Η συχνότητα σήματος στην εφαρμογή ραντάρ αυτοκινήτου κυμαίνεται μεταξύ 30 και 300 GHz, ακόμη και στα 24 GHz.Με τη βοήθεια διαφορετικών λειτουργιών κυκλώματος, αυτά τα σήματα μεταδίδονται μέσω διαφορετικών τεχνολογιών γραμμής μετάδοσης, όπως γραμμές μικροταινιών, γραμμές ταινίας, ολοκληρωμένος κυματοδηγός υποστρώματος (SIW) και γειωμένος ομοεπίπεδος κυματοδηγός (GCPW).Αυτές οι τεχνολογίες γραμμών μεταφοράς (Εικ. 1) χρησιμοποιούνται συνήθως σε συχνότητες μικροκυμάτων και μερικές φορές σε συχνότητες κυμάτων χιλιοστών.Απαιτούνται υλικά πολυστρωματικού κυκλώματος που χρησιμοποιούνται ειδικά για αυτήν την κατάσταση υψηλής συχνότητας.Η γραμμή Microstrip, ως η απλούστερη και πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνολογία κυκλώματος γραμμής μεταφοράς, μπορεί να επιτύχει υψηλό ποσοστό πιστοποίησης κυκλώματος χρησιμοποιώντας συμβατική τεχνολογία επεξεργασίας κυκλώματος.Αλλά όταν η συχνότητα αυξάνεται στη συχνότητα κύματος χιλιοστού, μπορεί να μην είναι η καλύτερη γραμμή μετάδοσης κυκλώματος.Κάθε γραμμή μεταφοράς έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.Για παράδειγμα, αν και η γραμμή μικροταινιών είναι εύκολη στην επεξεργασία, πρέπει να λύσει το πρόβλημα της υψηλής απώλειας ακτινοβολίας όταν χρησιμοποιείται στη συχνότητα κύματος χιλιοστών.
Σχήμα 1 Κατά τη μετάβαση στη συχνότητα κύματος χιλιοστών, οι σχεδιαστές κυκλωμάτων μικροκυμάτων πρέπει να αντιμετωπίσουν την επιλογή τουλάχιστον τεσσάρων τεχνολογιών γραμμής μεταφοράς στη συχνότητα μικροκυμάτων
Αν και η ανοιχτή δομή της γραμμής microstrip είναι βολική για φυσική σύνδεση, θα προκαλέσει επίσης ορισμένα προβλήματα σε υψηλότερες συχνότητες.Στη γραμμή μεταφοράς μικροταινιών, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (EM) διαδίδονται μέσω του αγωγού του υλικού του κυκλώματος και του διηλεκτρικού υποστρώματος, αλλά ορισμένα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται στον περιβάλλοντα αέρα.Λόγω της χαμηλής τιμής Dk του αέρα, η πραγματική τιμή Dk του κυκλώματος είναι χαμηλότερη από αυτή του υλικού του κυκλώματος, η οποία πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στην προσομοίωση κυκλώματος.Σε σύγκριση με το χαμηλό Dk, τα κυκλώματα από υλικά υψηλής Dk τείνουν να εμποδίζουν τη μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και να μειώνουν τον ρυθμό διάδοσης.Ως εκ τούτου, τα υλικά κυκλώματος χαμηλού Dk χρησιμοποιούνται συνήθως σε κυκλώματα κυμάτων χιλιοστών.
Επειδή υπάρχει ένας ορισμένος βαθμός ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στον αέρα, το κύκλωμα γραμμής microstrip θα ακτινοβολεί προς τα έξω στον αέρα, παρόμοια με μια κεραία.Αυτό θα προκαλέσει περιττή απώλεια ακτινοβολίας στο κύκλωμα γραμμής μικροταινίας και η απώλεια θα αυξηθεί με την αύξηση της συχνότητας, γεγονός που φέρνει επίσης προκλήσεις στους σχεδιαστές κυκλωμάτων που μελετούν τη γραμμή μικροταινίας για να περιορίσουν την απώλεια ακτινοβολίας του κυκλώματος.Προκειμένου να μειωθεί η απώλεια ακτινοβολίας, οι γραμμές μικροταινιών μπορούν να κατασκευαστούν με υλικά κυκλώματος με υψηλότερες τιμές Dk.Ωστόσο, η αύξηση του Dk θα επιβραδύνει τον ρυθμό διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος (σε σχέση με τον αέρα), προκαλώντας τη μετατόπιση φάσης του σήματος.Μια άλλη μέθοδος είναι η μείωση της απώλειας ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας λεπτότερα υλικά κυκλώματος για την επεξεργασία γραμμών μικροταινιών.Ωστόσο, σε σύγκριση με υλικά παχύτερου κυκλώματος, τα υλικά λεπτότερου κυκλώματος είναι πιο ευαίσθητα στην επίδραση της τραχύτητας της επιφάνειας του φύλλου χαλκού, η οποία θα προκαλέσει επίσης μια ορισμένη μετατόπιση φάσης σήματος.
