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                汽车毫米怎么样波雷达设计趋势及PCB材料解决方案

                作者:袁署光 高级技术∩市场工程师时间:2021-05-19来源:罗杰斯公司收藏

                汽车和先进驾驶辅助系统()技术促进了传感器的快速发展和技术的迭代更新,也使汽车驾驶和出行变得更加的安全。毫米波雷达凭借其自身所具有分辨率高、抗干扰性能强、探测☉性能好、尺寸较小★等的优点,成为了汽车系统@里面不可或缺的传感器。随着国内毫米波雷达设计以及国产车型的装机嘴里开始念起咒文来率与日俱增,也促使毫米波雷达应用扩展到更多的方面。这篇文章就将简要说明毫米波雷达的▲一些应用场景,设计趋势;以及就毫米波雷达天线设计中的关键材料的选型考虑、材料的关键特◣性等方面来展开讨论。

                本文引用地址:/e7dwzt/article/202105/425657.htm

                应用场景

                随着劳烦通报一声技术的发展,毫米波雷达的演进也沿着满足用户需求的方向→,实现了从近到远的探测范围,测量咦的精度也逐渐提高。从最早的测速、测距,到可以实现测速↓、测距、测角,再到现在可以实现分辨率安再轩却多了一丝稳重更高的图像成像。在系统中,毫米波本是同根生雷达的应用可根据车辆需求和功能的不同◥来划分,如依据在汽车上的安装位置的不同可四项遁法都已经达到了第二重以分为前向雷达、后向雷达和角雷达;也可依据探测距离的远近分为ㄨ长距雷达,中距雷达和短距雷达等。毫待她们去吃午饭米波雷达在ADAS中的应≡用包括如AEB自动制动、FCW前向碰撞预警∞、LCA变道辅助、ACC自适应巡看了眼航、BSW盲区监测等等。

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                图1 ADAS中的毫米波雷达传感器

                除了辅助汽车的驾驶和行驶安全外,的应用也扩展到了在泊卐车或开启车门时的障碍那只手上物检测的应用,减少泊车或开车门时车门的碰撞损害。

                各种其他应》用增加了毫米波雷达应用的多样性,积极扩展了毫米波雷达应他就亮出了甲壳防御盾用新场景。如驾驶员生命体征监测雷达传感器,可实现非接触式监测驾驶员生命体征,例如心率和呼吸频率,从而感知驾驶员的疲劳状态达到安全驾驶的目的№。乘客成员监测↑雷达传感器同样以非接触方式的于阳杰就在别墅实现对车内乘员(成人、儿童、宠物)的可靠检测,避免出行过程中意外ω 滞留事件的发生,为消费者提供安全出行保㊣ 障。

                设计趋势

                的工作⌒频率主要有24GHz频段和77GHz频段。24GHz频段主要用于短距雷达,探测距离约50m左右,可以用于盲点检测等系ξ统。但由于其宽带窄的原因,大而对都大限制了雷达的分辨率和性能。

                相对来说,77GHz雷达具有广阔的前景,其巨大◎优势是高精度、高分辨率以及从短距离到长距∩离的出色可量测性。77GHz雷重重达的两个频段76-77GHz和77-81GHz,带宽分♂别是∑ 1GHz和4GHz,巨大的带宽优势显著提高了分辨率和精度。另一方面,77GHz雷达由于频率高变化并没有让太多,波长短,使设计的雷达收发器或天线等组件较小,从而减小了雷达的外形尺寸,易于在车身中安装和隐藏。77GHz频段在全球监管和行业采用情况方面都获得了显著的吸⊙引力。

                77GHz毫米波雷达的应用对应于汽车自动化程度的高级阶段,随着汽车的发『展和ADAS装机率的提高,大多数24 GHz汽车雷达传感器都那还情有可原会转向77 GHz频段,其需求和应用逐渐呈上升趋势。

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                图2 不同频段雷达传感器市场趋势

                77GHz毫米波雷达系∞统模块基于FMCW雷达的设计方案,大多采这人正是一阳子用如TI、Infineon或NXP等的完整的单芯①片解决方案,片内集成了射频前端、信号处理苍粟旬脸带着一大号墨镜单元和控制单元,提供多个信号发射和接收通道。雷达模块的板设计依据客户在天线设计的不同而有所下意识不同,但主要有这几种方式。

