【应用】基于24GHz雷达收发一体芯片CHC2442-QPG和高频/微波PCB板材RO4835的无人机远程测距方案


随着科技的发展,无人机的应用已经变的越来越广泛,为了在各种条件下实现安全的飞行,精准实时的测距成为无人机必须具备的功能之一。传统的测距方案包括三角测量、时间测量、共焦测量等光电传感测距方案,这些方案通过发射激光并对接收的激光信号进行处理,从而提取出距离信息,但是这些方案对空中环境非常敏感,气动噪声严重影响了位置信息的距离与准确性,实时数据处理难度大,很难实现快速、精准测距。相较于传统的测距方案,24GHz微波雷达测距方案由于其实时性强、反应速度快、测量距离远以及全天候的工作特性,使得其成为目前主流的无人机远程测距方案。
图1 基于24GHz微波雷达的无人机远程测距方案系统框图
基于24GHz微波雷达的无人机远程测距方案系统框图如图1所示,主要包括通信单元、天线阵列单元、电源管理单元、处理运算及高度测量单元四个部分。其中通信单元中的24GHz雷达收发一体芯片是整个无人机远程测距方案的核心,这一收发一体芯片需要满足以下几方面的要求:
1)发射机具有较高的输出功率,使得无人机可以实现远程测距。
2)接收机具有较高的增益以及较低的噪声系数,从而使得接收机具有较高的灵敏度,实现远程精准测距。
3)整个24GHz雷达收发一体芯片的各个端口之间具有较高的隔离度,实现芯片中发射通道、接收通道以及本振信号产生通道之间互不干扰。
针对上述对于24GHz雷达收发一体芯片的需求,著名半导体供应商UMS推出的高集成收发一体芯片CHC2442-QPG是用户的绝佳选择。CHC2442-QPG的内部结构图如图2所示,其是业界唯一采用GaAs工艺生产而成的24GHz雷达收发一体芯片,其主要性能参数为;
1)工作频率为24-24.5 GHz
2)最大发射功率大于13dBm
3)发射通道增益可调范围为12dB
4)接收机增益为37dB
5)接收通道增益可调范围为24dB
6)当射频可调增益放大器VGA增益最小时,1dB压缩点功率P1dB等于-16dBm
7)直流偏置电压3.3V,偏置电流为205-225mA@Pout@stage 8-0
8)工作温度范围为-40℃~+125℃
9)采用28L-QFN4X5 SMD封装,符合RoHS标准
10)芯片内部集成VCO产生的时钟信号的相位噪声为-90dBc@100kHz
11)本振LO端口和射频RF端口隔离度大于等于45dB
12)接收机单边带噪声系数SSB NF为11.5dB
图2 CHC2442-QPG芯片内部结构图
由上述可以看出,UMS推出的高集成收发一体芯片CHC2442-QPG具有发射/接收通道增益高、增益可调幅度大、接收机噪声系数低、不同端口之间隔离度较大等优点,可以很好的满足无人机远程测距系统对于24GHz雷达收发一体芯片的要求。
为了充分发挥出无人机远程测距方案中芯片和天线阵列单元的性能,还需要结合性能优良的高频PCB板材。传统的FR4板材是由环氧树脂和玻璃布压合而成,其介电常数在4.2-4.7范围内且随温度变化,在0~70℃的温度范围内,其最大变化范围会达到20%,一般设计时介电常数经典值为4.4。损耗因子等于0.02,可以看出这种板材介电常数波动大,且由于损耗因子较高使得微波信号传输时衰减较大,无法满足无人机远程测距系统对于板材的要求。全球知名的高频PCB板材提供商ROGERS公司推出的RO4835具有优良的性能,其内部添加了陶瓷和玻璃布的碳氢化合物,大幅增加了产品的一致性和使用寿命。其主要具体性能参数如下;
1)介电常数温度系数TCDK为50ppm/℃
2)尺寸稳定性为<0.5mm/m
3)XYZ三轴的热膨胀系数为10/12/31ppm/℃
4)RO4835板材可以和FR4混压
5)在24GHz高频处表现出良好的介电常数稳定性和一致性
6)介电常数DK的设计值为3.66,制造值为3.48±0.05
7)损耗因子等于0.0037
可以看出,ROGERS公司推出的RO4835具有较高的介电常数稳定性,较低的热膨胀系数,且损耗因子较低(保证了高频信号在PCB传输线上具有较低的损耗)。
综上所述,UMS推出的高集成收发一体芯片CHC2442-QPG具有发射/接收通道增益高、增益可调幅度大、接收机噪声系数低、不同端口之间隔离度较大等优点,可以很好的满足无人机远程测距系统对于24GHz雷达收发一体芯片的要求。再配合ROGERS公司推出的低损耗、高稳定性的高频/微波PCB板材RO4835,助力无人机实现精准实时的远程测距功能。
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产品型号
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品类
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产品系列
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介电常数(Dk)
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正切角损耗(Df)
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介质厚度(mm)(mil)
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导热系数W/(m·K)
|
铜箔类型
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铜箔1厚度
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铜箔2厚度
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尺寸(inch)
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5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI
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层压板
|
RT/duroid® 5880LZ
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2
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0.0027
|
0.254mm(10mil)
|
0.33
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电解铜
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H1
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H1
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24X18
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产品型号
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品类
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RF Bandwidth (GHz)min
|
RF Bandwidth (GHz)max
|
Gain RX(dB)
|
Gain TX(dB)
|
Pout TX(dBm)
|
NF RX(dB)
|
Number of Bit Atten.
|
Bias(mA)
|
Bias(V)
|
Case
|
CHC2442-QPG
|
传感器
|
24
|
24.5
|
37
|
VCO incl.
|
13.5
|
11.5
|
5
|
225
|
3.3
|
QFN
|
如何计算传输线的最大传输功率?
传输线的最大传输功率或者最大功率容量与板上的最高工作温度MOT相关,也与板级散热有关。当散热情况良好的情况下,会降低板上的工作温度,提高传输功率。在仅仅考虑板材特性的情况下,确保最大传输功率不超过板上的MOT即可。特定材料的PCB板上的MOT值与具体线路相关进行评估,总的准则是MOT小于材料的RTI值。20mil RO4835™材料的RTI值是130摄氏度。
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电子商城
品牌:ROGERS
品类:High Frequency Circuit Materials
价格:¥646.1047
现货: 2,750
品牌:ROGERS
品类:Circuit Materials
价格:¥1,523.4347
现货: 2,612
品牌:ROGERS
品类:High Frequency Laminates
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价格:¥177.5640
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现货市场
服务市场

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最小起订量:5000 提交需求>

可定制UV胶的粘度范围:150~25000cps,粘接材料:金属,塑料PCB,玻璃,陶瓷等;固化方式:UV固化;双固化,产品通过ISO9001:2008及ISO14000等认证。
最小起订量:1支 提交需求>
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