Frekvenca signala pri uporabi avtomobilskega radarja se giblje med 30 in 300 GHz, celo do 24 GHz.S pomočjo različnih funkcij vezja se ti signali prenašajo prek različnih tehnologij prenosnih linij, kot so mikrotrakasti vodi, trakasti vodi, v substrat integrirani valovod (SIW) in ozemljeni koplanarni valovod (GCPW).Te tehnologije prenosnih linij (slika 1) se običajno uporabljajo pri frekvencah mikrovalovnih valov in včasih pri frekvencah milimetrskih valov.Potrebni so laminatni materiali za vezje, ki se uporabljajo posebej za te visokofrekvenčne pogoje.Mikrotrakasti vod kot najpreprostejša in najpogosteje uporabljena tehnologija vezja prenosnega voda lahko doseže visoko stopnjo kvalifikacije vezja z uporabo običajne tehnologije obdelave vezja.Ko pa se frekvenca dvigne na frekvenco milimetrskega vala, to morda ni najboljši prenosni vod.Vsak daljnovod ima svoje prednosti in slabosti.Na primer, čeprav je mikrotrakasto linijo enostavno obdelati, mora rešiti problem velike izgube sevanja pri uporabi na frekvenci milimetrskega valovanja.
Slika 1 Pri prehodu na milimetrsko valovno frekvenco se morajo načrtovalci mikrovalovnih vezij soočiti z izbiro vsaj štirih tehnologij prenosnih linij pri mikrovalovni frekvenci
Čeprav je odprta struktura mikrotrakastega voda primerna za fizično povezavo, bo povzročila tudi nekaj težav pri višjih frekvencah.V mikrotrakastem prenosnem vodu se elektromagnetni (EM) valovi širijo skozi prevodnik materiala vezja in dielektrično podlago, vendar se nekateri elektromagnetni valovi širijo skozi okoliški zrak.Zaradi nizke vrednosti Dk zraka je efektivna vrednost Dk vezja nižja od vrednosti materiala vezja, kar je treba upoštevati pri simulaciji vezja.V primerjavi z nizkim Dk vezja iz materialov z visokim Dk ponavadi ovirajo prenos elektromagnetnih valov in zmanjšajo hitrost širjenja.Zato se v tokokrogih z milimetrskimi valovi običajno uporabljajo materiali z nizko Dk.
Ker je v zraku določena stopnja elektromagnetne energije, bo mikrotrakasto vezje sevalo navzven v zrak, podobno kot antena.To bo povzročilo nepotrebno izgubo sevanja v vezju mikrotrakastega voda, izguba pa se bo povečevala s povečanjem frekvence, kar prinaša tudi izzive oblikovalcem vezja, ki preučujejo mikrotrakasto linijo, da bi omejili izgubo sevanja vezja.Da bi zmanjšali izgubo sevanja, je mogoče mikrotrakaste linije izdelati iz materialov vezja z višjimi vrednostmi Dk.Vendar bo povečanje Dk upočasnilo hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja (glede na zrak), kar bo povzročilo fazni zamik signala.Druga metoda je zmanjšanje izgube sevanja z uporabo tanjših materialov vezja za obdelavo mikrotrakastih linij.Vendar pa so v primerjavi z debelejšimi materiali vezja tanjši materiali vezja bolj dovzetni za vpliv hrapavosti površine bakrene folije, kar bo povzročilo tudi določen fazni zamik signala.
Čeprav je konfiguracija vezja mikrotrakaste linije preprosta, vezje mikrotrakaste linije v milimetrskem pasu potrebuje natančen nadzor tolerance.Na primer, širino vodnika, ki jo je treba strogo nadzorovati, in višja kot je frekvenca, strožja bo toleranca.Zato je mikrotrakasta linija v frekvenčnem pasu milimetrskih valov zelo občutljiva na spremembo tehnologije obdelave, pa tudi na debelino dielektričnega materiala in bakra v materialu, zahteve glede tolerance za zahtevano velikost vezja pa so zelo stroge.
Trakasti val je zanesljiva tehnologija prenosnega tokokroga, ki ima lahko dobro vlogo pri frekvenci milimetrskega valovanja.Vendar je v primerjavi z mikrotrakastim vodnikom trakasti prevodnik obdan z medijem, zato priključka ali drugih vhodno/izhodnih vrat ni enostavno povezati s trakastim valovodom za prenos signala.Trakasti valovod lahko razumemo kot nekakšen ploščat koaksialni kabel, v katerem je prevodnik ovit s plastjo dielektrika in nato prekrit s plastjo.Ta struktura lahko zagotovi visokokakovosten učinek izolacije vezja, hkrati pa ohranja širjenje signala v materialu vezja (namesto v okoliškem zraku).Elektromagnetno valovanje se vedno širi skozi material vezja.Trakasto vezje je mogoče simulirati glede na značilnosti materiala vezja, ne da bi upoštevali vpliv elektromagnetnega valovanja v zraku.Vendar pa je prevodnik tokokroga, obdan z medijem, občutljiv na spremembe v tehnologiji obdelave in izzivi dovajanja signala otežujejo, da se trakasti valovod težko spopade, zlasti pod pogojem, da je konektor manjše velikosti pri frekvenci milimetrskega valovanja.Zato se trakasti valovi običajno ne uporabljajo v vezjih z milimetrskimi valovi, razen za nekatera vezja, ki se uporabljajo v avtomobilskih radarjih.
