Технология RF цепей - Определение материалов печатных плат по потерям в цепи для печатной платы автомобильного радара частотой 77 ГГц

Беспроводные сигналы миллиметрового диапазона постепенно находят применение в различных областях, таких как радарные датчики для автомобильных систем помощи водителю advanced (ADAS). Радарные печатные платы с частотой 77 ГГц доказали свою эффективность в совершенствовании систем ADAS, а радарные датчики с частотой 77 ГГц также являются ключевыми компонентами для автономных транспортных средств. Но какой материал печатной платы наиболее подходит для систем ADAS и автономных транспортных средств миллиметрового диапазона волн? В отличие от радиочастотных и микроволновых схем с более низкими частотами, к материалам печатных плат миллиметрового диапазона предъявляются чрезвычайно жесткие требования. Печатная плата Rogers RO3003 обладает всеми характеристиками, необходимыми для применения в миллиметровом диапазоне волн, и будет играть важную роль в электронных системах будущих автономных транспортных средств, делая вождение по шоссе более безопасным.

Для любой высокочастотной схемы важной задачей является сведение потерь в цепи к минимуму, а снижение потерь в цепи на миллиметровых частотах является еще более важным, поскольку мощность сигнала на миллиметровых частотах меньше.

Теперь мы обсудим потери в печатной плате и их компоненты и представим ключевые критерии, которые следует учитывать при выборе подложки для минимизации потерь в печатной плате антенны радара с частотой 77 ГГц.

Автомобильный радар миллиметрового диапазона

Потери в цепи

Например, для автомобильной антенны радара миллиметрового диапазона частот 77 ГГц общие потери в цепи часто называют вносимыми потерями. Обычно вносимые потери в цепи состоят из четырех частей, а именно потери в проводнике, диэлектрические потери, потери на излучение и потери на утечку. Все первые три метода оказывают значительное влияние, в то время как последний, потери при утечке, обычно считаются незначительными даже на миллиметровых частотах.

потери в проводнике

Потеря проводимости обычно является наиболее важной из четырех причин и, как правило, связана с выбором технологии линии передачи и техническими параметрами, связанными с материалами печатных плат (такими как тип медной фольги, глубина покрытия и ширина проводника и т.д.). Тип медной фольги оказывает большое влияние на потери в проводниках в цепях миллиметрового диапазона. В цепях с гладкой поверхностью из медной фольги потери меньше, чем в цепях с шероховатой поверхностью из медной фольги. Например, материалы для микросхем с катаными медными проводниками, которые имеют более гладкую поверхность из медной фольги, будут иметь меньшие потери, особенно на частоте 77 ГГц, чем стандартные электролитические медные проводники с более шероховатой поверхностью. Толщина слоя меди (глубина распространения радиочастотного тока на границе раздела медь-подложка) также влияет на потери в проводнике. Глубина слоя зависит от частоты, и с увеличением частоты потери также увеличиваются. Если шероховатость поверхности медного проводника равна или близка к глубине поверхностного слоя, то шероховатость поверхности медного проводника значительно увеличивает потери проводимости материала печатной платы.

В предыдущем блоге ROG уже упоминался вопрос: Почему мы не можем продолжать использовать привычные технологии линий передачи, такие как микрополосковые линии, в миллиметровом диапазоне частот? Структура микрополосковой линии проста. Верхний медный провод - это сигнальная линия, нижний медный провод - это плоскость заземления, а средний разделен слоем диэлектрика. Это, несомненно, самый простой способ проектирования и изготовления высокочастотных цепей. Однако другие форматы линий передачи, такие как полосковая линия и копланарный волновод с заземлением (GCPW), более выгодны на миллиметровых частотах.

Потери излучения

Микрополосковая структура является популярной структурой линий передачи от ВЧ до 30 ГГц, и потери в проводниках у нее относительно невелики. При частоте выше 30 ГГц потери излучения часто выше, чем у полосковой и GCPW-структур. Потери на излучение зависят от частоты и увеличиваются с увеличением частоты. В то же время они также зависят от диэлектрической проницаемости (DK) материала печатной платы, которая уменьшается с увеличением DK.

