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常见问题

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微波向毫米波频段设计辐射损耗问题
2022-03-29
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5G无线网络和ADAS汽车等许多新兴应用的电路开发者正面临着设计并制出实际可行的30到300GHz电路解决方案的挑战。汽车雷达应用中的信号频率在30和300GHz之间变化,甚至会低至24GHz,这些信号借助于不同电路功能,通过微带线、带状线、PCB基板集成波导(SIW)和接地共面波导等不同传输线技术传播。这些传输线技术通常在微波频率下使用,有时也在毫米波频率下使用,都需要使用专门用于这种高频率条件的电路层压板材料。微带线作为最简单、最常用的传输线电路技术,采用常规的电路加工工艺即可能够实现较高的电路合格率。但频率升高至毫米波频率,它可能不是最好的电路传输线。每种传输线都有自己的优点和缺点,例如,微带线虽然易于线路板加工,但是当在毫米波频率下使用时必须解决较高的辐射损耗问题。

微带线的开放性结构虽然方便物理连接,但是在较高频率下也会产生一些问题。在微带传输线中,电磁(EM)波通过电路材料的导体和介质基板传播,但是还有部分电磁波通过周围的空气传播。由于空气的低Dk值,造成电路的有效Dk值低于电路材料的Dk值,在电路仿真时必须予以考虑。利用高Dk值材料加工制成的电路,与低Dk相比,趋于对电磁波的传输形成一定的阻碍,降低传播速率,因此在毫米波电路中通常会选用低Dk值电路材料。

因为空气中存在一定程度的电磁能量,所以微带线电路会向外辐射到空气中,类似于天线。这会给微带线电路造成不必要的辐射损耗,损耗会随频率的增加而增加,也为研究微带线的电路设计人员带来限制电路辐射损耗的挑战。为了降低辐射损耗,可以用Dk值较高的电路材料加工微带线。但是相对于空气Dk的增加会减慢电磁波传播速率,造成信号相移。另一种方法是通过使用较薄的电路材料加工微带线来降低辐射损耗。但是与较厚的电路材料相比,较薄的电路材料更易受铜箔表面粗糙度的影响,进而也会造成一定的信号相移。

带状线是一种可靠的电路传输线技术,能够在毫米波频率发挥良好性能。但是与微带线相比,带状线导体被介质包围,因此不易于将连接器或其它输入/输出端口连接到带状线上进行信号传输。带状线可以被视为类似于一种扁平同轴电缆,导体被介质层包裹,然后用地层覆盖。这种结构可以提供优质的电路隔离效果,同时使信号传播保持在电路材料内,而非周围的空气中。电磁波始终通过电路材料传播,可以根据电路材料的特性模拟带状线电路,无需考虑空气中的电磁波影响。但是,被介质包围的电路导体易受加工工艺变化的影响,而且信号馈入的挑战使带状线难以应对,尤其是在毫米波频率下连接器尺寸更小的条件下。因此,除汽车雷达应用的一些电路外,带状线通常不用于毫米波电路。

基于SIW技术可以设计有源和无源的电路,已经被用在汽车雷达和其它毫米波应用中,例如谐振器和滤波器。这种电路可在较高的频率下获得低损耗信号传播,但是和其它电路技术一样,SIW技术也需要平衡在毫米波频率下的优势和挑战。

在SIW结构中,是利用一个上部金属层、一个下部地层和金属层与地层之间的几排电镀通孔形成一个电路信号通路。实际上,它构成一个用介质材料填充的紧凑矩形波导。它能够在毫米波频率下保持低损耗特性,但是PTH必需在非常严格的容差内,尤其是在较高频率条件下。因此,SIW容易受电路加工工艺变化的影响。同时,毫米波频段下的SIW电路需要使用Dk变化最小的电路材料,而且在电路加工期间,需要进行精密钻孔孔径和位置,并保持严格的钻孔容差,所以在毫米波频率条件下实现SIW电路也有一定的难度。

对于对信号相位响应敏感的许多新兴毫米波电路应用来说,应尽量减少造成相位不一致的原因。毫米波频率的GCPW电路容易受材料和PCB加工工艺变化的影响,包括材料Dk值和基板厚度的变化。其次,电路性能可能受铜导体厚度和铜箔表面粗糙度的影响,因此应将铜导体厚度保持在一个严格的容差内,同时应尽量减小铜箔表面粗糙度。再次,GCPW电路上表面镀层的选择也可能影响电路的毫米波性能。例如,使用化学镍金的电路,镍的损耗比铜多,镀镍面层会增加 GCPW或微带线上的损耗。最后,由于波长小,所以镀层的厚度变化也会造成相位响应变化,且GCPW的影响比对微带线的影响大。爱彼电路(iPcb®)是专业高精密PCB电路板研发生产厂家,可批量生产4-46层pcb板,电路板,线路板,高频板,高速板,HDI板,pcb线路板,高频高速板,双面,多层线路板,hdi电路板,混压电路板,高频电路板,软硬结合板等

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