Ker je v zraku določena stopnja elektromagnetne energije, bo mikrotrakasto vezje sevalo navzven v zrak, podobno kot antena.To bo povzročilo nepotrebno izgubo sevanja v vezju mikrotrakastega voda, izguba pa se bo povečevala s povečanjem frekvence, kar prinaša tudi izzive oblikovalcem vezja, ki preučujejo mikrotrakasto linijo, da bi omejili izgubo sevanja vezja.Da bi zmanjšali izgubo sevanja, je mogoče mikrotrakaste linije izdelati iz materialov vezja z višjimi vrednostmi Dk.Vendar bo povečanje Dk upočasnilo hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja (glede na zrak), kar bo povzročilo fazni zamik signala.Druga metoda je zmanjšanje izgube sevanja z uporabo tanjših materialov vezja za obdelavo mikrotrakastih linij.Vendar pa so v primerjavi z debelejšimi materiali vezja tanjši materiali vezja bolj dovzetni za vpliv hrapavosti površine bakrene folije, kar bo povzročilo tudi določen fazni zamik signala.
Čeprav je konfiguracija vezja mikrotrakaste linije preprosta, vezje mikrotrakaste linije v milimetrskem pasu potrebuje natančen nadzor tolerance.Na primer, širino vodnika, ki jo je treba strogo nadzorovati, in višja kot je frekvenca, strožja bo toleranca.Zato je mikrotrakasta linija v frekvenčnem pasu milimetrskih valov zelo občutljiva na spremembo tehnologije obdelave, pa tudi na debelino dielektričnega materiala in bakra v materialu, zahteve glede tolerance za zahtevano velikost vezja pa so zelo stroge.
Trakasti val je zanesljiva tehnologija prenosnega tokokroga, ki ima lahko dobro vlogo pri frekvenci milimetrskega valovanja.Vendar je v primerjavi z mikrotrakastim vodnikom trakasti prevodnik obdan z medijem, zato priključka ali drugih vhodno/izhodnih vrat ni enostavno povezati s trakastim valovodom za prenos signala.Trakasti valovod lahko razumemo kot nekakšen ploščat koaksialni kabel, v katerem je prevodnik ovit s plastjo dielektrika in nato prekrit s plastjo.Ta struktura lahko zagotovi visokokakovosten učinek izolacije vezja, hkrati pa ohranja širjenje signala v materialu vezja (namesto v okoliškem zraku).Elektromagnetno valovanje se vedno širi skozi material vezja.Trakasto vezje je mogoče simulirati glede na značilnosti materiala vezja, ne da bi upoštevali vpliv elektromagnetnega valovanja v zraku.Vendar pa je prevodnik tokokroga, obdan z medijem, občutljiv na spremembe v tehnologiji obdelave in izzivi dovajanja signala otežujejo, da se trakasti valovod težko spopade, zlasti pod pogojem, da je konektor manjše velikosti pri frekvenci milimetrskega valovanja.Zato se trakasti valovi običajno ne uporabljajo v vezjih z milimetrskimi valovi, razen za nekatera vezja, ki se uporabljajo v avtomobilskih radarjih.
Slika 2 Zasnova in simulacija prevodnika vezja GCPW je pravokotna (zgornja slika), vendar je prevodnik obdelan v trapezoid (spodnja slika), kar bo imelo različne učinke na frekvenco milimetrskega valovanja.
Za številne nastajajoče aplikacije vezij z milimetrskimi valovi, ki so občutljive na fazni odziv signala (kot je avtomobilski radar), je treba čim bolj zmanjšati vzroke za fazno nedoslednost.Vezje GCPW s frekvenco milimetrskega valovanja je občutljivo na spremembe materialov in tehnologije obdelave, vključno s spremembami vrednosti Dk materiala in debeline podlage.Drugič, na delovanje vezja lahko vplivata debelina bakrenega prevodnika in hrapavost površine bakrene folije.Zato je treba debelino bakrenega vodnika vzdrževati v strogih tolerancah, hrapavost površine bakrene folije pa čim bolj zmanjšati.Tretjič, izbira površinske prevleke na vezju GCPW lahko vpliva tudi na zmogljivost milimetrskega vala vezja.Na primer, vezje, ki uporablja kemično nikljevo zlato, ima večjo izgubo niklja kot baker, ponikljana površinska plast pa bo povečala izgubo GCPW ali mikrotrakaste linije (slika 3).Končno bo zaradi majhne valovne dolžine sprememba debeline prevleke povzročila tudi spremembo faznega odziva, vpliv GCPW pa je večji kot vpliv mikrotrakaste linije.
Slika 3 Mikrotrakasta linija in vezje GCPW, prikazana na sliki, uporabljata isti material vezja (Rogersov laminat RO4003C™ debeline 8 milov), vpliv ENIG na vezje GCPW je veliko večji kot na mikrotrakasto linijo pri frekvenci milimetrskih valov.
Čas objave: 5. oktober 2022
