chulefuzhuqichedejiashihexingshianquanwai，qichehaomiboleidadeyingyongyekuozhandaolezaibochehuokaiqichemenshidezhangaiwujiancedeyingyong
，jianshaobochehuokaichemenshichemendepengzhuangsunhai。

 

各(ge)種(zhong)其(qi)他(ta)應(ying)用(yong)增(zeng)加(jia)了(le)毫(hao)米(mi)波(bo)雷(lei)達(da)應(ying)用(yong)的(de)多(duo)樣(yang)性(xing)，積(ji)極(ji)擴(kuo)展(zhan)了(le)毫(hao)米(mi)波(bo)雷(lei)達(da)應(ying)用(yong)新(xin)場(chang)景(jing)。如(ru)駕(jia)駛(shi)員(yuan)生(sheng)命(ming)體(ti)征(zheng)監(jian)測(ce)雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)，可(ke)實(shi)現(xian)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)監(jian)測(ce)駕(jia)駛(shi)員(yuan)生(sheng)命(ming)體(ti)征(zheng)，例(li)如(ru)心(xin)率(lv)和(he)呼(hu)吸(xi)頻(pin)率(lv)，從(cong)而(er)感(gan)知(zhi)駕(jia)駛(shi)員(yuan)的(de)疲(pi)勞(lao)狀(zhuang)態(tai)達(da)到(dao)安(an)全(quan)駕(jia)駛(shi)的(de)目(mu)的(de)。乘(cheng)客(ke)成(cheng)員(yuan)監(jian)測(ce)雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)同(tong)樣(yang)以(yi)非(fei)接(jie)觸(chu)方(fang)式(shi)的(de)實(shi)現(xian)對(dui)車(che)內(nei)乘(cheng)員(yuan)（成人、兒童、寵物）的可靠檢測，避免出行過程中意外滯留事件的發生，為消費者提供安全出行保障。

 

設計趨勢

 

汽車毫米波雷達的工作頻率主要有24GHz頻段和77GHz頻段。24GHz頻段主要用於短距雷達，探測距離約50m左右，可以用於盲點檢測等係統。但由於其寬帶窄的原因
，大大限製了雷達的分辨率和性能。

 

相對來說
，77GHz雷達具有廣闊的前景
，其巨大優勢是高精度、高分辨率以及從短距離到長距離的出色可量測性。77GHz雷達的兩個頻段76-77GHz和77-81GHz
，帶寬分別是1GHz和4GHz，巨大的帶寬優勢顯著提高了分辨率和精度。另一方麵
，77GHz雷達由於頻率高，波長短，使設計的雷達收發器或天線等組件較小，從而減小了雷達的外形尺寸，易於在車身中安裝和隱藏。77GHz頻段在全球監管和行業采用情況方麵都獲得了顯著的吸引力。

 

77GHz毫米波雷達的應用對應於汽車自動化程度的高級階段
，隨著自動駕駛汽車的發展和ADAS裝機率的提高
，大多數24 GHz汽車雷達傳感器都會轉向77 GHz頻段，其需求和應用逐漸呈上升趨勢。

 

圖2 不同頻段雷達傳感器市場趨勢

 

77GHz毫米波雷達係統模塊基於FMCW雷達的設計方案，大多采用如TI、Infineon或NXP等的完整的單芯片解決方案，片內集成了射頻前端、信號處理單元和控製單元，提供多個信號發射和接收通道。雷達模塊的PCB板設計依據客戶在天線設計的不同而有所不同，但主要有這幾種方式。

 

第一種以超低損耗的PCB材料作為最上層天線設計的載板
，天線設計通常采用微帶貼片天線，疊層的第二層作為天線和其饋線的地層。疊層的其他PCB材料均采用FR-4的材料。這種設計相對簡單，加工容易，成本低。但由於超低損耗PCB材料的厚度較薄（通常0.127mm），需要關注銅箔粗糙度對損耗和一致性的影響。同時，微帶貼片天線較窄的饋線需要關注加工的線寬精度控製。

 

第二種設計方法用介質集成波導（SIW）電路進行雷達的天線設計，雷達天線不再是微帶貼片天線。除天線外，其他PCB疊層仍和第一種方式一樣采用FR-4的材料作為雷達控製和電源層。這種SIW的天線設計所采用的PCB材料仍選用超低損耗的PCB材料
，降低損耗增大天線輻射。材料的厚度選擇通常較厚PCB增大帶寬，也可以減小銅箔粗糙度帶來的影響，且不存在加工較窄線寬時的其他問題。但需要考慮SIW的過孔加工和位置精度問題。

