Frekvencija signala u primjeni automobilskog radara varira između 30 i 300 GHz, čak i do 24 GHz.Uz pomoć različitih funkcija strujnog kruga, ti se signali prenose kroz različite tehnologije prijenosnih linija kao što su mikrotrakasti vodovi, trakasti vodovi, supstratni integrirani valovod (SIW) i uzemljeni koplanarni valovod (GCPW).Te tehnologije prijenosnih linija (slika 1) obično se koriste na frekvencijama mikrovalova, a ponekad i na frekvencijama milimetarskih valova.Potrebni su laminatni materijali strujnog kruga koji se posebno koriste za ove uvjete visoke frekvencije.Mikrotrakasta linija, kao najjednostavnija i najčešće korištena tehnologija sklopa prijenosnog voda, može postići visoku stopu kvalifikacije sklopa korištenjem konvencionalne tehnologije obrade sklopa.Ali kada se frekvencija podigne na frekvenciju milimetarskog vala, to možda neće biti najbolji prijenosni vod.Svaki dalekovod ima svoje prednosti i nedostatke.Na primjer, iako je mikrotrakasta linija jednostavna za obradu, ona mora riješiti problem velikog gubitka zračenja kada se koristi na frekvenciji milimetarskog vala.
Slika 1. Prilikom prelaska na frekvenciju milimetarskog vala, dizajneri mikrovalnih krugova moraju se suočiti s izborom najmanje četiri tehnologije prijenosnih linija na mikrovalnoj frekvenciji
Iako je otvorena struktura mikrotrakastog voda pogodna za fizičko spajanje, također će uzrokovati probleme na višim frekvencijama.U mikrotrakastom prijenosnom vodu, elektromagnetski (EM) valovi se šire kroz vodič od materijala kruga i dielektričnu podlogu, ali neki elektromagnetski valovi se šire kroz okolni zrak.Zbog niske Dk vrijednosti zraka, efektivna Dk vrijednost kruga niža je od one materijala kruga, što se mora uzeti u obzir u simulaciji kruga.U usporedbi s niskim Dk, krugovi izrađeni od materijala s visokim Dk imaju tendenciju ometati prijenos elektromagnetskih valova i smanjiti brzinu širenja.Stoga se u strujnim krugovima milimetarskih valova obično koriste niski Dk materijali.
Budući da u zraku postoji određeni stupanj elektromagnetske energije, krug mikrotrakaste linije će zračiti prema van u zrak, slično anteni.To će uzrokovati nepotreban gubitak zračenja u krugu mikrotrakaste linije, a gubitak će se povećati s povećanjem frekvencije, što također donosi izazove dizajnerima sklopova koji proučavaju mikrotrakastu liniju kako bi ograničili gubitak zračenja u krugu.Kako bi se smanjio gubitak zračenja, mikrotrakasti vodovi mogu se proizvesti od materijala sklopa s višim Dk vrijednostima.Međutim, povećanje Dk će usporiti brzinu širenja elektromagnetskog vala (u odnosu na zrak), uzrokujući fazni pomak signala.Druga metoda je smanjenje gubitaka zračenja korištenjem tanjih materijala sklopa za obradu mikrotrakastih linija.Međutim, u usporedbi s debljim materijalima strujnog kruga, tanji materijali sklopa su osjetljiviji na utjecaj hrapavosti površine bakrene folije, što će također uzrokovati određeni fazni pomak signala.
Iako je konfiguracija mikrotrakastog linijskog kruga jednostavna, mikrotrakasti linijski krug u milimetarskom valnom pojasu treba preciznu kontrolu tolerancije.Na primjer, širinu vodiča treba strogo kontrolirati, a što je veća frekvencija, to će tolerancija biti stroža.Stoga je mikrotrakasta linija u frekvencijskom pojasu milimetarskih valova vrlo osjetljiva na promjenu tehnologije obrade, kao i debljine dielektričnog materijala i bakra u materijalu, a zahtjevi tolerancije za potrebnu veličinu kruga su vrlo strogi.
Trakasti kabel je pouzdana tehnologija prijenosnih linija, koja može igrati dobru ulogu u frekvenciji milimetarskog vala.Međutim, u usporedbi s mikrotrakastim vodom, trakasti vodič je okružen medijem, tako da nije lako spojiti konektor ili druge ulazno/izlazne priključke na trakasti kabel za prijenos signala.Trakasti kabel se može smatrati vrstom ravnog koaksijalnog kabela u kojem je vodič omotan dielektričnim slojem, a zatim prekriven slojem.Ova struktura može pružiti visokokvalitetni učinak izolacije strujnog kruga, zadržavajući širenje signala u materijalu kruga (umjesto u okolnom zraku).Elektromagnetski val se uvijek širi kroz materijal kruga.Trakasti krug može se simulirati prema karakteristikama materijala kruga, bez razmatranja utjecaja elektromagnetskih valova u zraku.Međutim, vodič kruga okružen medijem osjetljiv je na promjene u tehnologiji obrade, a izazovi dovoda signala otežavaju trakasti kabel da se nosi s tim, osobito pod uvjetom manje veličine konektora na milimetarskoj valnoj frekvenciji.Stoga, osim za neke krugove koji se koriste u automobilskim radarima, trakasti vodovi se obično ne koriste u krugovima milimetarskih valova.
