Signalfrekvensen vid tillämpning av bilradar varierar mellan 30 och 300 GHz, till och med så lågt som 24 GHz.Med hjälp av olika kretsfunktioner sänds dessa signaler genom olika transmissionslinjeteknologier såsom mikrostrip-linjer, strip-linjer, substratintegrerad vågledare (SIW) och jordad coplanar waveguide (GCPW).Dessa transmissionslinjeteknologier (fig. 1) används vanligtvis vid mikrovågsfrekvenser och ibland vid millimetervågsfrekvenser.Kretslaminatmaterial som används speciellt för detta högfrekventa tillstånd krävs.Microstrip-linje, som den enklaste och mest använda transmissionslinjekretstekniken, kan uppnå hög kretskvalificeringsgrad genom att använda konventionell kretsbehandlingsteknik.Men när frekvensen höjs till millimetervågfrekvensen kanske det inte är den bästa kretsöverföringslinjen.Varje transmissionsledning har sina egna fördelar och nackdelar.Till exempel, även om mikrostriplinjen är lätt att bearbeta, måste den lösa problemet med hög strålningsförlust när den används vid millimetervågsfrekvensen.
Figur 1 Vid övergång till millimetervågsfrekvens måste mikrovågskretsdesigners ställas inför valet av minst fyra transmissionslinjeteknologier vid mikrovågsfrekvens
Även om den öppna strukturen för mikrostrip-linjen är bekväm för fysisk anslutning, kommer den också att orsaka vissa problem vid högre frekvenser.I mikrostriptransmissionslinjen utbreder sig elektromagnetiska (EM) vågor genom ledaren av kretsmaterialet och det dielektriska substratet, men vissa elektromagnetiska vågor utbreder sig genom den omgivande luften.På grund av luftens låga Dk-värde är kretsens effektiva Dk-värde lägre än kretsmaterialets, vilket måste beaktas vid kretssimulering.Jämfört med låg Dk tenderar kretsar gjorda av material med hög Dk att hindra överföringen av elektromagnetiska vågor och minska utbredningshastigheten.Därför används kretsmaterial med låg Dk vanligtvis i millimetervågskretsar.
Eftersom det finns en viss grad av elektromagnetisk energi i luften kommer mikrostrip-ledningskretsen att stråla utåt i luften, liknande en antenn.Detta kommer att orsaka onödig strålningsförlust till mikrostrip-ledningskretsen, och förlusten kommer att öka med frekvensökningen, vilket också medför utmaningar för kretsdesignerna som studerar mikrostrip-linjen för att begränsa kretsstrålningsförlusten.För att minska strålningsförlusten kan mikrostripledningar tillverkas med kretsmaterial med högre Dk-värden.Ökningen av Dk kommer dock att sakta ner den elektromagnetiska vågens utbredningshastighet (relativt luften), vilket orsakar signalens fasförskjutning.En annan metod är att minska strålningsförlusten genom att använda tunnare kretsmaterial för att bearbeta mikrostriplinjer.Men jämfört med tjockare kretsmaterial är tunnare kretsmaterial mer mottagliga för påverkan av kopparfoliens ytråhet, vilket också kommer att orsaka en viss signalfasförskjutning.
Även om konfigurationen av mikrostriplinjekretsen är enkel, behöver mikrostriplinjekretsen i millimetervågbandet exakt toleranskontroll.Till exempel, ledarbredden som måste kontrolleras strikt, och ju högre frekvens, desto strängare blir toleransen.Därför är mikrostriplinjen i millimetervågsfrekvensbandet mycket känslig för förändringen av bearbetningsteknik, såväl som tjockleken på det dielektriska materialet och koppar i materialet, och toleranskraven för den erforderliga kretsstorleken är mycket strikta.
Stripline är en pålitlig kretsöverföringslinjeteknik, som kan spela en bra roll i millimetervågfrekvensen.Jämfört med microstrip-linjen är dock stripline-ledaren omgiven av mediet, så det är inte lätt att ansluta kontakten eller andra in-/utgångsportar till stripline för signalöverföring.Striplinen kan betraktas som en slags platt koaxialkabel, i vilken ledaren lindas av ett dielektriskt skikt och sedan täcks av ett skikt.Denna struktur kan ge högkvalitativ kretsisoleringseffekt, samtidigt som signalutbredningen behålls i kretsmaterialet (snarare än i den omgivande luften).Den elektromagnetiska vågen fortplantar sig alltid genom kretsmaterialet.Stripline-kretsen kan simuleras enligt egenskaperna hos kretsmaterialet, utan att ta hänsyn till inverkan av elektromagnetiska vågor i luften.Kretsledaren som omges av mediet är dock sårbar för förändringar i processteknik, och utmaningarna med signalmatning gör det svårt för striplinen att klara sig, särskilt under villkoret av mindre anslutningsstorlek vid millimetervågsfrekvens.Därför, förutom vissa kretsar som används i bilradar, används striplines vanligtvis inte i millimetervågskretsar.