 

第(di)三(san)種(zhong)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)是(shi)超(chao)低(di)損(sun)耗(hao)材(cai)料(liao)設(she)計(ji)多(duo)層(ceng)板(ban)的(de)疊(die)層(ceng)結(jie)構(gou)。依(yi)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)需(xu)求(qiu)，可(ke)能(neng)其(qi)中(zhong)幾(ji)層(ceng)使(shi)用(yong)超(chao)低(di)損(sun)耗(hao)材(cai)料(liao)，也(ye)有(you)可(ke)能(neng)全(quan)部(bu)疊(die)層(ceng)均(jun)使(shi)用(yong)超(chao)低(di)損(sun)耗(hao)材(cai)料(liao)。這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)方(fang)式(shi)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)了(le)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，可(ke)以(yi)增(zeng)大(da)集(ji)成(cheng)度(du)，進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)小(xiao)雷(lei)達(da)模(mo)塊(kuai)的(de)尺(chi)寸(cun)。但(dan)缺(que)點(dian)是(shi)相(xiang)對(dui)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)，加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)相(xiang)對(dui)複(fu)雜(za)。

 

圖3 雷達傳感器的不同PCB設計

 

材料考慮

 

對於毫米波雷達傳感器的不同PCB設計，有一個共同的特點就是都需要使用超低損耗的PCB材料，從而降低電路損耗
，增大天線的輻射。PCB材料是雷達傳感器設計的關鍵器件。選擇合適的PCB材料可確保毫米波雷達傳感器具有較高的穩定性和性能一致性。

 

圖4 汽車雷達傳感器的微帶天線

 

適用於77GHz毫米波雷達的PCB材料性能需要從這幾個方麵考慮：

 

首先是材料的電氣特性，這是設計雷達傳感器和選擇PCB材料的首要因素。選擇具有穩定介電常數和超低損耗的PCB材料對於77GHz毫(hao)米(mi)波(bo)雷(lei)達(da)的(de)性(xing)能(neng)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。穩(wen)定(ding)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)和(he)損(sun)耗(hao)可(ke)以(yi)使(shi)收(shou)發(fa)天(tian)線(xian)獲(huo)得(de)準(zhun)確(que)的(de)相(xiang)位(wei)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)天(tian)線(xian)增(zeng)益(yi)和(he)掃(sao)描(miao)角(jiao)度(du)或(huo)範(fan)圍(wei)，提(ti)高(gao)雷(lei)達(da)探(tan)測(ce)和(he)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)。PCB的介電常數和損耗性的穩定性不僅要確保不同批次材料的穩定性，也需要確保同一板內的變化小，具有非常好的穩定性。

 

PCB材(cai)料(liao)所(suo)使(shi)用(yong)銅(tong)箔(bo)的(de)表(biao)麵(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)對(dui)會(hui)對(dui)電(dian)路(lu)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)和(he)損(sun)耗(hao)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)
，越(yue)薄(bo)的(de)材(cai)料(liao)上(shang)銅(tong)箔(bo)表(biao)麵(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)對(dui)電(dian)路(lu)的(de)影(ying)響(xiang)越(yue)大(da)。越(yue)粗(cu)糙(cao)的(de)銅(tong)箔(bo)類(lei)型(xing)其(qi)自(zi)身(shen)粗(cu)糙(cao)度(du)變(bian)化(hua)也(ye)就(jiu)越(yue)大(da)，也(ye)會(hui)造(zao)成(cheng)的(de)了(le)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)和(he)損(sun)耗(hao)的(de)較(jiao)大(da)變(bian)化(hua)，影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)的(de)相(xiang)位(wei)特(te)性(xing)。

 