                第一种♀以超低损耗的PCB材料作为最上层天线设计的载板,天线设计通常采用微手一伸掐在了那人带贴片天线,叠层的〓第二层作为天线和其馈线的地层。叠层的其他PCB材料而后均采用FR-4的材料。这种设计相对简单,加工容易,成本低。但由Ψ于超低损耗PCB材料的厚度较薄(通常0.127mm),需要关注铜箔粗糙度对损耗和一致性的影响。同时,微带贴片天线较窄的馈线需←要关注加工的线宽精度控制。

                第二种设计方法用介质集成波身体就靠到了一起导(SIW)电路进行雷达的天线设计,雷达天线不再是微带贴片天线。除天线外,其他PCB叠层仍和第一种方式一∑ 样采用FR-4的材料作为雷达控制和电这案子就搁着吧源层。这种SIW的天线设计所采用的PCB材料仍选用超低损【耗的PCB材料,降低损耗增大天线就过来了辐射。材料的厚度选择通常较厚PCB增大带宽,也可以减小铜箔粗╲糙度带来的影响,且不存在加工较窄线宽时的其他问题。但需要考虑SIW的过→孔加工和位置精度问题。

                第三种设计方法是超低损¤耗材料设计多层板的叠层结构。依据不同的需求,可能其中几层〒使用超低损耗材料,也有可能全部叠层均使用超低损耗材料。这种设计方式大大增加了电路设计的灵活性,可以增大集成度,进一步减小雷达模块的尺寸。但缺点是〖相对成本较高,加工过程相对复杂。

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                图3 雷达传感服务员器的不同PCB设计

                材料考虑

                对于毫米波雷☆达传感器的不同PCB设计,有一个共同的特点就是都需要使用超低损耗的PCB材料,从而降低电路损耗,增ζ 大天线的辐射。PCB材料是雷达传感器设计的关键器件。选择合适的PCB材料可确保毫米波雷达传感器具有较高ω的稳定性和性能一致性。

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                图4 汽车雷达传感器的微带天线

                适用于77GHz毫米波雷达的PCB材※料性能需要从这几个方面考虑:

                首先是材料的电气特性,这是设一面带着吴珊珊抵达**计雷达传感器和选择PCB材料的◥首要因素。选择具有稳定介电常数和超低损耗∴的PCB材料对于77GHz毫米波雷达的性能至关重要。稳定的介电常数和损耗可以使收发天ω 线获得准确的相位,从而提高天线增益和扫描角度或范围,提高雷达探测和定位精度。PCB的介电常数和损耗性的稳卐定性不仅要确保不同批次材料的稳定性,也需要确保同一板内的变化小,具有非常好的稳定性。

                PCB材料∮所使用铜箔的表面粗糙度对会对电路的介电常数和损耗√产生影响,越薄的材料上铜箔表面粗糙度对电路可是此下的影响越大。越粗糙的铜箔Ψ 类型其自身粗糙度变化也就越大,也会造成的了介电常数和损我跟他们不熟耗的较大变化,影响电路的相位特性。

                其次需要考※虑材料的可靠性。材料的可靠性不仅指材料在PCB加工中的叠逃出了出租车之后合、受加工▃过程影响、过孔、铜箔结合力等方面具有高可靠性,还包括材料的长期可靠性。PCB材料的电气性能是否随着时间的增加仍能⊙保持稳定,是否能够在▆不同的工作环境如不同温度或湿度下仍能保持稳定,这对于汽车雷达传感器的◥可靠性以及汽车ADAS系统应用」的重要性不言而喻。

                总的来说,对于77GHz雷达传感器的天线设计,需要考虑选择具有稳定介电常数、具有超低损耗的材料∞,选择更光滑的铜箔可进一步降低电路损耗和减小那个人就是我介电常数容差变化;同时,材料要具有随时间、温度,湿度等外界工作环境而仍具有可①靠的电气性能和机械特性等特性。

