La frecuencia de la señal en la aplicación del radar automotriz varía entre 30 y 300 GHz, incluso tan bajo como 24 GHz.Con la ayuda de diferentes funciones de circuito, estas señales se transmiten a través de diferentes tecnologías de línea de transmisión, como líneas de microstrip, líneas de strip, guía de onda integrada de sustrato (SIW) y guía de onda coplanar conectada a tierra (GCPW).Estas tecnologías de línea de transmisión (Fig. 1) generalmente se usan en frecuencias de microondas y, a veces, en frecuencias de ondas milimétricas.Se requieren materiales laminados de circuito especialmente utilizados para esta condición de alta frecuencia.La línea Microstrip, como la tecnología de circuito de línea de transmisión más simple y más utilizada, puede lograr una alta tasa de calificación de circuito mediante el uso de tecnología de procesamiento de circuito convencional.Pero cuando la frecuencia se eleva a la frecuencia de onda milimétrica, puede que no sea la mejor línea de transmisión del circuito.Cada línea de transmisión tiene sus propias ventajas y desventajas.Por ejemplo, aunque la línea microstrip es fácil de procesar, debe resolver el problema de la alta pérdida de radiación cuando se usa en la frecuencia de onda milimétrica.
Figura 1 Al hacer la transición a la frecuencia de onda milimétrica, los diseñadores de circuitos de microondas deben enfrentarse a la elección de al menos cuatro tecnologías de línea de transmisión en frecuencia de microondas
Aunque la estructura abierta de la línea microstrip es conveniente para la conexión física, también causará algunos problemas a frecuencias más altas.En la línea de transmisión de microcinta, las ondas electromagnéticas (EM) se propagan a través del conductor del material del circuito y el sustrato dieléctrico, pero algunas ondas electromagnéticas se propagan a través del aire circundante.Debido al bajo valor de Dk del aire, el valor efectivo de Dk del circuito es menor que el del material del circuito, lo que debe tenerse en cuenta en la simulación del circuito.En comparación con un Dk bajo, los circuitos fabricados con materiales de Dk alto tienden a dificultar la transmisión de ondas electromagnéticas y reducen la tasa de propagación.Por lo tanto, los materiales de circuito de bajo Dk se utilizan generalmente en circuitos de ondas milimétricas.
Debido a que hay un cierto grado de energía electromagnética en el aire, el circuito de la línea de microcinta se irradiará hacia afuera en el aire, de manera similar a una antena.Esto provocará una pérdida de radiación innecesaria en el circuito de la línea de microcinta, y la pérdida aumentará con el aumento de la frecuencia, lo que también presenta desafíos para los diseñadores de circuitos que estudian la línea de microcinta para limitar la pérdida de radiación del circuito.Para reducir la pérdida por radiación, las líneas microstrip se pueden fabricar con materiales de circuito con valores Dk más altos.Sin embargo, el aumento de Dk ralentizará la tasa de propagación de ondas electromagnéticas (en relación con el aire), provocando el cambio de fase de la señal.Otro método consiste en reducir la pérdida de radiación mediante el uso de materiales de circuito más delgados para procesar las líneas de microcinta.Sin embargo, en comparación con los materiales de circuito más gruesos, los materiales de circuito más delgados son más susceptibles a la influencia de la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre, que también causará un cierto cambio de fase de la señal.
Aunque la configuración del circuito de línea de microcinta es simple, el circuito de línea de microcinta en la banda de ondas milimétricas necesita un control de tolerancia preciso.Por ejemplo, el ancho del conductor que debe controlarse estrictamente y cuanto mayor sea la frecuencia, más estricta será la tolerancia.Por lo tanto, la línea de microstrip en la banda de frecuencia de onda milimétrica es muy sensible al cambio de tecnología de procesamiento, así como al grosor del material dieléctrico y el cobre en el material, y los requisitos de tolerancia para el tamaño del circuito requerido son muy estrictos.
Stripline es una tecnología de línea de transmisión de circuito confiable, que puede desempeñar un buen papel en la frecuencia de onda milimétrica.Sin embargo, en comparación con la línea microstrip, el conductor de la línea strip está rodeado por el medio, por lo que no es fácil conectar el conector u otros puertos de entrada/salida a la línea strip para la transmisión de la señal.El stripline se puede considerar como una especie de cable coaxial plano, en el que el conductor está envuelto por una capa dieléctrica y luego cubierto por un estrato.Esta estructura puede proporcionar un efecto de aislamiento de circuito de alta calidad, mientras mantiene la propagación de la señal en el material del circuito (en lugar del aire circundante).La onda electromagnética siempre se propaga a través del material del circuito.El circuito stripline se puede simular de acuerdo con las características del material del circuito, sin considerar la influencia de las ondas electromagnéticas en el aire.Sin embargo, el conductor del circuito rodeado por el medio es vulnerable a los cambios en la tecnología de procesamiento, y los desafíos de la alimentación de la señal dificultan el manejo de la línea de banda, especialmente bajo la condición de un tamaño de conector más pequeño a la frecuencia de onda milimétrica.Por lo tanto, a excepción de algunos circuitos que se utilizan en los radares de automóviles, las líneas de banda no suelen utilizarse en los circuitos de ondas milimétricas.
