Signaalin taajuus autotutkasovelluksessa vaihtelee välillä 30-300 GHz, jopa 24 GHz:n välillä.Erilaisten piiritoimintojen avulla nämä signaalit välitetään eri siirtojohtotekniikoiden, kuten mikroliuskajohtojen, liuskalinjojen, substraattiintegroidun aaltoputken (SIW) ja maadoitettujen koplanaaristen aaltoputkien (GCPW) kautta.Näitä siirtojohtotekniikoita (kuva 1) käytetään yleensä mikroaaltotaajuuksilla ja joskus millimetriaaltotaajuuksilla.Vaaditaan piirilaminaattimateriaaleja, joita käytetään erityisesti tähän suurtaajuusolosuhteisiin.Mikroliuskalinja, joka on yksinkertaisin ja yleisimmin käytetty siirtolinjapiiritekniikka, voi saavuttaa korkean piirin kelpuutusasteen käyttämällä tavanomaista piirikäsittelytekniikkaa.Mutta kun taajuus nostetaan millimetriaaltotaajuudelle, se ei ehkä ole paras piirin siirtolinja.Jokaisella siirtolinjalla on omat etunsa ja haittansa.Esimerkiksi vaikka mikroliuskalinja on helppo käsitellä, sen on ratkaistava suuren säteilyhäviön ongelma, kun sitä käytetään millimetriaaltotaajuudella.
Kuva 1 Siirtyessään millimetriaaltotaajuuteen mikroaaltopiirisuunnittelijoiden on valittava vähintään neljä siirtolinjatekniikkaa mikroaaltotaajuudella
Vaikka mikroliuskalinjan avoin rakenne on kätevä fyysiseen liittämiseen, se aiheuttaa myös ongelmia korkeammilla taajuuksilla.Mikroliuskasiirtolinjassa sähkömagneettiset (EM) aallot etenevät piirimateriaalin johtimen ja dielektrisen substraatin läpi, mutta osa sähkömagneettisista aalloista etenee ympäröivän ilman läpi.Ilman alhaisesta Dk-arvosta johtuen piirin tehollinen Dk-arvo on pienempi kuin piirimateriaalin, mikä on otettava huomioon piirisimulaatiossa.Verrattuna alhaiseen Dk-arvoon korkean Dk:n materiaaleista valmistetut piirit pyrkivät estämään sähkömagneettisten aaltojen siirtymistä ja vähentämään etenemisnopeutta.Siksi millimetriaaltopiireissä käytetään yleensä matalan Dk:n piirimateriaaleja.
Koska ilmassa on tietty määrä sähkömagneettista energiaa, mikroliuskajohtopiiri säteilee ulospäin ilmaan, kuten antenni.Tämä aiheuttaa tarpeetonta säteilyhäviötä mikroliuskajohtopiiriin ja häviö kasvaa taajuuden kasvaessa, mikä tuo haasteita myös piirisuunnittelijoille, jotka tutkivat mikroliuskajohtoa piirin säteilyhäviön rajoittamiseksi.Säteilyhäviön vähentämiseksi voidaan valmistaa mikroliuskalinjoja piirimateriaaleista, joilla on korkeammat Dk-arvot.Dk:n kasvu kuitenkin hidastaa sähkömagneettisen aallon etenemisnopeutta (suhteessa ilmaan) aiheuttaen signaalin vaihesiirron.Toinen tapa on vähentää säteilyhäviötä käyttämällä ohuempia piirimateriaaleja mikroliuskalinjojen käsittelyyn.Paksumpiin piirimateriaaleihin verrattuna ohuemmat piirimateriaalit ovat kuitenkin herkempiä kuparikalvon pinnan karheuden vaikutukselle, mikä aiheuttaa myös tietyn signaalin vaihesiirron.
Vaikka mikroliuskajohtopiirin konfigurointi on yksinkertainen, millimetriaaltokaistan mikroliuskajohtopiiri tarvitsee tarkan toleranssisäädön.Esimerkiksi johtimen leveys, jota on valvottava tiukasti, ja mitä korkeampi taajuus, sitä tiukempi toleranssi on.Siksi millimetriaaltotaajuuskaistan mikroliuskalinja on erittäin herkkä käsittelytekniikan muutokselle, samoin kuin materiaalissa olevan dielektrisen materiaalin ja kuparin paksuudelle, ja vaaditun piirikoon toleranssivaatimukset ovat erittäin tiukat.
Stripline on luotettava piirisiirtolinjatekniikka, jolla voi olla hyvä rooli millimetriaaltotaajuudessa.Kuitenkin verrattuna mikroliuskajohtoon liuskajohdin on väliaineen ympäröimä, joten liittimen tai muiden tulo/lähtöporttien kytkeminen liuskajohtoon signaalin siirtoa varten ei ole helppoa.Liuskajohtoa voidaan pitää eräänlaisena litteänä koaksiaalikaapelina, jossa johdin on kääritty dielektrisellä kerroksella ja sitten peitetty kerroksella.Tämä rakenne voi tarjota korkealaatuisen piirin eristysvaikutuksen, samalla kun signaalin eteneminen pysyy piirimateriaalissa (eikä ympäröivässä ilmassa).Sähkömagneettinen aalto etenee aina piirimateriaalin läpi.Liuskajohtopiiri voidaan simuloida piirimateriaalin ominaisuuksien mukaan ottamatta huomioon ilmassa olevan sähkömagneettisen aallon vaikutusta.Väliaineen ympäröimä piirijohdin on kuitenkin herkkä prosessointitekniikan muutoksille, ja signaalinsyötön haasteet vaikeuttavat liuskajohdon selviytymistä varsinkin, jos liittimen koko on pienempi millimetriaaltotaajuudella.Siksi liuskajohtoja ei yleensä käytetä millimetriaaltopiireissä, lukuun ottamatta joitain autotutkissa käytettäviä piirejä.
