La fréquence du signal dans l'application du radar automobile varie entre 30 et 300 GHz, même aussi bas que 24 GHz.À l'aide de différentes fonctions de circuit, ces signaux sont transmis via différentes technologies de ligne de transmission telles que les lignes microruban, les lignes ruban, le guide d'ondes intégré au substrat (SIW) et le guide d'ondes coplanaire mis à la terre (GCPW).Ces technologies de lignes de transmission (Fig. 1) sont généralement utilisées aux fréquences micro-ondes, et parfois aux fréquences millimétriques.Des matériaux stratifiés de circuit spécialement utilisés pour cette condition de haute fréquence sont nécessaires.La ligne microruban, en tant que technologie de circuit de ligne de transmission la plus simple et la plus couramment utilisée, peut atteindre un taux de qualification de circuit élevé en utilisant la technologie de traitement de circuit conventionnelle.Mais lorsque la fréquence est élevée à la fréquence des ondes millimétriques, il se peut que ce ne soit pas la meilleure ligne de transmission de circuit.Chaque ligne de transmission a ses propres avantages et inconvénients.Par exemple, bien que la ligne microruban soit facile à traiter, elle doit résoudre le problème de la perte de rayonnement élevée lorsqu'elle est utilisée à la fréquence des ondes millimétriques.
Figure 1 Lors de la transition vers la fréquence des ondes millimétriques, les concepteurs de circuits hyperfréquences doivent faire face au choix d'au moins quatre technologies de ligne de transmission à la fréquence hyperfréquence
Bien que la structure ouverte de la ligne microruban soit pratique pour la connexion physique, elle causera également des problèmes à des fréquences plus élevées.Dans la ligne de transmission à microruban, les ondes électromagnétiques (EM) se propagent à travers le conducteur du matériau du circuit et le substrat diélectrique, mais certaines ondes électromagnétiques se propagent dans l'air ambiant.En raison de la faible valeur Dk de l'air, la valeur Dk effective du circuit est inférieure à celle du matériau du circuit, ce qui doit être pris en compte dans la simulation du circuit.Par rapport à un faible Dk, les circuits constitués de matériaux à fort Dk ont tendance à gêner la transmission des ondes électromagnétiques et à réduire le taux de propagation.Par conséquent, les matériaux de circuit à faible Dk sont généralement utilisés dans les circuits à ondes millimétriques.
Parce qu'il y a un certain degré d'énergie électromagnétique dans l'air, le circuit de ligne microruban rayonnera vers l'extérieur dans l'air, semblable à une antenne.Cela entraînera une perte de rayonnement inutile sur le circuit de la ligne microruban, et la perte augmentera avec l'augmentation de la fréquence, ce qui pose également des défis aux concepteurs de circuits qui étudient la ligne microruban pour limiter la perte de rayonnement du circuit.Afin de réduire la perte de rayonnement, les lignes microruban peuvent être fabriquées avec des matériaux de circuit avec des valeurs Dk plus élevées.Cependant, l'augmentation de Dk va ralentir la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques (par rapport à l'air), provoquant le déphasage du signal.Une autre méthode consiste à réduire la perte de rayonnement en utilisant des matériaux de circuit plus minces pour traiter les lignes microruban.Cependant, par rapport aux matériaux de circuit plus épais, les matériaux de circuit plus minces sont plus sensibles à l'influence de la rugosité de la surface de la feuille de cuivre, ce qui entraînera également un certain déphasage du signal.
Bien que la configuration du circuit de ligne microruban soit simple, le circuit de ligne microruban dans la bande des ondes millimétriques nécessite un contrôle de tolérance précis.Par exemple, la largeur du conducteur doit être strictement contrôlée, et plus la fréquence est élevée, plus la tolérance sera stricte.Par conséquent, la ligne microruban dans la bande de fréquence des ondes millimétriques est très sensible au changement de technologie de traitement, ainsi qu'à l'épaisseur du matériau diélectrique et du cuivre dans le matériau, et les exigences de tolérance pour la taille de circuit requise sont très strictes.
Stripline est une technologie de ligne de transmission de circuit fiable, qui peut jouer un bon rôle dans la fréquence des ondes millimétriques.Cependant, par rapport à la ligne microruban, le conducteur de la ligne ruban est entouré par le support, il n'est donc pas facile de connecter le connecteur ou d'autres ports d'entrée/sortie à la ligne ruban pour la transmission du signal.La stripline peut être considérée comme une sorte de câble coaxial plat, dans lequel le conducteur est enveloppé d'une couche diélectrique puis recouvert d'une strate.Cette structure peut fournir un effet d'isolation de circuit de haute qualité, tout en maintenant la propagation du signal dans le matériau du circuit (plutôt que dans l'air ambiant).L'onde électromagnétique se propage toujours à travers le matériau du circuit.Le circuit triplaque peut être simulé en fonction des caractéristiques du matériau du circuit, sans tenir compte de l'influence des ondes électromagnétiques dans l'air.Cependant, le conducteur de circuit entouré par le support est vulnérable aux changements de technologie de traitement, et les défis de l'alimentation du signal rendent difficile la gestion de la ligne triplaque, en particulier dans des conditions de taille de connecteur plus petite à la fréquence des ondes millimétriques.Par conséquent, à l'exception de certains circuits utilisés dans les radars automobiles, les lignes triplaques ne sont généralement pas utilisées dans les circuits à ondes millimétriques.
