De signaalfrequentie bij toepassing van autoradar varieert tussen 30 en 300 GHz, zelfs zo laag als 24 GHz.Met behulp van verschillende circuitfuncties worden deze signalen verzonden via verschillende transmissielijntechnologieën zoals microstriplijnen, striplijnen, Substraat geïntegreerde golfgeleider (SIW) en geaarde coplanaire golfgeleider (GCPW).Deze transmissielijntechnologieën (fig. 1) worden meestal gebruikt bij microgolffrequenties en soms bij millimetergolffrequenties.Circuitlaminaatmaterialen die speciaal voor deze hoogfrequente toestand worden gebruikt, zijn vereist.Microstrip-lijn, als de eenvoudigste en meest gebruikte transmissielijncircuittechnologie, kan een hoge circuitkwalificatiegraad bereiken door conventionele circuitverwerkingstechnologie te gebruiken.Maar wanneer de frequentie wordt verhoogd tot de millimetergolffrequentie, is dit misschien niet de beste circuittransmissielijn.Elke transmissielijn heeft zijn eigen voor- en nadelen.Hoewel de microstriplijn bijvoorbeeld gemakkelijk te verwerken is, moet deze het probleem van een hoog stralingsverlies oplossen bij gebruik op de millimetergolffrequentie.
Afbeelding 1 Bij de overgang naar millimetergolffrequentie moeten ontwerpers van microgolfcircuits voor de keuze staan uit ten minste vier transmissielijntechnologieën op microgolffrequentie
Hoewel de open structuur van de microstriplijn handig is voor fysieke verbinding, zal het ook problemen veroorzaken bij hogere frequenties.In de microstrip-transmissielijn planten elektromagnetische (EM) golven zich voort door de geleider van het circuitmateriaal en het diëlektrische substraat, maar sommige elektromagnetische golven planten zich voort door de omringende lucht.Vanwege de lage Dk-waarde van lucht is de effectieve Dk-waarde van het circuit lager dan die van het circuitmateriaal, waarmee rekening moet worden gehouden bij circuitsimulatie.Vergeleken met lage Dk hebben circuits gemaakt van hoge Dk-materialen de neiging om de overdracht van elektromagnetische golven te belemmeren en de voortplantingssnelheid te verminderen.Daarom worden circuitmaterialen met een lage Dk meestal gebruikt in millimetergolfcircuits.
Omdat er een zekere mate van elektromagnetische energie in de lucht is, zal het microstriplijncircuit naar buiten de lucht in stralen, vergelijkbaar met een antenne.Dit veroorzaakt onnodig stralingsverlies voor het microstriplijncircuit, en het verlies zal toenemen met de toename van de frequentie, wat ook uitdagingen met zich meebrengt voor de circuitontwerpers die de microstriplijn bestuderen om het stralingsverlies van het circuit te beperken.Om het stralingsverlies te verminderen, kunnen microstriplijnen worden vervaardigd met circuitmaterialen met hogere Dk-waarden.De toename van Dk zal echter de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven vertragen (ten opzichte van de lucht), waardoor de signaalfaseverschuiving optreedt.Een andere methode is om het stralingsverlies te verminderen door dunnere circuitmaterialen te gebruiken om microstriplijnen te verwerken.In vergelijking met dikkere circuitmaterialen zijn dunnere circuitmaterialen echter gevoeliger voor de invloed van oppervlakteruwheid van koperfolie, wat ook een bepaalde signaalfaseverschuiving zal veroorzaken.
Hoewel de configuratie van het microstrip-lijncircuit eenvoudig is, heeft het microstrip-lijncircuit in de millimetergolfband nauwkeurige tolerantiecontrole nodig.Bijvoorbeeld, de geleiderbreedte die strikt moet worden gecontroleerd, en hoe hoger de frequentie, hoe strenger de tolerantie zal zijn.Daarom is de microstriplijn in de millimetergolffrequentieband erg gevoelig voor de verandering van de verwerkingstechnologie, evenals de dikte van het diëlektrische materiaal en koper in het materiaal, en zijn de tolerantie-eisen voor de vereiste circuitgrootte zeer strikt.
Stripline is een betrouwbare circuittransmissielijntechnologie, die een goede rol kan spelen in de millimetergolffrequentie.In vergelijking met de microstriplijn is de striplijngeleider omgeven door het medium, dus het is niet eenvoudig om de connector of andere invoer-/uitvoerpoorten aan te sluiten op de striplijn voor signaaloverdracht.De striplijn kan worden beschouwd als een soort platte coaxiale kabel, waarbij de geleider wordt omhuld door een diëlektrische laag en vervolgens wordt bedekt door een laag.Deze structuur kan een hoogwaardig circuitisolatie-effect bieden, terwijl de signaalvoortplanting in het circuitmateriaal blijft (in plaats van in de omringende lucht).De elektromagnetische golf plant zich altijd voort door het circuitmateriaal.Het striplijncircuit kan worden gesimuleerd volgens de kenmerken van het circuitmateriaal, zonder rekening te houden met de invloed van elektromagnetische golven in de lucht.De circuitgeleider omgeven door het medium is echter kwetsbaar voor veranderingen in de verwerkingstechnologie, en de uitdagingen van de signaaltoevoer maken het moeilijk voor de striplijn om het hoofd te bieden, vooral onder de voorwaarde van kleinere connectorafmetingen bij millimetergolffrequentie.Daarom worden striplijnen, met uitzondering van enkele circuits die worden gebruikt in autoradars, meestal niet gebruikt in millimetergolfcircuits.
