СВЧ технология - Тенденции проектирования автомобильных радаров миллиметрового диапазона и решения для материалов PCB

Быстрое развитие автомобильных радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона и итеративное обновление технологий также делают вождение и передвижение более безопасным. Радиолокатор миллиметрового диапазона с его высоким разрешением, сильной антиинтерференционной способностью, хорошими характеристиками обнаружения и небольшими размерами стал незаменимым датчиком в системе управления автомобилем и ADAS. С увеличением конструкции отечественного радара миллиметровой волны и вероятности установки отечественных моделей применение радара миллиметровой волны также расширилось. В этой статье кратко описаны некоторые сценарии применения и тенденции проектирования радаров миллиметрового диапазона; Обсуждался выбор ключевых материалов PCB и ключевые характеристики материалов PCB при проектировании радиолокационных антенн миллиметрового диапазона.

Сценарий применения

С развитием технологии миллиметровая радиолокационная станция также развивается в направлении удовлетворения потребностей пользователей, достигая диапазона обнаружения от близкого до дальнего, точность измерения постепенно улучшается. От самого раннего измерения скорости, измерения расстояния до достижения измерения скорости, измерения расстояния, измерения угла, а теперь для достижения изображения с более высоким разрешением. В системе ADAS применение радаров миллиметрового диапазона может быть классифицировано в зависимости от потребностей и функций транспортного средства. Например, в зависимости от места установки на транспортном средстве его можно разделить на переднюю, заднюю и угловую РЛС; В зависимости от дальности обнаружения можно также разделить на дальние, средние и короткие РЛС. Применение РЛС миллиметрового диапазона в ADAS включает в себя автоматическое торможение AEB, предупреждение о столкновении FCW вперед, помощь при изменении маршрута LCA, адаптивный круиз ACC, мониторинг слепых зон BSW.

Автомобильная радиолокационная станция миллиметрового диапазона

В дополнение к вспомогательному вождению и безопасности движения, применение радара миллиметрового диапазона для транспортных средств также распространяется на обнаружение препятствий при парковке или открытии двери, чтобы уменьшить повреждение двери при столкновении при парковке или открытии двери.

Различные другие приложения увеличивают разнообразие применений миллиметровой РЛС и активно расширяют новые сценарии применения миллиметровой РЛС. Например, радиолокационные датчики мониторинга жизненных признаков водителя могут обеспечить бесконтактный мониторинг жизненных признаков, таких как частота сердечных сокращений и частота дыхания водителя, чтобы воспринимать усталость водителя и достигать цели безопасного вождения. Радиолокационные датчики мониторинга пассажиров также обеспечивают бесконтактное и надежное обнаружение пассажиров (взрослых, детей, домашних животных) в автомобиле, чтобы избежать случайных задержек во время поездки и обеспечить потребителям безопасную защиту от поездок.

Тенденции проектирования PCB

Рабочие частоты автомобильной радиолокационной станции миллиметрового диапазона в основном включают диапазон 24 ГГц и диапазон 77 ГГц. Диапазон 24 ГГц в основном используется для обнаружения ближнего радара на расстоянии около 50 м и может использоваться для систем обнаружения слепых пятен. Однако из - за узкой полосы пропускания разрешение и производительность радара сильно ограничены.

Относительно говоря, радар 77 ГГц имеет широкие перспективы развития. Его основными преимуществами являются высокая точность, высокое разрешение и хорошая измеримость от коротких до длинных расстояний. Радиолокатор 77 ГГц имеет две полосы частот 76 - 77 ГГц и 77 - 81 Гц соответственно. Пропускная способность составляет 1 ГГц и 4 ГГц соответственно. Огромное преимущество пропускной способности значительно повышает разрешение и точность. С другой стороны, из - за высокой частоты и короткой длины волны радара 77 ГГц, конструкция радиолокационного приемопередатчика или антенны и других компонентов меньше, что уменьшает общий размер радара и облегчает установку и скрытие в кузове. Диапазон 77 ГГц привлекателен с точки зрения глобального регулирования и промышленного внедрения.

Применение РЛС миллиметрового диапазона 77 ГГц соответствует продвинутой стадии автоматизации автомобилей. С развитием автономных транспортных средств и увеличением скорости установки ADAS большинство бортовых радиолокационных датчиков с частотой 24 ГГц будут переведены в диапазон 77 ГГц, и их спрос и применение будут постепенно расти.

Тенденции рынка радиолокационных датчиков различных диапазонов частот

Модуль радиолокационной системы миллиметрового диапазона 77 ГГц, основанный на конструкции FMCW Radar, в основном использует полные автономные решения, такие как Ti, Infineon или NXP, и включает в себя радиочастотную переднюю часть, блок обработки сигналов и блок управления, обеспечивая несколько каналов передачи и приема сигналов. Конструкция PCB радиолокационных модулей варьируется в зависимости от конструкции антенны клиента, но в основном существует несколько способов.

