Частота сигнала автомобильного радара варьируется от 30 до 300 ГГц, даже до 24 ГГц.С помощью различных схемных функций эти сигналы передаются по различным технологиям линий передачи, таким как микрополосковые линии, полосковые линии, интегрированный в подложку волновод (SIW) и заземленный копланарный волновод (GCPW).Эти технологии линий передачи (рис. 1) обычно используются на микроволновых частотах, а иногда и на частотах миллиметровых волн.Требуются ламинированные материалы для печатных плат, специально используемые для этих высокочастотных условий.Микрополосковая линия, как самая простая и наиболее часто используемая технология схем линий передачи, может обеспечить высокую скорость аттестации схем за счет использования традиционной технологии обработки схем.Но когда частота повышается до частоты миллиметровых волн, это может быть не лучшая линия передачи цепи.Каждая линия передачи имеет свои преимущества и недостатки.Например, хотя микрополосковая линия проста в обработке, она должна решать проблему больших потерь на излучение при использовании на частоте миллиметровых волн.
Рис. 1. При переходе на частоту миллиметровых волн разработчикам СВЧ-схем приходится выбирать как минимум из четырех технологий линий передачи на СВЧ-частоте.
Хотя открытая структура микрополосковой линии удобна для физического соединения, она также вызовет некоторые проблемы на более высоких частотах.В микрополосковой линии передачи электромагнитные (ЭМ) волны распространяются через проводник из материала схемы и диэлектрическую подложку, но часть электромагнитных волн распространяется через окружающий воздух.Из-за низкого значения Dk воздуха эффективное значение Dk контура ниже, чем у материала контура, что необходимо учитывать при моделировании контура.По сравнению с низким Dk цепи из материалов с высоким Dk, как правило, препятствуют передаче электромагнитных волн и снижают скорость распространения.Поэтому в цепях миллиметрового диапазона обычно используются материалы с низким значением Dk.
Поскольку в воздухе присутствует определенная степень электромагнитной энергии, контур микрополосковой линии будет излучаться наружу, в воздух, подобно антенне.Это вызовет ненужные потери на излучение в цепи микрополосковой линии, и потери будут увеличиваться с увеличением частоты, что также создает проблемы для разработчиков схем, изучающих микрополосковые линии, для ограничения потерь на излучение в цепи.Для уменьшения потерь на излучение микрополосковые линии могут изготавливаться из схемных материалов с более высокими значениями Dk.Однако увеличение Dk приведет к замедлению скорости распространения электромагнитных волн (относительно воздуха), вызывая фазовый сдвиг сигнала.Другой метод заключается в уменьшении потерь на излучение за счет использования более тонких схемных материалов для обработки микрополосковых линий.Однако, по сравнению с более толстыми материалами схемы, более тонкие материалы схемы более восприимчивы к влиянию шероховатости поверхности медной фольги, которая также будет вызывать определенный фазовый сдвиг сигнала.
Хотя конфигурация схемы микрополосковой линии проста, схема микрополосковой линии в миллиметровом диапазоне волн требует точного контроля допуска.Например, ширину проводника нужно строго контролировать, и чем выше частота, тем жестче будет допуск.Поэтому микрополосковая линия в диапазоне частот миллиметрового диапазона очень чувствительна к изменению технологии обработки, а также толщины диэлектрического материала и меди в материале, а требования к допускам на необходимый размер цепи очень жесткие.
Stripline - это надежная технология линии передачи цепи, которая может сыграть хорошую роль в частоте миллиметровых волн.Однако, по сравнению с микрополосковой линией, проводник полосковой линии окружен средой, поэтому подключение разъема или других входных/выходных портов к полосковой линии для передачи сигнала затруднено.Полосковую линию можно рассматривать как вид плоского коаксиального кабеля, в котором проводник обернут слоем диэлектрика, а затем покрыт слоем.Эта структура может обеспечить качественный эффект изоляции цепи, сохраняя при этом распространение сигнала в материале схемы (а не в окружающем воздухе).Электромагнитная волна всегда распространяется через материал цепи.Полосковая цепь может быть смоделирована в соответствии с характеристиками материала цепи без учета влияния электромагнитных волн в воздухе.Однако проводник цепи, окруженный средой, уязвим для изменений в технологии обработки, а проблемы с подачей сигнала затрудняют работу полосковой линии, особенно при условии меньшего размера разъема на частоте миллиметровых волн.Поэтому, за исключением некоторых схем, используемых в автомобильных радарах, полосковые линии обычно не используются в цепях миллиметрового диапазона.
