La frequenza del segnale nell'applicazione del radar automobilistico varia tra 30 e 300 GHz, anche a partire da 24 GHz.Con l'aiuto di diverse funzioni circuitali, questi segnali vengono trasmessi attraverso diverse tecnologie di linea di trasmissione come linee a microstriscia, linee a striscia, guida d'onda integrata nel substrato (SIW) e guida d'onda complanare con messa a terra (GCPW).Queste tecnologie della linea di trasmissione (Fig. 1) sono solitamente utilizzate alle frequenze delle microonde e talvolta alle frequenze delle onde millimetriche.Sono richiesti materiali laminati a circuito appositamente utilizzati per questa condizione ad alta frequenza.La linea a microstriscia, come la tecnologia del circuito della linea di trasmissione più semplice e più comunemente utilizzata, può raggiungere un alto tasso di qualificazione del circuito utilizzando la tecnologia di elaborazione del circuito convenzionale.Ma quando la frequenza viene aumentata alla frequenza delle onde millimetriche, potrebbe non essere la migliore linea di trasmissione del circuito.Ogni linea di trasmissione ha i suoi vantaggi e svantaggi.Ad esempio, sebbene la linea a microstriscia sia di facile lavorazione, deve risolvere il problema dell'elevata perdita di radiazione se utilizzata alla frequenza delle onde millimetriche.
Figura 1 Quando si passa alla frequenza delle onde millimetriche, i progettisti di circuiti a microonde devono affrontare la scelta di almeno quattro tecnologie di linea di trasmissione alla frequenza delle microonde
Sebbene la struttura aperta della linea a microstriscia sia conveniente per la connessione fisica, causerà anche alcuni problemi a frequenze più alte.Nella linea di trasmissione a microstriscia, le onde elettromagnetiche (EM) si propagano attraverso il conduttore del materiale del circuito e il substrato dielettrico, ma alcune onde elettromagnetiche si propagano attraverso l'aria circostante.A causa del basso valore Dk dell'aria, il valore Dk effettivo del circuito è inferiore a quello del materiale del circuito, che deve essere considerato nella simulazione del circuito.Rispetto a quelli a basso Dk, i circuiti realizzati con materiali ad alto Dk tendono ad ostacolare la trasmissione delle onde elettromagnetiche ea ridurre la velocità di propagazione.Pertanto, i materiali dei circuiti a basso Dk vengono solitamente utilizzati nei circuiti a onde millimetriche.
Poiché nell'aria è presente un certo grado di energia elettromagnetica, il circuito della linea a microstriscia si irradierà verso l'esterno nell'aria, in modo simile a un'antenna.Ciò causerà una perdita di radiazione non necessaria al circuito della linea a microstriscia e la perdita aumenterà con l'aumento della frequenza, il che comporta anche sfide per i progettisti di circuiti che studiano la linea a microstriscia per limitare la perdita di radiazione del circuito.Per ridurre la perdita di radiazione, le linee a microstriscia possono essere fabbricate con materiali circuitali con valori Dk più elevati.Tuttavia, l'aumento di Dk rallenterà la velocità di propagazione dell'onda elettromagnetica (rispetto all'aria), provocando lo sfasamento del segnale.Un altro metodo consiste nel ridurre la perdita di radiazione utilizzando materiali circuitali più sottili per elaborare linee a microstriscia.Tuttavia, rispetto ai materiali dei circuiti più spessi, i materiali dei circuiti più sottili sono più suscettibili all'influenza della rugosità superficiale della lamina di rame, che causerà anche un certo sfasamento del segnale.
Sebbene la configurazione del circuito di linea a microstriscia sia semplice, il circuito di linea a microstriscia nella banda delle onde millimetriche necessita di un controllo di tolleranza preciso.Ad esempio, la larghezza del conduttore che deve essere rigorosamente controllata e maggiore è la frequenza, più rigorosa sarà la tolleranza.Pertanto, la linea a microstriscia nella banda di frequenza delle onde millimetriche è molto sensibile al cambiamento della tecnologia di elaborazione, nonché allo spessore del materiale dielettrico e del rame nel materiale, e i requisiti di tolleranza per le dimensioni del circuito richieste sono molto rigidi.
Stripline è una tecnologia di linea di trasmissione del circuito affidabile, che può svolgere un buon ruolo nella frequenza delle onde millimetriche.Tuttavia, rispetto alla linea a microstriscia, il conduttore della stripline è circondato dal mezzo, quindi non è facile collegare il connettore o altre porte di ingresso/uscita alla stripline per la trasmissione del segnale.La stripline può essere considerata come una sorta di cavo coassiale piatto, in cui il conduttore è avvolto da uno strato dielettrico e poi ricoperto da una falda.Questa struttura può fornire un effetto di isolamento del circuito di alta qualità, mantenendo la propagazione del segnale nel materiale del circuito (piuttosto che nell'aria circostante).L'onda elettromagnetica si propaga sempre attraverso il materiale del circuito.Il circuito stripline può essere simulato in base alle caratteristiche del materiale del circuito, senza considerare l'influenza dell'onda elettromagnetica nell'aria.Tuttavia, il conduttore del circuito circondato dal mezzo è vulnerabile ai cambiamenti nella tecnologia di elaborazione e le sfide dell'alimentazione del segnale rendono difficile far fronte alla stripline, specialmente a condizione di connettori di dimensioni inferiori alla frequenza delle onde millimetriche.Pertanto, ad eccezione di alcuni circuiti utilizzati nei radar automobilistici, le stripline di solito non vengono utilizzate nei circuiti a onde millimetriche.