Первый заключается в использовании материала PCB с очень низкими потерями в качестве несущей пластины для проектирования верхнего слоя антенны. Антенна с микропластиной обычно используется для проектирования антенны, а второй слой стопки используется в качестве слоя антенны и ее фидера. FR - 4 используется в других PCB - материалах. Эта конструкция относительно проста, легко обрабатывается и имеет низкую стоимость. Однако из - за тонкой толщины PCB сверхнизких потерь (обычно 0127 мм) необходимо обратить внимание на влияние шероховатости медной фольги на потери и согласованность. В то же время узкий фидер антенны с микропластырем требует точного управления шириной линии.

Второй метод проектирования заключается в проектировании радиолокационной антенны с использованием схемы SIW, которая больше не является антенной с микропластиной. В дополнение к антеннам, другие PCB - стеки по - прежнему используют материал FR - 4 в качестве первого способа управления радаром и слоя питания. Материал PCB, используемый в этой конструкции антенны SIW, по - прежнему является материалом PCB с очень низкими потерями, который уменьшает потери и увеличивает излучение антенны. Толщина материала обычно толще толщины PCB, чтобы увеличить пропускную способность, что также может уменьшить влияние шероховатости медной фольги и не имеет других проблем при работе с узкой шириной линии. Но нам нужно рассмотреть вопрос обработки отверстий SIW и точности местоположения.

Третий метод проектирования состоит в проектировании многослойных конструкций из материалов с очень низкими потерями. В зависимости от различных требований некоторые из них могут использовать материалы с очень низкими потерями или все они могут использовать материалы с очень низкими потерями. Эта конструкция значительно повышает гибкость конструкции схемы, повышает степень интеграции и еще больше уменьшает размер радиолокационного модуля. Однако недостатком является относительно высокая стоимость и относительно сложный процесс обработки.

Различные конструкции PCB радиолокационных датчиков

Внимание к материалам PCB

Общей особенностью различных конструкций ПХБ радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона является то, что для уменьшения потерь схемы и увеличения излучения антенны требуется материал ПХБ со сверхнизкими потерями. Материалы PCB являются ключевыми компонентами конструкции радиолокационных датчиков. Выбор подходящего материала PCB обеспечивает высокую стабильность и совместимость характеристик радиолокационных датчиков миллиметрового диапазона.

Характеристики материалов РСБ для РЛС миллиметрового диапазона 77 ГГц следует рассматривать в следующих аспектах:

Во - первых, это электрические свойства материала, которые являются основным фактором при проектировании радиолокационных датчиков и выборе материала PCB. Выбор материала PCB со стабильной диэлектрической константой и сверхнизкими потерями имеет решающее значение для производительности радара миллиметрового диапазона 77 ГГц. Стабильные диэлектрические константы и потери позволяют приемным и передающим антеннам получать точные фазы, что повышает усиление антенны и угол или диапазон сканирования, а также точность обнаружения и позиционирования радара. Стабильность диэлектрических констант и потерь PCB требует не только обеспечения стабильности различных партий материала, но и обеспечения того, чтобы одна и та же пластина изменялась меньше и имела очень хорошую стабильность.

шероховатость поверхности медной фольги, используемой в материалах PCB, влияет на диэлектрическую константу и потери цепи. Чем тоньше материал, тем больше шероховатость поверхности медной фольги влияет на схему. Чем более грубым является тип медной фольги, тем больше изменяется ее собственная шероховатость, что также приводит к большему изменению диэлектрических констант и потерь и влияет на фазовые характеристики схемы.

Во - вторых, следует учитывать надежность материала. Надежность материала относится не только к высокой надежности материала в обработке PCB, такой как ламинирование, влияние процесса обработки, сквозные отверстия, адгезия медной фольги, но и долгосрочная надежность материала. Являются ли электрические свойства материалов PCB стабильными с течением времени и стабильными в различных рабочих условиях, таких как различные температуры или влажности, очевидны для надежности автомобильных радиолокационных датчиков и применения автомобильной системы ADAS.

В целом, при проектировании антенны радиолокационного датчика 77 ГГц необходимо учитывать выбор материала со стабильной диэлектрической проницаемостью и сверхнизкими потерями. Выбор более гладкой медной фольги может еще больше снизить потери цепи и допуск диэлектрической константы; В то же время материал должен обладать надежными электрическими и механическими свойствами, которые изменяются с внешней рабочей средой, такой как время, температура и влажность.