Omdat er een zekere mate van elektromagnetische energie in de lucht is, zal het microstriplijncircuit naar buiten de lucht in stralen, vergelijkbaar met een antenne.Dit veroorzaakt onnodig stralingsverlies voor het microstriplijncircuit, en het verlies zal toenemen met de toename van de frequentie, wat ook uitdagingen met zich meebrengt voor de circuitontwerpers die de microstriplijn bestuderen om het stralingsverlies van het circuit te beperken.Om het stralingsverlies te verminderen, kunnen microstriplijnen worden vervaardigd met circuitmaterialen met hogere Dk-waarden.De toename van Dk zal echter de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven vertragen (ten opzichte van de lucht), waardoor de signaalfaseverschuiving optreedt.Een andere methode is om het stralingsverlies te verminderen door dunnere circuitmaterialen te gebruiken om microstriplijnen te verwerken.In vergelijking met dikkere circuitmaterialen zijn dunnere circuitmaterialen echter gevoeliger voor de invloed van oppervlakteruwheid van koperfolie, wat ook een bepaalde signaalfaseverschuiving zal veroorzaken.
Hoewel de configuratie van het microstrip-lijncircuit eenvoudig is, heeft het microstrip-lijncircuit in de millimetergolfband nauwkeurige tolerantiecontrole nodig.Bijvoorbeeld, de geleiderbreedte die strikt moet worden gecontroleerd, en hoe hoger de frequentie, hoe strenger de tolerantie zal zijn.Daarom is de microstriplijn in de millimetergolffrequentieband erg gevoelig voor de verandering van de verwerkingstechnologie, evenals de dikte van het diëlektrische materiaal en koper in het materiaal, en zijn de tolerantie-eisen voor de vereiste circuitgrootte zeer strikt.
Stripline is een betrouwbare circuittransmissielijntechnologie, die een goede rol kan spelen in de millimetergolffrequentie.In vergelijking met de microstriplijn is de striplijngeleider omgeven door het medium, dus het is niet eenvoudig om de connector of andere invoer-/uitvoerpoorten aan te sluiten op de striplijn voor signaaloverdracht.De striplijn kan worden beschouwd als een soort platte coaxiale kabel, waarbij de geleider wordt omhuld door een diëlektrische laag en vervolgens wordt bedekt door een laag.Deze structuur kan een hoogwaardig circuitisolatie-effect bieden, terwijl de signaalvoortplanting in het circuitmateriaal blijft (in plaats van in de omringende lucht).De elektromagnetische golf plant zich altijd voort door het circuitmateriaal.Het striplijncircuit kan worden gesimuleerd volgens de kenmerken van het circuitmateriaal, zonder rekening te houden met de invloed van elektromagnetische golven in de lucht.De circuitgeleider omgeven door het medium is echter kwetsbaar voor veranderingen in de verwerkingstechnologie, en de uitdagingen van de signaaltoevoer maken het moeilijk voor de striplijn om het hoofd te bieden, vooral onder de voorwaarde van kleinere connectorafmetingen bij millimetergolffrequentie.Daarom worden striplijnen, met uitzondering van enkele circuits die worden gebruikt in autoradars, meestal niet gebruikt in millimetergolfcircuits.
Figuur 2 Het ontwerp en de simulatie van de GCPW-circuitgeleider is rechthoekig (afbeelding hierboven), maar de geleider is verwerkt tot een trapezium (afbeelding hieronder), wat verschillende effecten zal hebben op de millimetergolffrequentie.
Voor veel opkomende toepassingen van millimetergolfcircuits die gevoelig zijn voor signaalfaserespons (zoals autoradar), moeten de oorzaken van fase-inconsistentie worden geminimaliseerd.Het GCPW-circuit met millimetergolffrequentie is kwetsbaar voor veranderingen in materialen en verwerkingstechnologie, inclusief veranderingen in materiaal Dk-waarde en substraatdikte.Ten tweede kunnen de circuitprestaties worden beïnvloed door de dikte van de koperen geleider en de oppervlakteruwheid van koperfolie.Daarom moet de dikte van de koperen geleider binnen een strikte tolerantie worden gehouden en moet de oppervlakteruwheid van koperfolie worden geminimaliseerd.Ten derde kan de keuze van de oppervlaktecoating op het GCPW-circuit ook van invloed zijn op de millimetergolfprestaties van het circuit.Het circuit dat chemisch nikkel-goud gebruikt, heeft bijvoorbeeld meer nikkelverlies dan koper, en de vernikkelde oppervlaktelaag zal het verlies van GCPW of microstriplijn vergroten (Afbeelding 3).Ten slotte zal de verandering van de laagdikte, vanwege de kleine golflengte, ook de verandering van de faserespons veroorzaken en is de invloed van GCPW groter dan die van de microstriplijn.
Figuur 3 De microstriplijn en het GCPW-circuit in de afbeelding gebruiken hetzelfde circuitmateriaal (Rogers' 8 mil dik RO4003C™-laminaat), de invloed van ENIG op het GCPW-circuit is veel groter dan die op de microstriplijn bij millimetergolffrequentie.
Posttijd: 05-okt-2022
