汽車高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）中不同類型雷達(dá)傳感器應(yīng)用的電路材料的選擇方法

　　除了使用雷達(dá)，激光雷達(dá)和聲納之類的引導(dǎo)/警告系統(tǒng)之外，機(jī)動(dòng)車輛也將使用與其他車輛的無(wú)線通信來(lái)創(chuàng)建對(duì)周圍環(huán)境的電子感知，例如交通和障礙物。這種無(wú)線通信將包含PCB天線和高頻電路，作為“車聯(lián)網(wǎng)”或“V2X”通信系統(tǒng)的一部分，以保持對(duì)其他車輛及其周圍交通的感知。包括通信、激光雷達(dá)和雷達(dá)在內(nèi)的多種電子技術(shù)的結(jié)合，將有助于在每輛汽車周圍形成一個(gè)安全屏障，并為其中央控制計(jì)算機(jī)提供安全自動(dòng)駕駛汽車所需的輸入數(shù)據(jù)。

　　雷達(dá)技術(shù)與其他車載電子安全技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：在各種惡劣天氣條件下，即使在基于聲光的ADAS技術(shù)(包括攝像機(jī))可能嚴(yán)重退化的情況下，它也能有效運(yùn)行。雷達(dá)系統(tǒng)具有能全天候工作的優(yōu)勢(shì)，但是用于自動(dòng)駕駛汽車的雷達(dá)系統(tǒng)也需要穩(wěn)定的高性能PCB天線來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收功能。要PCB天線實(shí)現(xiàn)角度和高橫向分辨率以及可重復(fù)一致性能，這就要求電路材料的特性能夠支持其在如此高的頻率與環(huán)境中進(jìn)行工作。

　　用于毫米波頻率下的高性能PCB天線材料必須具有低損耗特性，并且材料的不同批次以及車輛環(huán)境(例如溫度和濕度)的變化條件下仍具有良好的介電常數(shù)(Dk)容差變化。 此外，車載毫米波雷達(dá)PCB天線的電路材料還應(yīng)具有光滑的銅箔表面，低損耗因數(shù)(Df)和低吸濕性。

　　用于這種高頻毫米波PCB天線的電路材料的常用選擇就是來(lái)自Rogers Corp.的5-mil RO3003 TM層壓板(圖3)。它具有毫米波電路所需的嚴(yán)格控制的介電常數(shù)(DK)，其10 GHz的DK值為3.00±0.04之內(nèi)。其Dk值隨溫度的變化，即介電常數(shù)溫度系數(shù)(TCDk)很小，僅為-3 ppm /oC(圖4)。 RO3003層壓板還具有毫米波電路所需的光滑銅箔表面，10 GHz時(shí)Df值為0.0010，以及低的吸濕率0.04%。 此外，它不含有玻璃布，避免了毫米波頻率下的玻璃編織效應(yīng)產(chǎn)生的不穩(wěn)定和不一致性。

　　圖3：RO3003?電路層壓板具有汽車高性能毫米波雷達(dá)PCB天線所必需的特性。

　　圖4：RO3003?電路層壓板在不同溫度下的Dk變化幾乎可以忽略不計(jì)，TCDk僅為-3 ppm /oC。

　　羅杰斯公司的RO4000?層壓板已成為24 GHz車載雷達(dá)傳感器與ADAS中用于短距離、盲點(diǎn)檢測(cè)等雷達(dá)天線應(yīng)用中可靠的電路材料。自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展將會(huì)在每一輛車輛中使用許多不同的傳感器系統(tǒng)，作為一種“系統(tǒng)之系統(tǒng)”的形式，協(xié)調(diào)多個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)、聲納、激光雷達(dá)和照相機(jī)等傳感器，為自動(dòng)駕駛汽車提供許多不同的電子“有利點(diǎn)”。較低頻率的24-GHz雷達(dá)已用于停車輔助功能和較短距離的防碰撞預(yù)警。高頻的車載雷達(dá)系統(tǒng)，目前頻率在77 GHz——最終會(huì)是79 GHz頻段——將用于中距離功能，如變道輔助(LCA)和遠(yuǎn)程功能、自適應(yīng)巡航控制( ACC)、前方碰撞警告以及自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)。自動(dòng)駕駛汽車在移動(dòng)時(shí)的電子檢測(cè)和警報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將非常龐大，顯著需要很高的的車載信號(hào)處理和微處理器。

