為77GHz汽車雷達尋找合適的線路板材料(第二部分)

發布日期:2018-11-12 瀏覽次數:0 我要評論(0) 字號:

汽車電子安全系統的工作頻率越來越高,而77 GHz的汽車雷達傳感器的安全系統的使用,有朝一日終將使城市交通更加安全。正如在上一篇ROG博客中所介紹的那樣,77 GHz的毫米波頻段“車載雷達”已經被設計和制造。用于毫米波頻率(30 GHz至300GHz)的電路材料面臨著特殊的要求,這些要求通常不同于30GHz及以下微波頻率的電路。然而,根據毫米波電路設計人員的實踐和經驗表明,一些電路的材料參數可以與毫米波電路中的高性能緊密相關,且一些電路材料,如Rogers公司的RO3003™電路板,具有毫米波電路所需的材料參數,可在77 GHz及更高頻率下表現出卓越的性能。

正如前面的博客所介紹的,用于在毫米波頻率和77GHz下實現低損耗電路的六個關鍵線路板材料的特性是:

  • Dk 公差
  • 電路材料Df
  • 銅箔導體表面粗糙度
  • Dk與Df的熱穩定系數
  • 吸水性
  • 玻璃編織效應

當作為77GHz汽車雷達PCB天線和其它毫米波電路應用的線路板材料分類選擇指南時,這六種材料性能很大程度上表明RO3003™電路板非常適合于低損耗電路。實際上,正是由于其特性非常適合毫米波電路的特殊需要,RO3003™電路板被廣泛應用于毫米波電路中。它可以提供不同類型的銅箔,例如電解(ED)銅以及更光滑(且損耗更小)的壓延銅,允許設計人員精確指定其電路板的特性,以滿足毫米波電路應用最苛刻的要求。

材料的六個關鍵屬性

這六個關鍵的材料參數與77 GHz和其它毫米波頻率下的電氣性能有著什么樣的關系?在毫米波頻率下,信號波長更短,線路板材料具有嚴格控制的介電常數Dk值比僅僅只選用具有低Dk的材料更為重要。一方面,嚴格控制的Dk可實現更一致的性能; 另一方面,Dk(ΔDk)的變化將導致77GHz下的相位角不一致,這會導致該頻率下的雷達傳感器性能變差。

從電路中提取的電路材料的Dk(或稱為的設計Dk),其Dk值受材料Dk公差的影響,也受其它各種線路板材料特性的影響,包括銅箔導體表面粗糙度的變化。應最大限度地減少可能影響77 GHz下電路的性能的設計Dk的變化,包括控制設計Dk的變化以及其他影響設計Dk變化的其它電路特性。確定設計Dk變化程度的最佳方法是對來自不同生產批次的多個樣品的基準電路進行準確和可重復的測量。

同樣,線路板材料的損耗因子(Df)必須嚴格控制,才能在77 GHz下實現可重復的、低損耗的電路性能。選擇低Df的線路板材料是一個值得關注的目標,但在毫米波頻率下保持穩定的Df隨頻率的變化特性同樣重要的。Df的變化是設計Dk變化的另一個影響因素,它使得在毫米波頻率的小波長信號下很難保持相位和頻率的穩定性。
 
在77 GHz頻率下,線路板材料銅箔導體的表面粗糙度對導體損耗有顯著的影響,銅箔越平滑損耗越小。盡管電解銅(ED)是廣泛用于毫米波頻率電路的銅箔導體類型,但由于其粗糙度,其表現出比壓延銅更高的損耗。在評估77 GHz和毫米波頻率下的線路板材料特性時,不能忽略剝離強度(包括初始和加熱后),因為銅層和介質層的粘附性會影響電路的射頻性能。與許多材料參數一樣,在電氣性能和剝離強度之間可以進行權衡,來選取的ED銅和壓延銅箔。不過,盡管存在預期的權衡,但當使用RO3003™線路板材料時,壓延銅具有良好的剝離強度,同時在77 GHz時也能提供非常低的損耗特性。

由于毫米波下需要如此精細的電路特性,線路板材料受溫度變化的影響也會導致其在77GHz和其他毫米波段下的性能出現變化。當線路板材料暴露在較寬的溫度變化范圍內,Dk 的熱穩定系數(TCDk)和Df 的熱穩定系數(TCDf)的過度變化將等同于Dk和Df的變化。通過選擇相對嚴格控制TCDk和TCDf的線路板材料,可以最小化這些溫度效應。 通常,TCDk為| 50 | ppm /℃或更低的線路板材料被認為是性能良好的穩定特性。以一個真實的材料為例,RO3003™電路板測得的TCDk為3 ppm/°C。

低吸濕性對于大多數高頻線路板材料來說是目標之一。對于在毫米波頻段下使用的電路材料,即使是一個微小的差異也會影響其性能。如果電路材料存在過度吸濕的問題,那么它的損耗會增加,Dk也會隨著水分的變化而增加。電路在理想工作條件下的性能可能能被接受,而在實際應用中則可能達不到要求,例如在高濕度的工作條件下,特別是在波長較短的毫米波頻率下。

最后,在77GHz和其他毫米波電路中需要考慮的六個電路材料參數中,眾所周知,“玻璃編織效應”的也會導致電路Dk的變化。在許多電路材料中都使用了玻璃布來增強和加固材料。當這樣做時,它也導致了整個材料的纖維圖案中有些部分比其他部分含有更多的玻璃纖維,這就導致了Dk的變化。玻璃增強材料的使用增加電路材料的機械性能,但在高頻電路中也會影響材料的電性能。理想情況下,更高頻率下選擇的材料不需要含有玻璃布或玻璃纖維。

選擇滿足需求的材料

羅杰斯RO3003™線路板材料已經證實,可以很好地滿足77 GHz和其它毫米波電路的這六個關鍵材料要求。RO3003™層壓板是一種損耗極低的材料,典型的Df在10 GHz時為0。0010,嚴格控制的Dk容差為±0。04。許多毫米波電路設計工程師都選擇5mil厚的ED銅或更平滑(損耗更低)壓延銅的RO3003™線路板作為電路材料。它還具有低于0。04%的低吸濕性,且TCDk非常低,典型值為-3 ppm /°C。 

由于RO3003™線路板材料對高頻電路六個關鍵要求均得到了體現,因此它已成為77 GHz和其它毫米波電路設計工程師線路板材料的普遍選擇。此外,RO3003™電路板不使用或不需要使用玻璃布加固,因此它不存在玻璃編織問題。它是一種耐用的,低損耗的線路板材料,適用于隨著頻率變高而需要保持信號功率的電路,尤其適用于專注于提高安全性的77GHz汽車雷達系統!

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