Częstotliwość sygnału w zastosowaniach radaru samochodowego waha się od 30 do 300 GHz, a nawet do 24 GHz.Za pomocą różnych funkcji obwodów sygnały te są przesyłane przez różne technologie linii transmisyjnych, takie jak linie mikropaskowe, linie paskowe, falowód zintegrowany z podłożem (SIW) i uziemiony falowód współpłaszczyznowy (GCPW).Te technologie linii transmisyjnych (ryc. 1) są zwykle używane przy częstotliwościach mikrofalowych, a czasem przy częstotliwościach fal milimetrowych.Wymagane są materiały z laminatu obwodów specjalnie stosowane w warunkach wysokiej częstotliwości.Linia mikropaskowa, jako najprostsza i najczęściej stosowana technologia obwodów linii transmisyjnych, może osiągnąć wysoki stopień kwalifikacji obwodów przy użyciu konwencjonalnej technologii przetwarzania obwodów.Ale kiedy częstotliwość zostanie podniesiona do częstotliwości fali milimetrowej, może to nie być najlepsza linia transmisyjna obwodu.Każda linia przesyłowa ma swoje zalety i wady.Na przykład, chociaż linia mikropaskowa jest łatwa w obróbce, musi rozwiązać problem dużej utraty promieniowania, gdy jest używana przy częstotliwości fali milimetrowej.
Rysunek 1 Przechodząc na częstotliwość fal milimetrowych, projektanci obwodów mikrofalowych muszą stawić czoła wyborowi co najmniej czterech technologii linii transmisyjnych przy częstotliwości mikrofalowej
Chociaż otwarta struktura linii mikropaskowej jest wygodna do fizycznego połączenia, będzie również powodować pewne problemy przy wyższych częstotliwościach.W linii transmisyjnej mikropaskowej fale elektromagnetyczne (EM) rozchodzą się przez przewodnik materiału obwodu i podłoże dielektryczne, ale niektóre fale elektromagnetyczne rozchodzą się w otaczającym powietrzu.Ze względu na niską wartość Dk powietrza, efektywna wartość Dk obwodu jest niższa niż materiału obwodu, co należy uwzględnić w symulacji obwodu.W porównaniu z obwodami o niskiej Dk, obwody wykonane z materiałów o wysokiej Dk mają tendencję do utrudniania transmisji fal elektromagnetycznych i zmniejszania szybkości propagacji.Dlatego materiały obwodów o niskim Dk są zwykle stosowane w obwodach fal milimetrowych.
Ponieważ w powietrzu występuje pewna ilość energii elektromagnetycznej, obwód linii mikropaskowej będzie promieniował na zewnątrz w powietrze, podobnie jak antena.Spowoduje to niepotrzebne straty promieniowania w obwodzie linii mikropaskowej, a strata wzrośnie wraz ze wzrostem częstotliwości, co również stanowi wyzwanie dla projektantów obwodów, którzy badają linię mikropaskową w celu ograniczenia strat promieniowania w obwodzie.Aby zmniejszyć straty promieniowania, linie mikropaskowe można wytwarzać z materiałów obwodów o wyższych wartościach Dk.Jednak wzrost Dk spowoduje spowolnienie prędkości propagacji fali elektromagnetycznej (względem powietrza), powodując przesunięcie fazowe sygnału.Inną metodą jest zmniejszenie strat promieniowania poprzez zastosowanie cieńszych materiałów obwodów do przetwarzania linii mikropaskowych.Jednak w porównaniu z grubszymi materiałami obwodów, cieńsze materiały obwodów są bardziej podatne na wpływ chropowatości powierzchni folii miedzianej, co również powoduje pewne przesunięcie fazowe sygnału.
Chociaż konfiguracja obwodu linii mikropaskowej jest prosta, obwód linii mikropaskowej w paśmie fal milimetrowych wymaga precyzyjnej kontroli tolerancji.Na przykład szerokość przewodu musi być ściśle kontrolowana, a im wyższa częstotliwość, tym bardziej rygorystyczna będzie tolerancja.Dlatego linia mikropaskowa w paśmie częstotliwości fal milimetrowych jest bardzo wrażliwa na zmianę technologii przetwarzania, a także grubość materiału dielektrycznego i miedzi w materiale, a wymagania dotyczące tolerancji wymaganego rozmiaru obwodu są bardzo surowe.
Stripline to niezawodna technologia linii przesyłowych obwodów, która może odgrywać dobrą rolę w częstotliwości fal milimetrowych.Jednak w porównaniu z linią mikropaskową przewodnik linii paskowej jest otoczony medium, więc nie jest łatwo podłączyć złącze lub inne porty wejścia/wyjścia do linii paskowej w celu transmisji sygnału.Linię paskową można traktować jako rodzaj płaskiego kabla koncentrycznego, w którym przewodnik jest owinięty warstwą dielektryka, a następnie pokryty warstwą.Ta struktura może zapewnić wysokiej jakości efekt izolacji obwodu, przy jednoczesnym zachowaniu propagacji sygnału w materiale obwodu (a nie w otaczającym powietrzu).Fala elektromagnetyczna zawsze rozchodzi się przez materiał obwodu.Obwód linii paskowej można symulować zgodnie z charakterystyką materiału obwodu, bez uwzględnienia wpływu fali elektromagnetycznej w powietrzu.Jednak przewód obwodu otoczony medium jest podatny na zmiany technologii przetwarzania, a wyzwania związane z zasilaniem sygnału sprawiają, że linia paskowa ma trudności z radzeniem sobie, zwłaszcza w warunkach mniejszych rozmiarów złącza przy częstotliwości fali milimetrowej.Dlatego, z wyjątkiem niektórych obwodów stosowanych w radarach samochodowych, linie paskowe zwykle nie są używane w obwodach fal milimetrowych.