Толщина печатной платы также влияет на потери излучения, поскольку более толстые схемы имеют большие потери излучения. Помехи в режиме помех также увеличивают потери излучения в схемах миллиметрового диапазона. Чтобы свести к минимуму помехи от этих паразитных мод в цепях миллиметрового диапазона, более тонкие диэлектрические материалы часто сочетаются с более узкими проводниками. По этой причине в цепях миллиметрового диапазона с более короткими длинами волн, как правило, используются более тонкие материалы, независимо от конструкции линии передачи.

Потери в диэлектрике

Диэлектрические потери в материалах печатных плат в основном связаны с коэффициентом рассеяния (Df) материала схемы. Этот тип потерь оказывает большее влияние на структуру некоторых схем, когда используется больше диэлектрических материалов. Например, в полосковых схемах, использующих несколько слоев диэлектрических материалов, диэлектрические потери заслуживают дальнейшего изучения. Они также более заметны в более толстых микрополосковых схемах и GCPW-схемах по сравнению с более тонкими схемами. Схемы с зеленым масляным слоем для защиты от пайки также увеличивают диэлектрические потери материала печатной платы, что более заметно в GCPW, чем в микрополосковых схемах.

Параметры материала на частоте 77 ГГц

Требования к проектированию схем и изготовлению становятся более жесткими при более высоких частотах, поскольку, например, на частоте 77 ГГц длина волны сигнала короче, а уровень мощности сигнала ниже. Однако, если удастся изготовить высокоточные функциональные схемы и материалы для них смогут обеспечить согласованные свойства, все еще можно будет использовать несколько различных технологий линий передачи на миллиметровых частотах.

Например, полосковые схемы с низким уровнем потерь на частотах миллиметрового диапазона основаны на использовании нескольких однородных диэлектрических материалов и слоев проводящей меди, соединенных сквозными отверстиями с гальваническим покрытием (PTHS). Каждый PTH добавляет определенное количество емкости и индуктивности к слою схемы, тем самым изменяя характеристики схемы на миллиметровых частотах, особенно когда характеристики слоя проводника и слоя диэлектрика различны.

Конечно, на частоте 77 ГГц очень важно минимизировать потери в цепи, поскольку уровень мощности сигнала часто очень мал. Для сетей, работающих на таких высоких частотах, не обязательно использовать технологию линейной передачи. Однако характеристики материалов для печатных плат на миллиметровых частотах могут служить ориентиром при выборе наилучших материалов для печатных плат на миллиметровых частотах. При одновременном снижении потерь в цепи, шесть ключевых свойств материалов для печатных плат имеют решающее значение для создания эффективных схем с низким уровнем потерь на миллиметровых частотах 77 ГГц :

·Допуск Dk

·Материал схемы Df

·Шероховатость поверхности проводника из медной фольги

·Коэффициенты термостойкости Dk и Df

·Водопоглощающая способность

·Эффект стекловолокна

Когда для анализа свойств этих шести материалов используется материал печатной платы Rogers RO3003 на миллиметровых частотах, преимущества материала на такой высокой частоте делают его лучшим выбором в этом диапазоне частот. Это также может объяснить, почему ламинат RO3003 стал широко использоваться на печатных платах с частотой 77 ГГц и в других схемах с миллиметровым диапазоном частот. Понимание этих шести ключевых свойств материала и их взаимосвязи с электрическими характеристиками на миллиметровых частотах может помочь инженерам-схемотехникам в поиске оптимальных характеристик схем на частоте 77 ГГц. Точно так же, как частота 2,4 ГГц ассоциируется с широким спектром приложений беспроводной связи, таких как Wi-Fi, частота 77 ГГц radar PCB стала стандартной частотой для автомобильных радаров миллиметрового диапазона.