Frekvence signálu v aplikaci automobilového radaru se pohybuje mezi 30 a 300 GHz, dokonce i tak nízko jako 24 GHz.Pomocí různých obvodových funkcí jsou tyto signály přenášeny různými technologiemi přenosového vedení, jako jsou mikropáskové vedení, páskové vedení, substrát integrovaný vlnovod (SIW) a uzemněný koplanární vlnovod (GCPW).Tyto technologie přenosového vedení (obr. 1) se obvykle používají na mikrovlnných frekvencích a někdy na frekvencích milimetrových vln.Jsou vyžadovány obvodové laminátové materiály speciálně používané pro tento vysokofrekvenční stav.Mikropásková linka, jako nejjednodušší a nejběžněji používaná technologie obvodů přenosových linek, může dosáhnout vysoké kvalifikace obvodu pomocí konvenční technologie zpracování obvodů.Ale když se frekvence zvýší na frekvenci milimetrových vln, nemusí to být nejlepší přenosová linka obvodu.Každá přenosová linka má své výhody a nevýhody.Například, ačkoli je mikropáskové vedení snadno zpracovatelné, musí vyřešit problém s vysokou radiační ztrátou při použití s frekvencí milimetrových vln.
Obrázek 1 Při přechodu na frekvenci milimetrových vln musí konstruktéři mikrovlnných obvodů čelit volbě alespoň čtyř technologií přenosových linek na mikrovlnné frekvenci
Přestože je otevřená struktura mikropáskového vedení vhodná pro fyzické připojení, bude také způsobovat určité problémy při vyšších frekvencích.V mikropáskovém přenosovém vedení se elektromagnetické (EM) vlny šíří vodičem materiálu obvodu a dielektrickým substrátem, ale některé elektromagnetické vlny se šíří okolním vzduchem.Vzhledem k nízké hodnotě Dk vzduchu je efektivní hodnota Dk obvodu nižší než hodnota materiálu obvodu, což je nutné vzít v úvahu při simulaci obvodu.Ve srovnání s nízkým Dk mají obvody vyrobené z materiálů s vysokým Dk tendenci bránit přenosu elektromagnetických vln a snižovat rychlost šíření.Proto se v obvodech s milimetrovými vlnami obvykle používají materiály obvodů s nízkým Dk.
Protože je ve vzduchu určitý stupeň elektromagnetické energie, bude obvod mikropáskového vedení vyzařovat ven do vzduchu, podobně jako anténa.To způsobí zbytečnou radiační ztrátu v obvodu mikropáskového vedení a ztráta se bude zvyšovat se zvýšením frekvence, což také přináší výzvy pro návrháře obvodů, kteří studují mikropáskové vedení, aby omezili ztráty vyzařováním obvodu.Aby se snížily ztráty zářením, mohou být mikropásková vedení vyrobena z obvodových materiálů s vyššími hodnotami Dk.Zvýšení Dk však zpomalí rychlost šíření elektromagnetických vln (vzhledem ke vzduchu), což způsobí fázový posun signálu.Další metodou je snížení ztráty záření použitím tenčích obvodových materiálů pro zpracování mikropáskových vedení.Ve srovnání s tlustšími obvodovými materiály jsou však tenčí obvodové materiály náchylnější k vlivu drsnosti povrchu měděné fólie, která také způsobí určitý fázový posun signálu.
Přestože konfigurace mikropáskového vedení je jednoduchá, mikropáskový vedení v pásmu milimetrových vln vyžaduje přesné řízení tolerance.Například šířka vodiče, kterou je třeba přísně kontrolovat, a čím vyšší frekvence, tím přísnější bude tolerance.Proto je mikropáskové vedení ve frekvenčním pásmu milimetrových vln velmi citlivé na změnu technologie zpracování, ale i tloušťky dielektrického materiálu a mědi v materiálu a požadavky na toleranci na požadovanou velikost obvodu jsou velmi přísné.
Stripline je spolehlivá technologie obvodového přenosového vedení, která může hrát dobrou roli ve frekvenci milimetrových vln.Ve srovnání s mikropáskovým vedením je však páskový vodič obklopen médiem, takže není snadné připojit konektor nebo jiné vstupní/výstupní porty k páskovému vedení pro přenos signálu.Páskové vedení lze považovat za druh plochého koaxiálního kabelu, ve kterém je vodič obalen dielektrickou vrstvou a poté překryt vrstvou.Tato struktura může zajistit vysoce kvalitní izolační efekt obvodu a zároveň zachovat šíření signálu v materiálu obvodu (spíše než v okolním vzduchu).Elektromagnetická vlna se vždy šíří materiálem obvodu.Obvod páskového vedení lze simulovat podle vlastností materiálu obvodu bez uvažování vlivu elektromagnetických vln ve vzduchu.Obvodový vodič obklopený médiem je však zranitelný vůči změnám v technologii zpracování a problémy s napájením signálu znesnadňují páskové vedení, aby se vyrovnalo, zejména za podmínek menší velikosti konektoru při frekvenci milimetrových vln.Proto, kromě některých obvodů používaných v automobilových radarech, se páskové linky obvykle nepoužívají v obvodech s milimetrovými vlnami.