Parce qu'il y a un certain degré d'énergie électromagnétique dans l'air, le circuit de ligne microruban rayonnera vers l'extérieur dans l'air, semblable à une antenne.Cela entraînera une perte de rayonnement inutile sur le circuit de la ligne microruban, et la perte augmentera avec l'augmentation de la fréquence, ce qui pose également des défis aux concepteurs de circuits qui étudient la ligne microruban pour limiter la perte de rayonnement du circuit.Afin de réduire la perte de rayonnement, les lignes microruban peuvent être fabriquées avec des matériaux de circuit avec des valeurs Dk plus élevées.Cependant, l'augmentation de Dk va ralentir la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques (par rapport à l'air), provoquant le déphasage du signal.Une autre méthode consiste à réduire la perte de rayonnement en utilisant des matériaux de circuit plus minces pour traiter les lignes microruban.Cependant, par rapport aux matériaux de circuit plus épais, les matériaux de circuit plus minces sont plus sensibles à l'influence de la rugosité de la surface de la feuille de cuivre, ce qui entraînera également un certain déphasage du signal.
Bien que la configuration du circuit de ligne microruban soit simple, le circuit de ligne microruban dans la bande des ondes millimétriques nécessite un contrôle de tolérance précis.Par exemple, la largeur du conducteur doit être strictement contrôlée, et plus la fréquence est élevée, plus la tolérance sera stricte.Par conséquent, la ligne microruban dans la bande de fréquence des ondes millimétriques est très sensible au changement de technologie de traitement, ainsi qu'à l'épaisseur du matériau diélectrique et du cuivre dans le matériau, et les exigences de tolérance pour la taille de circuit requise sont très strictes.
Stripline est une technologie de ligne de transmission de circuit fiable, qui peut jouer un bon rôle dans la fréquence des ondes millimétriques.Cependant, par rapport à la ligne microruban, le conducteur de la ligne ruban est entouré par le support, il n'est donc pas facile de connecter le connecteur ou d'autres ports d'entrée/sortie à la ligne ruban pour la transmission du signal.La stripline peut être considérée comme une sorte de câble coaxial plat, dans lequel le conducteur est enveloppé d'une couche diélectrique puis recouvert d'une strate.Cette structure peut fournir un effet d'isolation de circuit de haute qualité, tout en maintenant la propagation du signal dans le matériau du circuit (plutôt que dans l'air ambiant).L'onde électromagnétique se propage toujours à travers le matériau du circuit.Le circuit triplaque peut être simulé en fonction des caractéristiques du matériau du circuit, sans tenir compte de l'influence des ondes électromagnétiques dans l'air.Cependant, le conducteur de circuit entouré par le support est vulnérable aux changements de technologie de traitement, et les défis de l'alimentation du signal rendent difficile la gestion de la ligne triplaque, en particulier dans des conditions de taille de connecteur plus petite à la fréquence des ondes millimétriques.Par conséquent, à l'exception de certains circuits utilisés dans les radars automobiles, les lignes triplaques ne sont généralement pas utilisées dans les circuits à ondes millimétriques.
Figure 2 La conception et la simulation du conducteur du circuit GCPW sont rectangulaires (figure ci-dessus), mais le conducteur est transformé en trapèze (figure ci-dessous), ce qui aura des effets différents sur la fréquence des ondes millimétriques.
Pour de nombreuses applications émergentes de circuits à ondes millimétriques qui sont sensibles à la réponse de phase du signal (telles que les radars automobiles), les causes d'incohérence de phase doivent être minimisées.Le circuit GCPW à fréquence d'ondes millimétriques est vulnérable aux changements dans les matériaux et la technologie de traitement, y compris les changements dans la valeur Dk du matériau et l'épaisseur du substrat.Deuxièmement, les performances du circuit peuvent être affectées par l'épaisseur du conducteur en cuivre et la rugosité de surface de la feuille de cuivre.Par conséquent, l'épaisseur du conducteur en cuivre doit être maintenue dans une tolérance stricte et la rugosité de surface de la feuille de cuivre doit être minimisée.Troisièmement, le choix du revêtement de surface sur le circuit GCPW peut également affecter les performances en ondes millimétriques du circuit.Par exemple, le circuit utilisant du nickel-or chimique a plus de perte de nickel que le cuivre, et la couche de surface nickelée augmentera la perte de GCPW ou de ligne microruban (Figure 3).Enfin, en raison de la petite longueur d'onde, le changement d'épaisseur de revêtement entraînera également le changement de réponse de phase, et l'influence de GCPW est supérieure à celle de la ligne microruban.
Figure 3 La ligne microruban et le circuit GCPW illustrés sur la figure utilisent le même matériau de circuit (stratifié RO4003C ™ de 8 mil d'épaisseur de Rogers), l'influence d'ENIG sur le circuit GCPW est bien supérieure à celle sur la ligne microruban à une fréquence d'onde millimétrique.
Heure de publication : 05 octobre 2022