Выбор материала PCB

С самого начала разработки автомобильной радиолокационной станции миллиметрового диапазона Роджерс сотрудничает с ведущими мировыми производителями радиолокационных модулей. Он запустил ro3003 без стеклянной ткани. Свойства материала были тщательно проверены во всех аспектах, чтобы соответствовать требованиям радиолокационного датчика 77 ГГц. RO3003 Материал широко используется в радиолокационных станциях миллиметрового диапазона 77 ГГц с очень стабильной диэлектрической константой и характеристиками сверхнизких потерь (коэффициент потерь 0001 при обычных испытаниях 10 ГГц); В то же время структура без стеклянной ткани еще больше снижает изменение локальной диэлектрической константы в миллиметровом диапазоне, устраняет эффект сигнала из стекловолокна и еще больше улучшает фазовую стабильность радиолокационных датчиков. RO3003 Материал также обладает характеристиками сверхнизкой всасывающей способности (0,04% @ d48 / 50), очень низкой диэлектрической константы и температурной стабильности (tcdk) (- 3ppm / °C), что также обеспечивает стабильность RO3003. Радиолокационные датчики миллиметрового диапазона материала по - прежнему могут поддерживать отличные характеристики с изменением времени, температуры и окружающей среды. Выбор различных типов медной фольги и низкой толщины меди также помогает улучшить точность обработки и качество продукции, так что радиолокационные датчики получают лучшую производительность.

С развитием радиолокационного датчика 79 ГГц (77 - 81 Гц) он имеет более широкую полосу пропускания сигнала, что позволяет еще больше улучшить разрешение радиолокационного датчика, увеличить угол сканирования и даже реализовать 4D - изображение. Основываясь на ro3003, Ro3003g2 разработал и представил материалы, которые отвечают более высоким требованиям радиолокационных датчиков к характеристикам материалов PCB. По сравнению с ro3003a¢ Material, ro3003g2a¢ оптимизирует специальную систему наполнения в системе материалов, уменьшает количество частиц наполнителя, улучшает однородность системы материала и еще больше снижает допуск диэлектрической константы между всей пластиной и партией; Меньшие, однородные системы упаковки также позволяют реализовать меньшие конструкции перфорации при обработке PCB; RO3003G2 выбирает более гладкую медную фольгу для снижения потерь при вставке в цепи, характеристики которой очень близки к характеристикам ro3003.

Сравнение ro3003g2 и ro3003

Кроме того, материалы Rogers clte mw и ro4835 отвечают различным требованиям заказчиков при проектировании радиолокационных датчиков на частоте 77 ГГц. CLTE - MW основан на смоляной системе PTFE, коэффициент потерь очень мал (DF 0) 0015@10GHz Он подкреплен специальной открытой стекловолокнистой тканью с низким износом, которая вместе с однородным наполнителем обеспечивает отличную стабильность размеров и минимизирует влияние эффекта стекловолокна. Существует несколько вариантов толщины, от 3 до 10 миль, чтобы сделать clte mw. Этот материал идеально подходит для многоуровневого применения RF радиолокационного датчика 77 ГГц.

Характеристики потерь различных материалов

RO4835 Материал основан на Rogers ro4000. Диэлектрическая константа соответствует низкой диэлектрической константе (DK), обычно используемой в радиолокационных датчиках 77 ГГц. В то же время он имеет очень низкие потери при вставке и те же характеристики обработки, что и продукты серии ro4000. Выбор специальной открытой стекловолокнистой ткани с низким износом также повышает согласованность характеристик материала в миллиметровом диапазоне, позволяя антенне получать более последовательные фазовые характеристики и более высокое усиление антенны. Дешевые и рентабельные материалы RO4835 являются предпочтительным материалом при проектировании радиолокационных датчиков с частотой 77 ГГц / 79 ГГц.

ro4835 Открытый стекловолокнистый материал

Уникальные преимущества 77 ГГц - миллиметрового радиолокационного датчика делают его неотъемлемой частью самоуправляемого автомобиля. Радарные датчики с более широкой полосой пропускания и более высоким разрешением 77 ГГц / 79 Гц постепенно становятся основным направлением. Для различных конструкций радиолокационных датчиков характеристики материала схемы PCB в значительной степени определяют характеристики антенны радиолокационного датчика. Являясь мировым лидером в области передовых инженерных материалов, Rogers Technology стремится разрабатывать различные материалы для удовлетворения потребностей клиентов в дизайне. Материальные решения, такие как RO3003G2 / RO3003 / CLTE - MW / RO4835, своевременно решают проблемы проектирования для клиентов. В то же время глобальные клиенты и группы технической поддержки Rogers могут обеспечить более тесное сотрудничество с клиентами, чтобы решить ряд проблем в проектировании, обработке и тестировании клиентов и ускорить цикл проектирования клиентов.