basierend auf IPC TM-650 2.5.5.5.5 Standardtest). Darüber hinaus ist die dielektrische Konstante des ro4830 Laminats 3.24 und die Verlusttangente 0.0033 (basierend auf ipctm-650 2.5.5.5.5 Standardtest). Ro4835 Laminate bestehen aus 1080 Standard gewebtem unausgewogenem Glasgewebe und verstärkt mit keramischem Füllstoff. Im Gegensatz dazu wurde das ro4830 Laminat durch 1035 Flachglasgeflecht und Keramik verstärkt, die mit kleineren Partikeln gefüllt ist. Tabelle 3 vergleicht weiter die Eigenschaften von Laminaten auf Basis von ro4835 und ro4830.