Debido a que hay un cierto grado de energía electromagnética en el aire, el circuito de la línea de microcinta se irradiará hacia afuera en el aire, de manera similar a una antena.Esto provocará una pérdida de radiación innecesaria en el circuito de la línea de microcinta, y la pérdida aumentará con el aumento de la frecuencia, lo que también presenta desafíos para los diseñadores de circuitos que estudian la línea de microcinta para limitar la pérdida de radiación del circuito.Para reducir la pérdida por radiación, las líneas microstrip se pueden fabricar con materiales de circuito con valores Dk más altos.Sin embargo, el aumento de Dk ralentizará la tasa de propagación de ondas electromagnéticas (en relación con el aire), provocando el cambio de fase de la señal.Otro método consiste en reducir la pérdida de radiación mediante el uso de materiales de circuito más delgados para procesar las líneas de microcinta.Sin embargo, en comparación con los materiales de circuito más gruesos, los materiales de circuito más delgados son más susceptibles a la influencia de la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre, que también causará un cierto cambio de fase de la señal.
Aunque la configuración del circuito de línea de microcinta es simple, el circuito de línea de microcinta en la banda de ondas milimétricas necesita un control de tolerancia preciso.Por ejemplo, el ancho del conductor que debe controlarse estrictamente y cuanto mayor sea la frecuencia, más estricta será la tolerancia.Por lo tanto, la línea de microstrip en la banda de frecuencia de onda milimétrica es muy sensible al cambio de tecnología de procesamiento, así como al grosor del material dieléctrico y el cobre en el material, y los requisitos de tolerancia para el tamaño del circuito requerido son muy estrictos.
Stripline es una tecnología de línea de transmisión de circuito confiable, que puede desempeñar un buen papel en la frecuencia de onda milimétrica.Sin embargo, en comparación con la línea microstrip, el conductor de la línea strip está rodeado por el medio, por lo que no es fácil conectar el conector u otros puertos de entrada/salida a la línea strip para la transmisión de la señal.El stripline se puede considerar como una especie de cable coaxial plano, en el que el conductor está envuelto por una capa dieléctrica y luego cubierto por un estrato.Esta estructura puede proporcionar un efecto de aislamiento de circuito de alta calidad, mientras mantiene la propagación de la señal en el material del circuito (en lugar del aire circundante).La onda electromagnética siempre se propaga a través del material del circuito.El circuito stripline se puede simular de acuerdo con las características del material del circuito, sin considerar la influencia de las ondas electromagnéticas en el aire.Sin embargo, el conductor del circuito rodeado por el medio es vulnerable a los cambios en la tecnología de procesamiento, y los desafíos de la alimentación de la señal dificultan el manejo de la línea de banda, especialmente bajo la condición de un tamaño de conector más pequeño a la frecuencia de onda milimétrica.Por lo tanto, a excepción de algunos circuitos que se utilizan en los radares de automóviles, las líneas de banda no suelen utilizarse en los circuitos de ondas milimétricas.
Figura 2 El diseño y la simulación del conductor del circuito GCPW es rectangular (figura superior), pero el conductor se procesa en un trapezoide (figura inferior), que tendrá diferentes efectos en la frecuencia de la onda milimétrica.
Para muchas aplicaciones emergentes de circuitos de ondas milimétricas que son sensibles a la respuesta de fase de la señal (como el radar automotriz), las causas de la inconsistencia de fase deben minimizarse.El circuito GCPW de frecuencia de onda milimétrica es vulnerable a los cambios en los materiales y la tecnología de procesamiento, incluidos los cambios en el valor Dk del material y el grosor del sustrato.En segundo lugar, el rendimiento del circuito puede verse afectado por el grosor del conductor de cobre y la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre.Por lo tanto, el grosor del conductor de cobre debe mantenerse dentro de una tolerancia estricta y la rugosidad de la superficie de la lámina de cobre debe minimizarse.En tercer lugar, la elección del revestimiento de la superficie en el circuito GCPW también puede afectar el rendimiento de onda milimétrica del circuito.Por ejemplo, el circuito que usa níquel oro químico tiene más pérdida de níquel que el cobre, y la capa de superficie niquelada aumentará la pérdida de GCPW o línea microstrip (Figura 3).Finalmente, debido a la pequeña longitud de onda, el cambio de espesor del recubrimiento también provocará el cambio de respuesta de fase, y la influencia de GCPW es mayor que la de la línea microstrip.
Figura 3 La línea microstrip y el circuito GCPW que se muestran en la figura utilizan el mismo material de circuito (laminado RO4003C ™ de 8 mil de espesor de Rogers), la influencia de ENIG en el circuito GCPW es mucho mayor que en la línea microstrip a frecuencia de onda milimétrica.
Hora de publicación: Oct-05-2022