　　當(dāng)然，在這樣高的頻率下產(chǎn)生和維持信號(hào)性能從來(lái)都不是一件簡(jiǎn)單的事。對(duì)于這些高頻毫米波天線和電路，即使在車輛環(huán)境中，羅杰斯公司的RO3000?和RO4000層壓板也可以提供高頻率下穩(wěn)定可靠的電氣性能。真正完全自主的自動(dòng)駕駛汽車需要對(duì)所有面進(jìn)行檢測(cè)，以形成車輛周圍360度的環(huán)境監(jiān)視并根據(jù)不同情況引導(dǎo)車輛，從而取代人類駕駛員對(duì)外部環(huán)境的反應(yīng)。

　　雷達(dá)只是未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車的電子技術(shù)之一。自動(dòng)駕駛汽車必須被不同類型的傳感器包圍，從而有助于不斷收集環(huán)境數(shù)據(jù)，以保障汽車及其乘客的安全(其中一個(gè)可能被認(rèn)為是駕駛員)。自動(dòng)駕駛汽車也將依賴一個(gè)被稱為“傳感器融合”(sensor fusion)的信息處理，將許多不同傳感器收集到的數(shù)據(jù)整合為可用的信息，并將其轉(zhuǎn)化為安全、舒適的駕駛體驗(yàn)。

　　為準(zhǔn)確收集周外環(huán)境如自行車，自行駕駛車輛等所需的數(shù)據(jù)，許多小型多層印刷電路板天線和其他傳感器電路將需要采用穩(wěn)定的低損耗電路材料，例如羅杰斯公司的RO3000，RO4000和Kappa?438層壓板，其在射頻到毫米波頻率具有電路所需的性能和穩(wěn)定性。

　　電路的尺寸隨著頻率的增加而減小，特別是工作頻率為77和79 GHz時(shí)，因?yàn)檫@些信號(hào)波長(zhǎng)非常小。各種工作在該頻段下的電路傳輸線，包括微帶線、帶狀線、和共面波導(dǎo)(CPW)電路等，由于電路尺寸很小就要求非常材料具有良好的一致和可預(yù)測(cè)性，如RO3003?和RO4830?層壓板。高頻電路材料，例如Rogers RO3003層壓板，在不同電路和不斷變化的環(huán)境下仍保持一致性特別良好的Dk性能，同時(shí)，具有毫米波頻率下所需的低損耗因子(Df)或損耗(圖5)。 RO4830熱固性層壓板非常適合對(duì)價(jià)格敏感的毫米波產(chǎn)品應(yīng)用，它也是傳統(tǒng)PTFE基層壓板的可靠、低成本的替代產(chǎn)品。 RO4830層壓板在77 GHz時(shí)的介電常數(shù)為3.2。 LoPro?反轉(zhuǎn)銅箔技術(shù)有助于RO4830層壓板在77GHz時(shí)的插入損耗優(yōu)化，其插入損耗值為每英寸2.2dB。

　　RO3000和RO4000電路材料的出色機(jī)械和電氣性能水平可以與RO4400?粘接材料的相結(jié)合，并在79 GHz時(shí)表現(xiàn)非常好和一致的低損耗電路特性。這些關(guān)鍵的電路材料將提供可重復(fù)性且可靠的電氣性能，并使傳感器獲得自動(dòng)駕駛汽車的車載處理器使用的可靠的數(shù)據(jù)，以保證可以車輛的安全行駛。