Ponieważ w powietrzu występuje pewna ilość energii elektromagnetycznej, obwód linii mikropaskowej będzie promieniował na zewnątrz w powietrze, podobnie jak antena.Spowoduje to niepotrzebne straty promieniowania w obwodzie linii mikropaskowej, a strata wzrośnie wraz ze wzrostem częstotliwości, co również stanowi wyzwanie dla projektantów obwodów, którzy badają linię mikropaskową w celu ograniczenia strat promieniowania w obwodzie.Aby zmniejszyć straty promieniowania, linie mikropaskowe można wytwarzać z materiałów obwodów o wyższych wartościach Dk.Jednak wzrost Dk spowoduje spowolnienie prędkości propagacji fali elektromagnetycznej (względem powietrza), powodując przesunięcie fazowe sygnału.Inną metodą jest zmniejszenie strat promieniowania poprzez zastosowanie cieńszych materiałów obwodów do przetwarzania linii mikropaskowych.Jednak w porównaniu z grubszymi materiałami obwodów, cieńsze materiały obwodów są bardziej podatne na wpływ chropowatości powierzchni folii miedzianej, co również powoduje pewne przesunięcie fazowe sygnału.
Chociaż konfiguracja obwodu linii mikropaskowej jest prosta, obwód linii mikropaskowej w paśmie fal milimetrowych wymaga precyzyjnej kontroli tolerancji.Na przykład szerokość przewodu musi być ściśle kontrolowana, a im wyższa częstotliwość, tym bardziej rygorystyczna będzie tolerancja.Dlatego linia mikropaskowa w paśmie częstotliwości fal milimetrowych jest bardzo wrażliwa na zmianę technologii przetwarzania, a także grubość materiału dielektrycznego i miedzi w materiale, a wymagania dotyczące tolerancji wymaganego rozmiaru obwodu są bardzo surowe.
Stripline to niezawodna technologia linii przesyłowych obwodów, która może odgrywać dobrą rolę w częstotliwości fal milimetrowych.Jednak w porównaniu z linią mikropaskową przewodnik linii paskowej jest otoczony medium, więc nie jest łatwo podłączyć złącze lub inne porty wejścia/wyjścia do linii paskowej w celu transmisji sygnału.Linię paskową można traktować jako rodzaj płaskiego kabla koncentrycznego, w którym przewodnik jest owinięty warstwą dielektryka, a następnie pokryty warstwą.Ta struktura może zapewnić wysokiej jakości efekt izolacji obwodu, przy jednoczesnym zachowaniu propagacji sygnału w materiale obwodu (a nie w otaczającym powietrzu).Fala elektromagnetyczna zawsze rozchodzi się przez materiał obwodu.Obwód linii paskowej można symulować zgodnie z charakterystyką materiału obwodu, bez uwzględnienia wpływu fali elektromagnetycznej w powietrzu.Jednak przewód obwodu otoczony medium jest podatny na zmiany technologii przetwarzania, a wyzwania związane z zasilaniem sygnału sprawiają, że linia paskowa ma trudności z radzeniem sobie, zwłaszcza w warunkach mniejszych rozmiarów złącza przy częstotliwości fali milimetrowej.Dlatego, z wyjątkiem niektórych obwodów stosowanych w radarach samochodowych, linie paskowe zwykle nie są używane w obwodach fal milimetrowych.
Rysunek 2 Projekt i symulacja przewodnika obwodu GCPW jest prostokątna (powyższy rysunek), ale przewodnik jest przetwarzany w trapez (poniżej rysunku), co będzie miało różny wpływ na częstotliwość fali milimetrowej.
W przypadku wielu pojawiających się zastosowań obwodów fal milimetrowych, które są wrażliwe na odpowiedź fazową sygnału (takich jak radar samochodowy), należy zminimalizować przyczyny niezgodności faz.Obwód GCPW o częstotliwości fal milimetrowych jest podatny na zmiany materiałów i technologii przetwarzania, w tym zmiany wartości Dk materiału i grubości podłoża.Po drugie, na wydajność obwodu może mieć wpływ grubość miedzianego przewodnika i chropowatość powierzchni folii miedzianej.Dlatego grubość miedzianego przewodnika powinna być utrzymywana w ścisłych granicach tolerancji, a chropowatość powierzchni folii miedzianej powinna być minimalizowana.Po trzecie, wybór powłoki powierzchniowej obwodu GCPW może również wpływać na wydajność obwodu w zakresie fal milimetrowych.Na przykład obwód wykorzystujący chemiczne niklowo-złote ma większe straty niklu niż miedź, a niklowana warstwa powierzchniowa zwiększy straty GCPW lub linii mikropaskowej (Rysunek 3).Wreszcie, ze względu na małą długość fali, zmiana grubości powłoki spowoduje również zmianę odpowiedzi fazowej, a wpływ GCPW jest większy niż linii mikropaskowej.
Rysunek 3 Linia mikropaskowa i obwód GCPW pokazane na rysunku wykorzystują ten sam materiał obwodu (laminat RO4003C™ firmy Rogers o grubości 8 mil), wpływ ENIG na obwód GCPW jest znacznie większy niż w przypadku linii mikropaskowej przy częstotliwości fal milimetrowych.
Czas postu: 05-10-2022
