Частота сигналу при застосуванні автомобільних радарів коливається від 30 до 300 ГГц, навіть до 24 ГГц.За допомогою різних функцій схеми ці сигнали передаються через різні технології ліній передачі, такі як мікросмужкові лінії, смугові лінії, інтегрований хвилевід підкладки (SIW) і заземлений копланарний хвилевід (GCPW).Ці технології ліній передачі (рис. 1) зазвичай використовуються на мікрохвильових частотах, а іноді і на міліметрових частотах.Потрібні ламіновані матеріали для ланцюгів, які спеціально використовуються для таких умов високої частоти.Мікросмужкова лінія, як найпростіша та найбільш часто використовувана технологія схеми лінії передачі, може досягти високого рівня кваліфікації схеми за допомогою традиційної технології обробки схеми.Але коли частота підвищується до міліметрової хвилі, це може бути не найкраща лінія передачі.Кожна лінія електропередач має свої переваги та недоліки.Наприклад, хоча мікросмужкова лінія проста в обробці, вона повинна вирішити проблему великих втрат випромінювання при використанні на частоті міліметрової хвилі.
Малюнок 1. При переході на міліметрову частоту розробники мікрохвильових схем повинні зіткнутися з вибором принаймні чотирьох технологій ліній передачі на мікрохвильовій частоті
Незважаючи на те, що відкрита структура мікросмужкової лінії зручна для фізичного підключення, вона також викличе деякі проблеми на вищих частотах.У мікросмужковій лінії передачі електромагнітні (ЕМ) хвилі поширюються через провідник із матеріалу схеми та діелектричну підкладку, але деякі електромагнітні хвилі поширюються через навколишнє повітря.Через низьке значення Dk повітря ефективне значення Dk контуру нижче, ніж значення матеріалу контуру, що необхідно враховувати при моделюванні контуру.Порівняно з низьким Dk, схеми, виготовлені з матеріалів з високим Dk, мають тенденцію перешкоджати передачі електромагнітних хвиль і зменшувати швидкість розповсюдження.Тому в схемах міліметрового діапазону зазвичай використовуються матеріали з низьким Dk.
Оскільки в повітрі є певний рівень електромагнітної енергії, мікросмужкова лінія випромінює назовні в повітря, подібно до антени.Це призведе до непотрібних втрат випромінювання в ланцюзі мікросмужкової лінії, і втрати збільшаться зі збільшенням частоти, що також створює проблеми для розробників схем, які вивчають мікросмужкову лінію для обмеження втрат випромінювання в схемі.Щоб зменшити втрати випромінювання, мікросмужкові лінії можуть бути виготовлені з матеріалів схеми з більш високими значеннями Dk.Однак збільшення Dk сповільнить швидкість поширення електромагнітної хвилі (відносно повітря), що спричинить зсув фази сигналу.Інший метод полягає в зменшенні втрат випромінювання шляхом використання більш тонких матеріалів схеми для обробки мікросмужкових ліній.Однак, порівняно з більш товстими матеріалами схеми, тонші матеріали схеми більш чутливі до впливу шорсткості поверхні мідної фольги, що також спричинить певний зсув фази сигналу.
Хоча конфігурація схеми мікросмужкової лінії проста, схема мікросмужкової лінії в міліметровому діапазоні хвиль потребує точного контролю допуску.Наприклад, необхідно суворо контролювати ширину провідника, і чим вище частота, тим суворішим буде допуск.Тому мікросмужкова лінія в діапазоні частот міліметрового діапазону дуже чутлива до зміни технології обробки, а також товщини діелектричного матеріалу та міді в матеріалі, а вимоги допуску для необхідного розміру схеми дуже суворі.
Полоскова лінія - це надійна технологія лінії передачі, яка може відігравати добру роль у частоті міліметрових хвиль.Однак, порівняно з мікросмужковою лінією, смужковий провідник оточений середовищем, тому підключити з’єднувач або інші вхідні/вихідні порти до смужкової лінії для передачі сигналу непросто.Смужкову лінію можна розглядати як різновид плоского коаксіального кабелю, в якому провідник обгорнутий шаром діелектрика, а потім покритий шаром.Ця структура може забезпечити високоякісний ефект ізоляції схеми, зберігаючи при цьому поширення сигналу в матеріалі схеми (а не в навколишньому повітрі).Електромагнітна хвиля завжди поширюється через матеріал схеми.Смужкова схема може бути змодельована відповідно до характеристик матеріалу схеми, без урахування впливу електромагнітних хвиль у повітрі.Проте провідник кола, оточений середовищем, вразливий до змін у технології обробки, а виклики подачі сигналу ускладнюють роботу смужкової лінії, особливо за умови меншого розміру роз’єму на міліметровій частоті.Тому, за винятком деяких схем, що використовуються в автомобільних радарах, смугові лінії зазвичай не використовуються в схемах міліметрового діапазону.