Koska ilmassa on tietty määrä sähkömagneettista energiaa, mikroliuskajohtopiiri säteilee ulospäin ilmaan, kuten antenni.Tämä aiheuttaa tarpeetonta säteilyhäviötä mikroliuskajohtopiiriin ja häviö kasvaa taajuuden kasvaessa, mikä tuo haasteita myös piirisuunnittelijoille, jotka tutkivat mikroliuskajohtoa piirin säteilyhäviön rajoittamiseksi.Säteilyhäviön vähentämiseksi voidaan valmistaa mikroliuskalinjoja piirimateriaaleista, joilla on korkeammat Dk-arvot.Dk:n kasvu kuitenkin hidastaa sähkömagneettisen aallon etenemisnopeutta (suhteessa ilmaan) aiheuttaen signaalin vaihesiirron.Toinen tapa on vähentää säteilyhäviötä käyttämällä ohuempia piirimateriaaleja mikroliuskalinjojen käsittelyyn.Paksumpiin piirimateriaaleihin verrattuna ohuemmat piirimateriaalit ovat kuitenkin herkempiä kuparikalvon pinnan karheuden vaikutukselle, mikä aiheuttaa myös tietyn signaalin vaihesiirron.
Vaikka mikroliuskajohtopiirin konfigurointi on yksinkertainen, millimetriaaltokaistan mikroliuskajohtopiiri tarvitsee tarkan toleranssisäädön.Esimerkiksi johtimen leveys, jota on valvottava tiukasti, ja mitä korkeampi taajuus, sitä tiukempi toleranssi on.Siksi millimetriaaltotaajuuskaistan mikroliuskalinja on erittäin herkkä käsittelytekniikan muutokselle, samoin kuin materiaalissa olevan dielektrisen materiaalin ja kuparin paksuudelle, ja vaaditun piirikoon toleranssivaatimukset ovat erittäin tiukat.
Stripline on luotettava piirisiirtolinjatekniikka, jolla voi olla hyvä rooli millimetriaaltotaajuudessa.Kuitenkin verrattuna mikroliuskajohtoon liuskajohdin on väliaineen ympäröimä, joten liittimen tai muiden tulo/lähtöporttien kytkeminen liuskajohtoon signaalin siirtoa varten ei ole helppoa.Liuskajohtoa voidaan pitää eräänlaisena litteänä koaksiaalikaapelina, jossa johdin on kääritty dielektrisellä kerroksella ja sitten peitetty kerroksella.Tämä rakenne voi tarjota korkealaatuisen piirin eristysvaikutuksen, samalla kun signaalin eteneminen pysyy piirimateriaalissa (eikä ympäröivässä ilmassa).Sähkömagneettinen aalto etenee aina piirimateriaalin läpi.Liuskajohtopiiri voidaan simuloida piirimateriaalin ominaisuuksien mukaan ottamatta huomioon ilmassa olevan sähkömagneettisen aallon vaikutusta.Väliaineen ympäröimä piirijohdin on kuitenkin herkkä prosessointitekniikan muutoksille, ja signaalinsyötön haasteet vaikeuttavat liuskajohdon selviytymistä varsinkin, jos liittimen koko on pienempi millimetriaaltotaajuudella.Siksi liuskajohtoja ei yleensä käytetä millimetriaaltopiireissä, lukuun ottamatta joitain autotutkissa käytettäviä piirejä.
Kuva 2 GCPW-piirin johtimen suunnittelu ja simulointi on suorakaiteen muotoinen (yllä kuva), mutta johdin on prosessoitu puolisuunnikkaan muotoiseksi (kuva alla), jolla on erilaisia vaikutuksia millimetriaallon taajuuteen.
Monissa kehittyvissä millimetriaaltopiirisovelluksissa, jotka ovat herkkiä signaalin vaihevasteelle (kuten autotutka), vaiheen epäjohdonmukaisuuden syyt tulisi minimoida.Millimetriaaltotaajuus GCPW-piiri on herkkä materiaalien ja käsittelytekniikan muutoksille, mukaan lukien materiaalin Dk-arvon ja alustan paksuuden muutokset.Toiseksi kuparijohtimen paksuus ja kuparikalvon pinnan karheus voivat vaikuttaa piirin suorituskykyyn.Siksi kuparijohtimen paksuus tulee pitää tiukan toleranssin sisällä ja kuparikalvon pinnan karheus tulisi minimoida.Kolmanneksi GCPW-piirin pintapinnoitteen valinta voi myös vaikuttaa piirin millimetriaaltotehoon.Esimerkiksi kemiallista nikkelikultaa käyttävässä piirissä on enemmän nikkelihäviöitä kuin kuparissa, ja nikkelipinnoitettu pintakerros lisää GCPW:n tai mikroliuskalinjan häviötä (kuva 3).Lopuksi pienestä aallonpituudesta johtuen pinnoitteen paksuuden muutos aiheuttaa myös vaihevasteen muutoksen, ja GCPW:n vaikutus on suurempi kuin mikroliuskajohdon.
Kuva 3 Kuvassa näkyvä mikroliuskalinja ja GCPW-piiri käyttävät samaa piirimateriaalia (Rogersin 8 mil paksuinen RO4003C ™ -laminaatti), ENIG:n vaikutus GCPW-piiriin on paljon suurempi kuin mikroliuskajohdon millimetriaaltotaajuudella.
Postitusaika: 05.10.2022
