【应用】为77GHz汽车雷达寻找合适的线路板材料——PCB电路损耗及组成部分

时间： 2018-11-10 来源：ROGERS

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毫米波频段无线信号正逐渐被应用到各个领域，如汽车高级驾驶辅助系统(ADAS)的雷达传感器。77 GHz的雷达传感器已被证明对ADAS系统的增强相当有效，而且77GHz雷达传感器还是 “自动驾驶”汽车的关键部件。但是，哪种印刷电路板(PCB)材料最适合用于毫米波频段的ADAS与自动驾驶车辆呢？与频率较低的射频电路、微波电路不同，毫米波频率对线路板材料有极为苛刻的要求。罗杰斯公司的RO3003™ 电路板拥有毫米波频段应用所需的所有特性，在未来自动驾驶汽车的电子系统中发挥重要的作用，使得公路驾驶将变得更加安全。

对于任何高频电路的设计，使电路损耗保持最低都是一个值得追求的目标，而在毫米波频率下保持较低的电路损耗更为重要，因为在毫米波频率中信号功率更小。

本文讨论PCB电路损耗及其组成部分，介绍了在选择PCB基板时要考虑的、可使77GHz雷达PCB天线的电路损耗降到最低的关键准则。

电路损耗

对于例如77GHz的汽车毫米波雷达天线，电路的总体损耗常被描述为插入损耗。通常，电路的插入损耗由四部分组成，分别是导体损耗、介电损耗、辐射损耗与泄漏损耗。前三种方法都有很大的影响，而最后一种，即泄漏损耗，即使在毫米波频率下也通常被认为是可以忽略不计的。

导体损耗

导体损耗通常是四者中最为重要显著的，且一般与传输线技术的选择以及与线路板材料相关技术参数（例如铜箔的类型，趋肤深度和导体宽度等）有关。铜箔的类型对毫米波电路的导体损耗有很大的影响，铜箔表面光滑的电路相较铜箔表面粗糙的电路具有更小的损耗。例如，压延铜导体的电路材料具有更光滑的铜箔表面，尤其是在77 GHz时，损耗将比表面更粗糙的标准电解(ED)铜导体的损耗要小。铜的趋肤深度（射频电流在铜-基板界面中的深度）也会影响导体损耗。趋肤深度受频率影响，随着频率的提高，损耗也随之提高。当铜导体的表面粗糙度具有与趋肤深度相同或接近相同的尺寸时，铜导体的表面粗糙度将使该线路板材料的导体损耗显著提高。

之前的ROG博客曾经提到过：“为什么不能在毫米波频段下继续使用熟悉的传输线技术，如微带线。微带线的结构简单，顶层铜是信号线，底层铜是接地平面，中间由介质层隔开，其对于高频电路的设计和制造来说无疑是最容易的。但是，其它传输线形式，例如带状线和接地共面波导（GCPW），在毫米波频率下都更具有优势。

辐射损耗

微带线是一种从射频到30GHz较为流行的传输线结构，其导体损耗相对较低。而高于30 GHz时，其辐射损耗往往高于带状线与GCPW结构。辐射损耗与频率有关，随频率的增加而增加。同时它还依赖于线路板材料的介电常数(DK)，随DK的增加而减小。

线路板的厚度同样也会对辐射损耗产生影响，较厚的电路具有更大的辐射损耗。杂波模干扰也会增加毫米波电路的辐射损耗。为了使毫米波电路中的这些杂波模干扰降至最低，通常将较薄的介电材料与较窄的导体组合。正是这个原因，波长较短的毫米波电路都趋于使用较薄的电路材料，无论是哪种传输线结构。

介电损耗

线路板材料的介电损耗主要与电路材料的损耗因子(Df)有关。当用到更多介质材料时，这种类型的损耗对某些电路结构的影响会更大。例如，在使用多层介质材料的带状线电路中，介质损耗是值得进一步研究的。与较薄的电路相比，较厚的微带和GCPW电路中也更明显。带有阻焊绿油层的电路也会增加线路板材料的介电损耗，这在GCPW中比在微带电路中体现的更加明显。

77GHz下的材料参数

电路设计和制造的要求在较高的频率下就变得更为苛刻了，因为例如在77 GHz频率下，信号波长较短，而信号功率水平也较低。但是，如果可以制造高精度特征电路，并且电路材料可以提供一致的特性，则几种不同的传输线技术依然可以在毫米波频率下继续应用。

例如，毫米波频率下的低损耗带状线电路基于多个一致的介质材料和通过电镀通孔(PTHs)互连的导体铜层。每个PTH都会给电路层增加一定量的电容和电感，进而改变毫米波频率下电路的性能，特别是当导体层和介电层的特性不同时。

当然，在77GHz频率下，尽量减少电路损耗是非常重要的，因为信号功率水平往往很小。没有一种传输线技术能在如此的高频率下成为电路的必然选择。然而，毫米波频率下电路材料的特性可作为选择毫米波频率下最佳线路板材料的指南。在减小电路损耗的同时，六种关键的电路材料特性对于在77 GHz实现有效的、低损耗的毫米波电路至关重要：

·Dk公差

·电路材料Df

·铜箔导体表面粗糙度

·Dk与Df的热稳定系数

·吸水性

·玻璃编织效应

在毫米波频率下，使用罗杰斯公司RO3003^TM线路板材料来分析这六种材料特性时，其在如此高的频率上材料表现出来的优势使其成为该频段最佳的材料选择。这也可以解释为什么RO3003^TM层压板已成为77 GHz和其它毫米波电路应用中广泛使用的线路板材料。了解这六种关键的材料特性，以及它们与毫米波频率下的电气性能之间的关系，可以帮助电路设计工程师在77 GHz下寻求最佳的电路性能。正如2.4 GHz与Wi-Fi等广泛的无线通信应用相关联，77 GHz已成为“汽车雷达”标准频率。

需要详细了解77 GHz所需的低损耗毫米波电路的六大关键材料性能。请查看以下文章：

【应用】为77GHz汽车雷达寻找合适的线路板材料——77 GHz低损耗毫米波电路的六大关键材料性能详情>>>

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全部评论（4）

luosai Lv8. 研究员 2018-11-21

学习
tutucool Lv7. 资深专家 2018-11-20

学习
周鑫 Lv8. 研究员 2018-11-20

好好学习
AZHE Lv3. 高级工程师 2018-11-15

学习

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

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型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3000,3003 12X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3010 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3010 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3035™,3003 24X18 H1/H1 0600+-003/DI,RO3003™,3003 12X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,RO3006PTFE 陶瓷,3003 12X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,RO3003陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3006 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 2ED/2ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,RO3000® SERIES,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RO3006™,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3035PTFE 陶瓷,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3010™,RO3010陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 12X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 12X18 2ED/2ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/H2 0050+-0005/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 24X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3006 24X18 H1/H1 0250+-001/DI,RO3010PTFE 陶瓷,RO3006陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 5R/5R R3 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3003PTFE 陶瓷,3003 24X18 5ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3035 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 5RD/5RD 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 1RD/1RD 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI

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