Оскільки в повітрі є певний рівень електромагнітної енергії, мікросмужкова лінія випромінює назовні в повітря, подібно до антени.Це призведе до непотрібних втрат випромінювання в ланцюзі мікросмужкової лінії, і втрати збільшаться зі збільшенням частоти, що також створює проблеми для розробників схем, які вивчають мікросмужкову лінію для обмеження втрат випромінювання в схемі.Щоб зменшити втрати випромінювання, мікросмужкові лінії можуть бути виготовлені з матеріалів схеми з більш високими значеннями Dk.Однак збільшення Dk сповільнить швидкість поширення електромагнітної хвилі (відносно повітря), що спричинить зсув фази сигналу.Інший метод полягає в зменшенні втрат випромінювання шляхом використання більш тонких матеріалів схеми для обробки мікросмужкових ліній.Однак, порівняно з більш товстими матеріалами схеми, тонші матеріали схеми більш чутливі до впливу шорсткості поверхні мідної фольги, що також спричинить певний зсув фази сигналу.
Хоча конфігурація схеми мікросмужкової лінії проста, схема мікросмужкової лінії в міліметровому діапазоні хвиль потребує точного контролю допуску.Наприклад, необхідно суворо контролювати ширину провідника, і чим вище частота, тим суворішим буде допуск.Тому мікросмужкова лінія в діапазоні частот міліметрового діапазону дуже чутлива до зміни технології обробки, а також товщини діелектричного матеріалу та міді в матеріалі, а вимоги допуску для необхідного розміру схеми дуже суворі.
Полоскова лінія - це надійна технологія лінії передачі, яка може відігравати добру роль у частоті міліметрових хвиль.Однак, порівняно з мікросмужковою лінією, смужковий провідник оточений середовищем, тому підключити з’єднувач або інші вхідні/вихідні порти до смужкової лінії для передачі сигналу непросто.Смужкову лінію можна розглядати як різновид плоского коаксіального кабелю, в якому провідник обгорнутий шаром діелектрика, а потім покритий шаром.Ця структура може забезпечити високоякісний ефект ізоляції схеми, зберігаючи при цьому поширення сигналу в матеріалі схеми (а не в навколишньому повітрі).Електромагнітна хвиля завжди поширюється через матеріал схеми.Смужкова схема може бути змодельована відповідно до характеристик матеріалу схеми, без урахування впливу електромагнітних хвиль у повітрі.Проте провідник кола, оточений середовищем, вразливий до змін у технології обробки, а виклики подачі сигналу ускладнюють роботу смужкової лінії, особливо за умови меншого розміру роз’єму на міліметровій частоті.Тому, за винятком деяких схем, що використовуються в автомобільних радарах, смугові лінії зазвичай не використовуються в схемах міліметрового діапазону.
Рисунок 2 Конструкція та імітація провідника кола GCPW має форму прямокутника (малюнок вище), але провідник перетворений у форму трапеції (малюнок нижче), що матиме різний вплив на частоту міліметрової хвилі.
Для багатьох нових застосувань схем міліметрового діапазону, які чутливі до фазової характеристики сигналу (наприклад, автомобільний радар), причини неузгодженості фаз слід звести до мінімуму.Схема GCPW частоти міліметрової хвилі вразлива до змін у матеріалах і технології обробки, включаючи зміни значення Dk матеріалу та товщини підкладки.По-друге, на роботу схеми може вплинути товщина мідного провідника та шорсткість поверхні мідної фольги.Тому товщина мідного провідника повинна бути в межах суворого допуску, а шорсткість поверхні мідної фольги повинна бути зведена до мінімуму.По-третє, вибір покриття поверхні схеми GCPW також може вплинути на характеристику міліметрової хвилі схеми.Наприклад, схема з використанням хімічного нікелевого золота має більше втрат нікелю, ніж міді, а нікельований поверхневий шар збільшить втрати GCPW або мікросмужкової лінії (рис. 3).Нарешті, через малу довжину хвилі зміна товщини покриття також спричинить зміну фазового відгуку, і вплив GCPW є більшим, ніж вплив мікросмужкової лінії.
Малюнок 3 Мікросмужкова лінія та схема GCPW, показані на малюнку, використовують той самий матеріал схеми (ламінат RO4003C™ Роджерса товщиною 8 mil), вплив ENIG на схему GCPW набагато більший, ніж на мікросмужкову лінію на частоті міліметрових хвиль.
Час публікації: 05 жовтня 2022 р