Eftersom det finns en viss grad av elektromagnetisk energi i luften kommer mikrostrip-ledningskretsen att stråla utåt i luften, liknande en antenn.Detta kommer att orsaka onödig strålningsförlust till mikrostrip-ledningskretsen, och förlusten kommer att öka med frekvensökningen, vilket också medför utmaningar för kretsdesignerna som studerar mikrostrip-linjen för att begränsa kretsstrålningsförlusten.För att minska strålningsförlusten kan mikrostripledningar tillverkas med kretsmaterial med högre Dk-värden.Ökningen av Dk kommer dock att sakta ner den elektromagnetiska vågens utbredningshastighet (relativt luften), vilket orsakar signalens fasförskjutning.En annan metod är att minska strålningsförlusten genom att använda tunnare kretsmaterial för att bearbeta mikrostriplinjer.Men jämfört med tjockare kretsmaterial är tunnare kretsmaterial mer mottagliga för påverkan av kopparfoliens ytråhet, vilket också kommer att orsaka en viss signalfasförskjutning.
Även om konfigurationen av mikrostriplinjekretsen är enkel, behöver mikrostriplinjekretsen i millimetervågbandet exakt toleranskontroll.Till exempel, ledarbredden som måste kontrolleras strikt, och ju högre frekvens, desto strängare blir toleransen.Därför är mikrostriplinjen i millimetervågsfrekvensbandet mycket känslig för förändringen av bearbetningsteknik, såväl som tjockleken på det dielektriska materialet och koppar i materialet, och toleranskraven för den erforderliga kretsstorleken är mycket strikta.
Stripline är en pålitlig kretsöverföringslinjeteknik, som kan spela en bra roll i millimetervågfrekvensen.Jämfört med microstrip-linjen är dock stripline-ledaren omgiven av mediet, så det är inte lätt att ansluta kontakten eller andra in-/utgångsportar till stripline för signalöverföring.Striplinen kan betraktas som en slags platt koaxialkabel, i vilken ledaren lindas av ett dielektriskt skikt och sedan täcks av ett skikt.Denna struktur kan ge högkvalitativ kretsisoleringseffekt, samtidigt som signalutbredningen behålls i kretsmaterialet (snarare än i den omgivande luften).Den elektromagnetiska vågen fortplantar sig alltid genom kretsmaterialet.Stripline-kretsen kan simuleras enligt egenskaperna hos kretsmaterialet, utan att ta hänsyn till inverkan av elektromagnetiska vågor i luften.Kretsledaren som omges av mediet är dock sårbar för förändringar i processteknik, och utmaningarna med signalmatning gör det svårt för striplinen att klara sig, särskilt under villkoret av mindre anslutningsstorlek vid millimetervågsfrekvens.Därför, förutom vissa kretsar som används i bilradar, används striplines vanligtvis inte i millimetervågskretsar.
Figur 2 Designen och simuleringen av GCPW-kretsledaren är rektangulär (ovan figur), men ledaren bearbetas till en trapets (nedan figuren), som kommer att ha olika effekter på millimetervågfrekvensen.
För många nya applikationer för millimetervågkretsar som är känsliga för signalfasrespons (som bilradar), bör orsakerna till fasinkonsekvens minimeras.Millimetervågfrekvensen GCPW-kretsen är känslig för förändringar i material och processteknik, inklusive förändringar i material Dk-värde och substrattjocklek.För det andra kan kretsens prestanda påverkas av kopparledarens tjocklek och kopparfoliens ytjämnhet.Därför bör tjockleken på kopparledaren hållas inom en strikt tolerans, och ytjämnheten på kopparfolien bör minimeras.För det tredje kan valet av ytbeläggning på GCPW-kretsen också påverka kretsens millimetervågprestanda.Till exempel har kretsen som använder kemiskt nickelguld mer nickelförlust än koppar, och det nickelpläterade ytskiktet kommer att öka förlusten av GCPW eller mikrostriplinje (Figur 3).Slutligen, på grund av den lilla våglängden, kommer förändringen av beläggningstjockleken också att orsaka förändring av fassvar, och påverkan av GCPW är större än mikrostriplinjen.
Figur 3 Mikrostripledningen och GCPW-kretsen som visas i figuren använder samma kretsmaterial (Rogers 8 mil tjocka RO4003C™-laminat), inverkan av ENIG på GCPW-kretsen är mycket större än på mikrostriplinjen vid millimetervågfrekvens.
Posttid: 2022-okt-05