Protože je ve vzduchu určitý stupeň elektromagnetické energie, bude obvod mikropáskového vedení vyzařovat ven do vzduchu, podobně jako anténa.To způsobí zbytečnou radiační ztrátu v obvodu mikropáskového vedení a ztráta se bude zvyšovat se zvýšením frekvence, což také přináší výzvy pro návrháře obvodů, kteří studují mikropáskové vedení, aby omezili ztráty vyzařováním obvodu.Aby se snížily ztráty zářením, mohou být mikropásková vedení vyrobena z obvodových materiálů s vyššími hodnotami Dk.Zvýšení Dk však zpomalí rychlost šíření elektromagnetických vln (vzhledem ke vzduchu), což způsobí fázový posun signálu.Další metodou je snížení ztráty záření použitím tenčích obvodových materiálů pro zpracování mikropáskových vedení.Ve srovnání s tlustšími obvodovými materiály jsou však tenčí obvodové materiály náchylnější k vlivu drsnosti povrchu měděné fólie, která také způsobí určitý fázový posun signálu.
Přestože konfigurace mikropáskového vedení je jednoduchá, mikropáskový vedení v pásmu milimetrových vln vyžaduje přesné řízení tolerance.Například šířka vodiče, kterou je třeba přísně kontrolovat, a čím vyšší frekvence, tím přísnější bude tolerance.Proto je mikropáskové vedení ve frekvenčním pásmu milimetrových vln velmi citlivé na změnu technologie zpracování, ale i tloušťky dielektrického materiálu a mědi v materiálu a požadavky na toleranci na požadovanou velikost obvodu jsou velmi přísné.
Stripline je spolehlivá technologie obvodového přenosového vedení, která může hrát dobrou roli ve frekvenci milimetrových vln.Ve srovnání s mikropáskovým vedením je však páskový vodič obklopen médiem, takže není snadné připojit konektor nebo jiné vstupní/výstupní porty k páskovému vedení pro přenos signálu.Páskové vedení lze považovat za druh plochého koaxiálního kabelu, ve kterém je vodič obalen dielektrickou vrstvou a poté překryt vrstvou.Tato struktura může zajistit vysoce kvalitní izolační efekt obvodu a zároveň zachovat šíření signálu v materiálu obvodu (spíše než v okolním vzduchu).Elektromagnetická vlna se vždy šíří materiálem obvodu.Obvod páskového vedení lze simulovat podle vlastností materiálu obvodu bez uvažování vlivu elektromagnetických vln ve vzduchu.Obvodový vodič obklopený médiem je však zranitelný vůči změnám v technologii zpracování a problémy s napájením signálu znesnadňují páskové vedení, aby se vyrovnalo, zejména za podmínek menší velikosti konektoru při frekvenci milimetrových vln.Proto, kromě některých obvodů používaných v automobilových radarech, se páskové linky obvykle nepoužívají v obvodech s milimetrovými vlnami.
Obrázek 2 Návrh a simulace vodiče obvodu GCPW je obdélníkový (obrázek nahoře), ale vodič je zpracován do lichoběžníku (obrázek dole), což bude mít různé vlivy na frekvenci milimetrových vln.
U mnoha nově vznikajících aplikací obvodů s milimetrovými vlnami, které jsou citlivé na fázovou odezvu signálu (jako je automobilový radar), by měly být příčiny fázové nekonzistence minimalizovány.Obvod GCPW s frekvencí milimetrových vln je citlivý na změny materiálů a technologie zpracování, včetně změn hodnoty Dk materiálu a tloušťky substrátu.Za druhé, výkon obvodu může být ovlivněn tloušťkou měděného vodiče a drsností povrchu měděné fólie.Proto by tloušťka měděného vodiče měla být udržována v přísné toleranci a drsnost povrchu měděné fólie by měla být minimalizována.Za třetí, volba povrchového povlaku na obvodu GCPW může také ovlivnit výkon obvodu s milimetrovou vlnou.Například obvod využívající chemické niklové zlato má větší ztráty niklu než měď a poniklovaná povrchová vrstva zvýší ztrátu GCPW nebo mikropáskového vedení (obrázek 3).Konečně, vzhledem k malé vlnové délce, způsobí změna tloušťky povlaku také změnu fázové odezvy a vliv GCPW je větší než vliv mikropáskového vedení.
Obrázek 3 Mikropáskové vedení a obvod GCPW znázorněné na obrázku používají stejný materiál obvodu (Rogersův laminát RO4003C™ o tloušťce 8 mil), vliv ENIG na obvod GCPW je mnohem větší než na mikropáskové vedení při frekvenci milimetrových vln.
Čas odeslání: říjen-05-2022