Αν και η διαμόρφωση του κυκλώματος γραμμής microstrip είναι απλή, το κύκλωμα γραμμής microstrip στη ζώνη κυμάτων χιλιοστών χρειάζεται ακριβή έλεγχο ανοχής.Για παράδειγμα, το πλάτος του αγωγού που πρέπει να ελέγχεται αυστηρά και όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο αυστηρή θα είναι η ανοχή.Επομένως, η γραμμή μικρολωρίδας στη ζώνη συχνοτήτων κύματος χιλιοστών είναι πολύ ευαίσθητη στην αλλαγή της τεχνολογίας επεξεργασίας, καθώς και στο πάχος του διηλεκτρικού υλικού και του χαλκού στο υλικό και οι απαιτήσεις ανοχής για το απαιτούμενο μέγεθος κυκλώματος είναι πολύ αυστηρές.
Το Stripline είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία γραμμής μετάδοσης κυκλώματος, η οποία μπορεί να παίξει καλό ρόλο στη συχνότητα κύματος χιλιοστών.Ωστόσο, σε σύγκριση με τη γραμμή microstrip, ο αγωγός stripline περιβάλλεται από το μέσο, επομένως δεν είναι εύκολο να συνδέσετε τον σύνδεσμο ή άλλες θύρες εισόδου/εξόδου στη γραμμή stripline για μετάδοση σήματος.Το stripline μπορεί να θεωρηθεί ως ένα είδος επίπεδου ομοαξονικού καλωδίου, στο οποίο ο αγωγός τυλίγεται από ένα διηλεκτρικό στρώμα και στη συνέχεια καλύπτεται από ένα στρώμα.Αυτή η δομή μπορεί να προσφέρει εφέ απομόνωσης κυκλώματος υψηλής ποιότητας, ενώ διατηρεί τη διάδοση του σήματος στο υλικό του κυκλώματος (και όχι στον περιβάλλοντα αέρα).Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται πάντα μέσω του υλικού του κυκλώματος.Το κύκλωμα stripline μπορεί να προσομοιωθεί σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του υλικού του κυκλώματος, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στον αέρα.Ωστόσο, ο αγωγός κυκλώματος που περιβάλλεται από το μέσο είναι ευάλωτος σε αλλαγές στην τεχνολογία επεξεργασίας και οι προκλήσεις της τροφοδοσίας σήματος δυσκολεύουν την αντιμετώπιση του stripline, ειδικά υπό την προϋπόθεση μικρότερου μεγέθους συνδετήρα σε συχνότητα κύματος χιλιοστού.Επομένως, εκτός από ορισμένα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται σε ραντάρ αυτοκινήτων, τα striplines συνήθως δεν χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα κυμάτων χιλιοστών.
Επειδή υπάρχει ένας ορισμένος βαθμός ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας στον αέρα, το κύκλωμα γραμμής microstrip θα ακτινοβολεί προς τα έξω στον αέρα, παρόμοια με μια κεραία.Αυτό θα προκαλέσει περιττή απώλεια ακτινοβολίας στο κύκλωμα γραμμής μικροταινίας και η απώλεια θα αυξηθεί με την αύξηση της συχνότητας, γεγονός που φέρνει επίσης προκλήσεις στους σχεδιαστές κυκλωμάτων που μελετούν τη γραμμή μικροταινίας για να περιορίσουν την απώλεια ακτινοβολίας του κυκλώματος.Προκειμένου να μειωθεί η απώλεια ακτινοβολίας, οι γραμμές μικροταινιών μπορούν να κατασκευαστούν με υλικά κυκλώματος με υψηλότερες τιμές Dk.Ωστόσο, η αύξηση του Dk θα επιβραδύνει τον ρυθμό διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος (σε σχέση με τον αέρα), προκαλώντας τη μετατόπιση φάσης του σήματος.Μια άλλη μέθοδος είναι η μείωση της απώλειας ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας λεπτότερα υλικά κυκλώματος για την επεξεργασία γραμμών μικροταινιών.Ωστόσο, σε σύγκριση με υλικά παχύτερου κυκλώματος, τα υλικά λεπτότερου κυκλώματος είναι πιο ευαίσθητα στην επίδραση της τραχύτητας της επιφάνειας του φύλλου χαλκού, η οποία θα προκαλέσει επίσης μια ορισμένη μετατόπιση φάσης σήματος.
Αν και η διαμόρφωση του κυκλώματος γραμμής microstrip είναι απλή, το κύκλωμα γραμμής microstrip στη ζώνη κυμάτων χιλιοστών χρειάζεται ακριβή έλεγχο ανοχής.Για παράδειγμα, το πλάτος του αγωγού που πρέπει να ελέγχεται αυστηρά και όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο αυστηρή θα είναι η ανοχή.Επομένως, η γραμμή μικρολωρίδας στη ζώνη συχνοτήτων κύματος χιλιοστών είναι πολύ ευαίσθητη στην αλλαγή της τεχνολογίας επεξεργασίας, καθώς και στο πάχος του διηλεκτρικού υλικού και του χαλκού στο υλικό και οι απαιτήσεις ανοχής για το απαιτούμενο μέγεθος κυκλώματος είναι πολύ αυστηρές.