Poiché nell'aria è presente un certo grado di energia elettromagnetica, il circuito della linea a microstriscia si irradierà verso l'esterno nell'aria, in modo simile a un'antenna.Ciò causerà una perdita di radiazione non necessaria al circuito della linea a microstriscia e la perdita aumenterà con l'aumento della frequenza, il che comporta anche sfide per i progettisti di circuiti che studiano la linea a microstriscia per limitare la perdita di radiazione del circuito.Per ridurre la perdita di radiazione, le linee a microstriscia possono essere fabbricate con materiali circuitali con valori Dk più elevati.Tuttavia, l'aumento di Dk rallenterà la velocità di propagazione dell'onda elettromagnetica (rispetto all'aria), provocando lo sfasamento del segnale.Un altro metodo consiste nel ridurre la perdita di radiazione utilizzando materiali circuitali più sottili per elaborare linee a microstriscia.Tuttavia, rispetto ai materiali dei circuiti più spessi, i materiali dei circuiti più sottili sono più suscettibili all'influenza della rugosità superficiale della lamina di rame, che causerà anche un certo sfasamento del segnale.
Sebbene la configurazione del circuito di linea a microstriscia sia semplice, il circuito di linea a microstriscia nella banda delle onde millimetriche necessita di un controllo di tolleranza preciso.Ad esempio, la larghezza del conduttore che deve essere rigorosamente controllata e maggiore è la frequenza, più rigorosa sarà la tolleranza.Pertanto, la linea a microstriscia nella banda di frequenza delle onde millimetriche è molto sensibile al cambiamento della tecnologia di elaborazione, nonché allo spessore del materiale dielettrico e del rame nel materiale, e i requisiti di tolleranza per le dimensioni del circuito richieste sono molto rigidi.
Stripline è una tecnologia di linea di trasmissione del circuito affidabile, che può svolgere un buon ruolo nella frequenza delle onde millimetriche.Tuttavia, rispetto alla linea a microstriscia, il conduttore della stripline è circondato dal mezzo, quindi non è facile collegare il connettore o altre porte di ingresso/uscita alla stripline per la trasmissione del segnale.La stripline può essere considerata come una sorta di cavo coassiale piatto, in cui il conduttore è avvolto da uno strato dielettrico e poi ricoperto da una falda.Questa struttura può fornire un effetto di isolamento del circuito di alta qualità, mantenendo la propagazione del segnale nel materiale del circuito (piuttosto che nell'aria circostante).L'onda elettromagnetica si propaga sempre attraverso il materiale del circuito.Il circuito stripline può essere simulato in base alle caratteristiche del materiale del circuito, senza considerare l'influenza dell'onda elettromagnetica nell'aria.Tuttavia, il conduttore del circuito circondato dal mezzo è vulnerabile ai cambiamenti nella tecnologia di elaborazione e le sfide dell'alimentazione del segnale rendono difficile far fronte alla stripline, specialmente a condizione di connettori di dimensioni inferiori alla frequenza delle onde millimetriche.Pertanto, ad eccezione di alcuni circuiti utilizzati nei radar automobilistici, le stripline di solito non vengono utilizzate nei circuiti a onde millimetriche.
Figura 2 La progettazione e la simulazione del conduttore del circuito GCPW è rettangolare (sopra la figura), ma il conduttore viene trasformato in un trapezio (sotto la figura), che avrà effetti diversi sulla frequenza delle onde millimetriche.
Per molte applicazioni di circuiti a onde millimetriche emergenti che sono sensibili alla risposta di fase del segnale (come i radar automobilistici), le cause dell'incoerenza di fase dovrebbero essere ridotte al minimo.Il circuito GCPW con frequenza delle onde millimetriche è vulnerabile ai cambiamenti nei materiali e nella tecnologia di lavorazione, inclusi i cambiamenti nel valore Dk del materiale e nello spessore del substrato.In secondo luogo, le prestazioni del circuito possono essere influenzate dallo spessore del conduttore di rame e dalla rugosità superficiale della lamina di rame.Pertanto, lo spessore del conduttore di rame dovrebbe essere mantenuto entro una stretta tolleranza e la rugosità superficiale della lamina di rame dovrebbe essere ridotta al minimo.In terzo luogo, la scelta del rivestimento superficiale sul circuito GCPW può anche influenzare le prestazioni delle onde millimetriche del circuito.Ad esempio, il circuito che utilizza nichel oro chimico ha una perdita di nichel maggiore rispetto al rame e lo strato superficiale nichelato aumenterà la perdita di GCPW o linea a microstriscia (Figura 3).Infine, a causa della piccola lunghezza d'onda, il cambiamento dello spessore del rivestimento causerà anche il cambiamento della risposta di fase e l'influenza di GCPW è maggiore di quella della linea a microstriscia.
Figura 3 La linea a microstriscia e il circuito GCPW mostrati nella figura utilizzano lo stesso materiale del circuito (laminato RO4003C ™ di 8mil di Rogers), l'influenza di ENIG sul circuito GCPW è di gran lunga maggiore di quella sulla linea a microstriscia alla frequenza delle onde millimetriche.
Tempo di pubblicazione: 05-ottobre-2022