                材料选择

                公司从汽车毫双脚在地上猛米波雷达发展的早期就保持和全球顶尖雷达ζ 模块的厂商合作,推出的█不含玻璃布的RO3003TM材很快料其性能经过各方面严酷的验证,并能满足在77GHz雷达传感器的需求【。RO3003TM广泛用于77GHz毫米波雷达RO3003TM具有非常稳定的介电常数,超低的』损耗特性(常规测试10GHz下的损耗因子】△0.001);同时不含有玻璃布的结构进一步减小了在毫米波频段下带来局部的介电常数的变化,消除信号的玻璃纤维效应,进一步增加了雷达传感器的相位稳定性。RO3003TM也具有超低吸水率特性(0.04% @D48/50)、极低介电常数随温度变化(TCDk)稳定性(-3ppm/°C),这些特性也确◎保了基于RO3003TM的毫米波雷达传感器随时间、温度和环境变化仍能保持出色的一个年纪看起来只有四十多岁性能。产品提供的多种铜箔类型选择←和低铜厚选择也有助于提高加工精度和产品良率,使看也就看罢了雷达传感器达到更加优异的性能。

                随着79GHz频段(77-81GHz)雷达传感器〖的发展,其具有︾更宽的信号带宽,可进一步提高雷达传感器的分辨率,增大扫描角度,甚至实现4D成像。公司在◣基于RO3003TM材料的基础上,研发并推出了RO3003G2TM材料以匹配雷达传感器对PCB材料性¤能的更高要求。相比于RO3003TM材料,RO3003G2TM在材料系统中优化了特殊的填料系统,减小填说自己当空姐已经三年了料颗粒,提高材料系︻统均一性,进一步减々小整板及批次性之间的介电常数容差;更小和均一的填料系统也使得在PCB加工过程¤中可以实现更小的过孔设计;RO3003G2TM材料选择更为光滑的铜箔,降低了电路中的插入损耗,其性☆能非常接近RO3003TM的压延铜插入损耗性█能。

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                图5 RO3003G2TM与RO3003TM材料的比较

                此外,公司的CLTE-MWTM以及RO4830TM材料还可以满足客户在77GHz雷达传感器设计的不同需求。CLTE-MWTM是基于PTFE树脂■体系的材料,具有非常小的损耗因子特作用性(Df 0.0015@10GHz),采用了特殊一种气质吧的低损耗开纤玻璃布增强,与均匀的填料一①起,提供了出色尺寸稳定性,使玻纤效应影响降到最低他何尝不是十分看重自己。有从3mil到10mil的多▂种厚度选择,使CLTE-MWTM材料非常适合※用于77GHz雷达传感器射频多层板应用。

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                图6 不同材料的损耗特用着一种略带无奈性

                RO4830TM是基于№罗杰斯RO4000系列材料体系专门开◥发,介电常数与77GHz雷达传感器最常用的低介电常数(Dk)相匹配。同时,具有极低的插入♂损耗特性和与RO4000?系列产品相同的←易加工性等特点,选用特殊的低损耗开纤玻璃布也提高了材料在毫米波频段的性能一致性,使天线可以获得更一致的相▼位特性和更高的天线增益。RO4830TM的成本低、高性价作用比是77GHz/79GHz雷达传感器设计※中的高性价比材料的首要选择。

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                图7 RO4830的开纤玻您还没有付账呢璃布

                总结

                77GHz毫米波雷达传感器的独特优势使其成为自动驾驶汽〗车不可缺少的部件。更宽带宽,更高分辨率的77GHz/79GHz雷达传感器逐虽然说它也是固态渐成为主流,正对于各种不同的雷达传感器设计方案,PCB电路材料的特性都很多程度上决定着雷达感觉还不错传感器天线的性能。罗杰斯科技作为全球先进工程材料的领导者,致力于】研发各种材料满足客户的设计需求。RO3003G2TM/RO3003TM/ CLTE-MWTM/RO4830TM等多↓种材料解决方案,及时的为客户解决了设计难题。同时,罗杰斯公司分布在全球的客户及技术】支持团队,能够确保与客户更加紧密的合作,共同不过他在日本解决客户在设计、加々工及测试中的系列问题,加快客户设计周期。

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