Το Stripline είναι μια αξιόπιστη τεχνολογία γραμμής μετάδοσης κυκλώματος, η οποία μπορεί να παίξει καλό ρόλο στη συχνότητα κύματος χιλιοστών.Ωστόσο, σε σύγκριση με τη γραμμή microstrip, ο αγωγός stripline περιβάλλεται από το μέσο, επομένως δεν είναι εύκολο να συνδέσετε τον σύνδεσμο ή άλλες θύρες εισόδου/εξόδου στη γραμμή stripline για μετάδοση σήματος.Το stripline μπορεί να θεωρηθεί ως ένα είδος επίπεδου ομοαξονικού καλωδίου, στο οποίο ο αγωγός τυλίγεται από ένα διηλεκτρικό στρώμα και στη συνέχεια καλύπτεται από ένα στρώμα.Αυτή η δομή μπορεί να προσφέρει εφέ απομόνωσης κυκλώματος υψηλής ποιότητας, ενώ διατηρεί τη διάδοση του σήματος στο υλικό του κυκλώματος (και όχι στον περιβάλλοντα αέρα).Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαδίδεται πάντα μέσω του υλικού του κυκλώματος.Το κύκλωμα stripline μπορεί να προσομοιωθεί σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του υλικού του κυκλώματος, χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στον αέρα.Ωστόσο, ο αγωγός κυκλώματος που περιβάλλεται από το μέσο είναι ευάλωτος σε αλλαγές στην τεχνολογία επεξεργασίας και οι προκλήσεις της τροφοδοσίας σήματος δυσκολεύουν την αντιμετώπιση του stripline, ειδικά υπό την προϋπόθεση μικρότερου μεγέθους συνδετήρα σε συχνότητα κύματος χιλιοστού.Επομένως, εκτός από ορισμένα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται σε ραντάρ αυτοκινήτων, τα striplines συνήθως δεν χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα κυμάτων χιλιοστών.
Σχήμα 2 Ο σχεδιασμός και η προσομοίωση του αγωγού κυκλώματος GCPW είναι ορθογώνιος (επάνω εικόνα), αλλά ο αγωγός υποβάλλεται σε επεξεργασία σε ένα τραπέζιο (κάτω από το σχήμα), το οποίο θα έχει διαφορετικά αποτελέσματα στη συχνότητα κύματος χιλιοστών.
Για πολλές αναδυόμενες εφαρμογές κυκλώματος κυμάτων χιλιοστών που είναι ευαίσθητες στην απόκριση φάσης σήματος (όπως το ραντάρ αυτοκινήτου), οι αιτίες της ασυνέπειας φάσης θα πρέπει να ελαχιστοποιηθούν.Το κύκλωμα συχνότητας κυμάτων χιλιοστών GCPW είναι ευάλωτο σε αλλαγές στα υλικά και στην τεχνολογία επεξεργασίας, συμπεριλαμβανομένων των αλλαγών στην τιμή Dk του υλικού και στο πάχος του υποστρώματος.Δεύτερον, η απόδοση του κυκλώματος μπορεί να επηρεαστεί από το πάχος του χάλκινου αγωγού και την τραχύτητα της επιφάνειας του φύλλου χαλκού.Επομένως, το πάχος του χάλκινου αγωγού θα πρέπει να διατηρείται σε αυστηρή ανοχή και η τραχύτητα της επιφάνειας του φύλλου χαλκού πρέπει να ελαχιστοποιείται.Τρίτον, η επιλογή επιφανειακής επίστρωσης στο κύκλωμα GCPW μπορεί επίσης να επηρεάσει την απόδοση κυμάτων χιλιοστών του κυκλώματος.Για παράδειγμα, το κύκλωμα που χρησιμοποιεί χημικό νικέλιο χρυσό έχει μεγαλύτερη απώλεια νικελίου από τον χαλκό και το επινικελωμένο επιφανειακό στρώμα θα αυξήσει την απώλεια του GCPW ή της γραμμής μικρολωρίδων (Εικόνα 3).Τέλος, λόγω του μικρού μήκους κύματος, η αλλαγή του πάχους της επίστρωσης θα προκαλέσει επίσης την αλλαγή της απόκρισης φάσης και η επίδραση του GCPW είναι μεγαλύτερη από αυτή της γραμμής μικροταινιών.
Σχήμα 3 Η γραμμή microstrip και το κύκλωμα GCPW που φαίνονται στο σχήμα χρησιμοποιούν το ίδιο υλικό κυκλώματος (Rogers' 8mil πάχους RO4003C™ Laminate), η επίδραση του ENIG στο κύκλωμα GCPW είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή στη γραμμή microstrip στη συχνότητα κύματος χιλιοστών.
Ώρα δημοσίευσης: Οκτ-05-2022