Budući da u zraku postoji određeni stupanj elektromagnetske energije, krug mikrotrakaste linije će zračiti prema van u zrak, slično anteni.To će uzrokovati nepotreban gubitak zračenja u krugu mikrotrakaste linije, a gubitak će se povećati s povećanjem frekvencije, što također donosi izazove dizajnerima sklopova koji proučavaju mikrotrakastu liniju kako bi ograničili gubitak zračenja u krugu.Kako bi se smanjio gubitak zračenja, mikrotrakasti vodovi mogu se proizvesti od materijala sklopa s višim Dk vrijednostima.Međutim, povećanje Dk će usporiti brzinu širenja elektromagnetskog vala (u odnosu na zrak), uzrokujući fazni pomak signala.Druga metoda je smanjenje gubitaka zračenja korištenjem tanjih materijala sklopa za obradu mikrotrakastih linija.Međutim, u usporedbi s debljim materijalima strujnog kruga, tanji materijali sklopa su osjetljiviji na utjecaj hrapavosti površine bakrene folije, što će također uzrokovati određeni fazni pomak signala.
Iako je konfiguracija mikrotrakastog linijskog kruga jednostavna, mikrotrakasti linijski krug u milimetarskom valnom pojasu treba preciznu kontrolu tolerancije.Na primjer, širinu vodiča treba strogo kontrolirati, a što je veća frekvencija, to će tolerancija biti stroža.Stoga je mikrotrakasta linija u frekvencijskom pojasu milimetarskih valova vrlo osjetljiva na promjenu tehnologije obrade, kao i debljine dielektričnog materijala i bakra u materijalu, a zahtjevi tolerancije za potrebnu veličinu kruga su vrlo strogi.
Trakasti kabel je pouzdana tehnologija prijenosnih linija, koja može igrati dobru ulogu u frekvenciji milimetarskog vala.Međutim, u usporedbi s mikrotrakastim vodom, trakasti vodič je okružen medijem, tako da nije lako spojiti konektor ili druge ulazno/izlazne priključke na trakasti kabel za prijenos signala.Trakasti kabel se može smatrati vrstom ravnog koaksijalnog kabela u kojem je vodič omotan dielektričnim slojem, a zatim prekriven slojem.Ova struktura može pružiti visokokvalitetni učinak izolacije strujnog kruga, zadržavajući širenje signala u materijalu kruga (umjesto u okolnom zraku).Elektromagnetski val se uvijek širi kroz materijal kruga.Trakasti krug može se simulirati prema karakteristikama materijala kruga, bez razmatranja utjecaja elektromagnetskih valova u zraku.Međutim, vodič kruga okružen medijem osjetljiv je na promjene u tehnologiji obrade, a izazovi dovoda signala otežavaju trakasti kabel da se nosi s tim, osobito pod uvjetom manje veličine konektora na milimetarskoj valnoj frekvenciji.Stoga, osim za neke krugove koji se koriste u automobilskim radarima, trakasti vodovi se obično ne koriste u krugovima milimetarskih valova.
Slika 2. Dizajn i simulacija vodiča kruga GCPW je pravokutan (gornja slika), ali je vodič obrađen u trapezoid (donja slika), što će imati različite učinke na frekvenciju milimetarskog vala.
Za mnoge nove aplikacije sklopova milimetarskih valova koje su osjetljive na odziv faze signala (kao što je automobilski radar), uzroke nedosljednosti faza treba svesti na minimum.GCPW krug frekvencije milimetarskog vala osjetljiv je na promjene u materijalima i tehnologiji obrade, uključujući promjene u Dk vrijednosti materijala i debljini podloge.Drugo, na performanse kruga može utjecati debljina bakrenog vodiča i hrapavost površine bakrene folije.Stoga debljinu bakrenog vodiča treba držati unutar stroge tolerancije, a hrapavost površine bakrene folije treba svesti na minimum.Treće, izbor površinskog premaza na GCPW krugu također može utjecati na izvedbu milimetarskog vala kruga.Na primjer, strujni krug koji koristi kemijski nikal-zlato ima veći gubitak nikla nego bakar, a poniklani površinski sloj će povećati gubitak GCPW-a ili mikrotrakaste linije (Slika 3).Konačno, zbog male valne duljine, promjena debljine premaza također će uzrokovati promjenu faznog odziva, a utjecaj GCPW je veći od utjecaja mikrotrakaste linije.
Slika 3. Mikrotrakasta linija i GCPW krug prikazani na slici koriste isti materijal sklopa (Rogersov RO4003C™ laminat debljine 8 mil), utjecaj ENIG-a na GCPW krug daleko je veći nego na mikrotrakastu liniju na milimetarskoj valnoj frekvenciji.
Vrijeme objave: 5. listopada 2022