Поскольку в воздухе присутствует определенная степень электромагнитной энергии, контур микрополосковой линии будет излучаться наружу, в воздух, подобно антенне.Это вызовет ненужные потери на излучение в цепи микрополосковой линии, и потери будут увеличиваться с увеличением частоты, что также создает проблемы для разработчиков схем, изучающих микрополосковые линии, для ограничения потерь на излучение в цепи.Для уменьшения потерь на излучение микрополосковые линии могут изготавливаться из схемных материалов с более высокими значениями Dk.Однако увеличение Dk приведет к замедлению скорости распространения электромагнитных волн (относительно воздуха), вызывая фазовый сдвиг сигнала.Другой метод заключается в уменьшении потерь на излучение за счет использования более тонких схемных материалов для обработки микрополосковых линий.Однако, по сравнению с более толстыми материалами схемы, более тонкие материалы схемы более восприимчивы к влиянию шероховатости поверхности медной фольги, которая также будет вызывать определенный фазовый сдвиг сигнала.
Хотя конфигурация схемы микрополосковой линии проста, схема микрополосковой линии в миллиметровом диапазоне волн требует точного контроля допуска.Например, ширину проводника нужно строго контролировать, и чем выше частота, тем жестче будет допуск.Поэтому микрополосковая линия в диапазоне частот миллиметрового диапазона очень чувствительна к изменению технологии обработки, а также толщины диэлектрического материала и меди в материале, а требования к допускам на необходимый размер цепи очень жесткие.
Stripline - это надежная технология линии передачи цепи, которая может сыграть хорошую роль в частоте миллиметровых волн.Однако, по сравнению с микрополосковой линией, проводник полосковой линии окружен средой, поэтому подключение разъема или других входных/выходных портов к полосковой линии для передачи сигнала затруднено.Полосковую линию можно рассматривать как вид плоского коаксиального кабеля, в котором проводник обернут слоем диэлектрика, а затем покрыт слоем.Эта структура может обеспечить качественный эффект изоляции цепи, сохраняя при этом распространение сигнала в материале схемы (а не в окружающем воздухе).Электромагнитная волна всегда распространяется через материал цепи.Полосковая цепь может быть смоделирована в соответствии с характеристиками материала цепи без учета влияния электромагнитных волн в воздухе.Однако проводник цепи, окруженный средой, уязвим для изменений в технологии обработки, а проблемы с подачей сигнала затрудняют работу полосковой линии, особенно при условии меньшего размера разъема на частоте миллиметровых волн.Поэтому, за исключением некоторых схем, используемых в автомобильных радарах, полосковые линии обычно не используются в цепях миллиметрового диапазона.
Рисунок 2 Конструкция и моделирование проводника цепи GCPW имеют прямоугольную форму (рисунок вверху), но проводник преобразуется в трапецию (рисунок внизу), что по-разному влияет на частоту миллиметровых волн.
Для многих новых приложений цепей миллиметрового диапазона, чувствительных к фазовой характеристике сигнала (таких как автомобильные радары), причины фазового несоответствия должны быть сведены к минимуму.Схема GCPW миллиметрового диапазона уязвима к изменениям в материалах и технологии обработки, включая изменения значения Dk материала и толщины подложки.Во-вторых, на характеристики цепи могут влиять толщина медного проводника и шероховатость поверхности медной фольги.Поэтому толщина медного проводника должна находиться в строгих пределах, а шероховатость поверхности медной фольги должна быть сведена к минимуму.В-третьих, выбор поверхностного покрытия контура GCPW также может повлиять на работу контура в диапазоне миллиметровых волн.Например, в схеме с использованием химического никелевого золота потери никеля больше, чем в меди, а никелированный поверхностный слой увеличит потери GCPW или микрополосковой линии (рис. 3).Наконец, из-за малой длины волны изменение толщины покрытия также вызовет изменение фазовой характеристики, и влияние GCPW больше, чем влияние микрополосковой линии.
Рисунок 3 Микрополосковая линия и схема GCPW, показанные на рисунке, используют один и тот же материал схемы (ламинат RO4003C ™ толщиной 8 миль), влияние ENIG на схему GCPW намного больше, чем на микрополосковую линию на частоте миллиметровых волн.
Время публикации: 05 октября 2022 г.
