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Rog博客由罗杰斯公司(Rogers Corporation)的John Coonrod及其他专家提供,包括有关RF/微波材料的技术咨询和信息。
为77GHz汽车雷达寻找合适的线路板材料(第二辑)
录入时间:2021/8/10 11:05:59

汽车电子安全系统的工作频率越来越高,而77 GHz的汽车雷达传感器的安全系统的使用,有朝一日终将使城市交通更加安全。正如在上一篇ROG博客中所介绍的那样,77 GHz的毫米波频段“车载雷达”已经被设计和制造。用于毫米波频率(30GHz至300GHz)的电路材料面临着特殊的要求,这些要求通常不同于30GHz及以下微波频率的电路。然而,根据毫米波电路设计人员的实践和经验表明,一些电路的材料参数可以与毫米波电路中的高性能紧密相关,且一些电路材料,如Rogers公司的RO3003™电路板,具有毫米波电路所需的材料参数,可在77 GHz及更高频率下表现出卓越的性能。

正如前面的ROG博客所介绍的,用于在毫米波频率和77GHz下实现低损耗电路的六个关键线路板材料的特性是:

  • Dk 公差
  • 电路材料Df
  • 铜箔导体表面粗糙度
  • Dk与Df的热稳定系数
  • 吸水性
  • 玻璃编织效应

当作为77GHz汽车雷达PCB天线和其它毫米波电路应用的线路板材料分类选择指南时,这六种材料性能很大程度上表明RO3003™电路板非常适合于低损耗电路。实际上,正是由于其特性非常适合毫米波电路的特殊需要,RO3003™电路板被广泛应用于毫米波电路中。它可以提供不同类型的铜箔,例如电解(ED)铜以及更光滑(且损耗更小)的压延铜,允许设计人员精确指定其电路板的特性,以满足毫米波电路应用最苛刻的要求。

材料的六个关键属性

这六个关键的材料参数与77 GHz和其它毫米波频率下的电气性能有着什么样的关系?在毫米波频率下,信号波长更短,线路板材料具有严格控制的介电常数Dk值比仅仅只选用具有低Dk的材料更为重要。一方面,严格控制的Dk可实现更一致的性能; 另一方面,Dk(ΔDk)的变化将导致77GHz下的相位角不一致,这会导致该频率下的雷达传感器性能变差。

从电路中提取的电路材料的Dk(或称为的设计Dk),其Dk值受材料Dk公差的影响,也受其它各种线路板材料特性的影响,包括铜箔导体表面粗糙度的变化。应最大限度地减少可能影响77GHz下电路的性能的设计Dk的变化,包括控制设计Dk的变化以及其他影响设计Dk变化的其它电路特性。确定设计Dk变化程度的最佳方法是对来自不同生产批次的多个样品的基准电路进行准确和可重复的测量。

同样,线路板材料的损耗因子(Df)必须严格控制,才能在77 GHz下实现可重复的、低损耗的电路性能。选择低Df的线路板材料是一个值得关注的目标,但在毫米波频率下保持稳定的Df随频率的变化特性同样重要的。Df的变化是设计Dk变化的另一个影响因素,它使得在毫米波频率的小波长信号下很难保持相位和频率的稳定性。

在77GHz频率下,线路板材料铜箔导体的表面粗糙度对导体损耗有显著的影响,铜箔越平滑损耗越小。尽管电解铜(ED)是广泛用于毫米波频率电路的铜箔导体类型,但由于其粗糙度,其表现出比压延铜更高的损耗。在评估77GHz和毫米波频率下的线路板材料特性时,不能忽略剥离强度(包括初始和加热后),因为铜层和介质层的粘附性会影响电路的射频性能。与许多材料参数一样,在电气性能和剥离强度之间可以进行权衡,来选取的ED铜和压延铜箔。不过,尽管存在预期的权衡,但当使用RO3003™线路板材料时,压延铜具有良好的剥离强度,同时在77GHz时也能提供非常低的损耗特性。

由于毫米波下需要如此精细的电路特性,线路板材料受温度变化的影响也会导致其在77GHz和其他毫米波段下的性能出现变化。当线路板材料暴露在较宽的温度变化范围内,Dk 的热稳定系数(TCDk)和Df 的热稳定系数(TCDf)的过度变化将等同于Dk和Df的变化。通过选择相对严格控制TCDk和TCDf的线路板材料,可以最小化这些温度效应。 通常,TCDk为 50 | ppm /℃或更低的线路板材料被认为是性能良好的稳定特性。以一个真实的材料为例,RO3003™电路板测得的TCDk为3 ppm/°C。

低吸湿性对于大多数高频线路板材料来说是目标之一。对于在毫米波频段下使用的电路材料,即使是一个微小的差异也会影响其性能。如果电路材料存在过度吸湿的问题,那么它的损耗会增加,Dk也会随着水分的变化而增加。电路在理想工作条件下的性能可能能被接受,而在实际应用中则可能达不到要求,例如在高湿度的工作条件下,特别是在波长较短的毫米波频率下。

最后,在77GHz和其他毫米波电路中需要考虑的六个电路材料参数中,众所周知,“玻璃编织效应”的也会导致电路Dk的变化。在许多电路材料中都使用了玻璃布来增强和加固材料。当这样做时,它也导致了整个材料的纤维图案中有些部分比其他部分含有更多的玻璃纤维,这就导致了Dk的变化。玻璃增强材料的使用增加电路材料的机械性能,但在高频电路中也会影响材料的电性能。理想情况下,更高频率下选择的材料不需要含有玻璃布或玻璃纤维。

选择满足需求的材料

Rogers RO3003™线路板材料已经证实,可以很好地满足77 GHz和其它毫米波电路的这六个关键材料要求。RO3003™层压板是一种损耗极低的材料,典型的Df在10 GHz时为0.0010,严格控制的Dk容差为±0.04。许多毫米波电路设计工程师都选择5mil厚的ED铜或更平滑(损耗更低)压延铜的RO3003™线路板作为电路材料。它还具有低于0.04%的低吸湿性,且TCDk非常低,典型值为-3 ppm /°C。

由于RO3003™线路板材料对高频电路六个关键要求均得到了体现,因此它已成为77 GHz和其它毫米波电路设计工程师线路板材料的普遍选择。此外,RO3003™电路板不使用或不需要使用玻璃布加固,因此它不存在玻璃编织问题。它是一种耐用的,低损耗的线路板材料,适用于随着频率变高而需要保持信号功率的电路,尤其适用于专注于提高安全性的77GHz汽车雷达系统!

您是否有设计或加工方面的疑问?罗杰斯公司的专家可以给您提供相关帮助。现在您可以点击 “Ask an Engineer” 登录到罗杰斯官网“技术支持中心”联系工程师获取帮助。


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