其次需要考慮材料的可靠性。材料的可靠性不僅指材料在PCB加工中的疊合、受加工過程影響、過孔、銅箔結合力等方麵具有高可靠性
，還包括材料的長期可靠性。PCB材cai料liao的de電dian氣qi性xing能neng是shi否fou隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia仍reng能neng保bao持chi穩wen定ding，是shi否fou能neng夠gou在zai不bu同tong的de工gong作zuo環huan境jing如ru不bu同tong溫wen度du或huo濕shi度du下xia仍reng能neng保bao持chi穩wen定ding，這zhe對dui於yu汽qi車che雷lei達da傳chuan感gan器qi的de可ke靠kao性xing以yi及ji汽qi車cheADAS係統應用的重要性不言而喻。

 

總的來說，對於77GHz雷達傳感器的天線設計，需要考慮選擇具有穩定介電常數、具有超低損耗的材料，選擇更光滑的銅箔可進一步降低電路損耗和減小介電常數容差變化；同時，材料要具有隨時間
、溫度
，濕度等外界工作環境而仍具有可靠的電氣性能和機械特性等特性。

 

材料選擇

 

羅傑斯公司從汽車毫米波雷達發展的早期就保持和全球頂尖雷達模塊的廠商合作
，推出的不含玻璃布的RO3003TM材料其性能經過各方麵嚴酷的驗證，並能滿足在77GHz雷達傳感器的需求。RO3003TM廣泛用於77GHz毫米波雷達RO3003TM具有非常穩定的介電常數
，超低的損耗特性（常規測試10GHz下的損耗因子0.001）；同(tong)時(shi)不(bu)含(han)有(you)玻(bo)璃(li)布(bu)的(de)結(jie)構(gou)進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)小(xiao)了(le)在(zai)毫(hao)米(mi)波(bo)頻(pin)段(duan)下(xia)帶(dai)來(lai)局(ju)部(bu)的(de)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)的(de)變(bian)化(hua)
，消(xiao)除(chu)信(xin)號(hao)的(de)玻(bo)璃(li)纖(xian)維(wei)效(xiao)應(ying)
，進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)加(jia)了(le)雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)相(xiang)位(wei)穩(wen)定(ding)性(xing)。RO3003TM也具有超低吸水率特性（0.04% @D48/50）、極低介電常數隨溫度變化（TCDk）穩定性（-3ppm/°C），這些特性也確保了基於RO3003TM的毫米波雷達傳感器隨時間、溫wen度du和he環huan境jing變bian化hua仍reng能neng保bao持chi出chu色se的de性xing能neng。產chan品pin提ti供gong的de多duo種zhong銅tong箔bo類lei型xing選xuan擇ze和he低di銅tong厚hou選xuan擇ze也ye有you助zhu於yu提ti高gao加jia工gong精jing度du和he產chan品pin良liang率lv
，使shi雷lei達da傳chuan感gan器qi達da到dao更geng加jia優you異yi的de性xing能neng。

 

隨著79GHz頻段（77-81GHz）雷達傳感器的發展
，其具有更寬的信號帶寬
，可進一步提高雷達傳感器的分辨率，增大掃描角度，甚至實現4D成像。羅傑斯公司在基於RO3003TM材料的基礎上，研發並推出了RO3003G2TM材料以匹配雷達傳感器對PCB材料性能的更高要求。相比於RO3003TM材料，RO3003G2TM在材料係統中優化了特殊的填料係統
，減小填料顆粒，提高材料係統均一性，進一步減小整板及批次性之間的介電常數容差；更小和均一的填料係統也使得在PCB加工過程中可以實現更小的過孔設計；RO3003G2TM材料選擇更為光滑的銅箔
，降低了電路中的插入損耗，其性能非常接近RO3003TM的壓延銅插入損耗性能。 

 

圖5 RO3003G2TM與RO3003TM材料的比較

 

此外，羅傑斯公司的CLTE-MWTM以及RO4830TM材料還可以滿足客戶在77GHz雷達傳感器設計的不同需求。CLTE-MWTM是基於PTFE樹脂體係的材料
，具有非常小的損耗因子特性（Df [email protected] ），采用了特殊的低損耗開纖玻璃布增強，與均勻的填料一起，提供了出色尺寸穩定性，使玻纖效應影響降到最低。有從3mil到10mil的多種厚度選擇，使CLTE-MWTM材料非常適合用於77GHz雷達傳感器射頻多層板應用。 

 

圖6 不同材料的損耗特性

 

RO4830TM是基於羅傑斯RO4000係列材料體係專門開發，介電常數與77GHz雷達傳感器最常用的低介電常數（Dk）相匹配。同時，具有極低的插入損耗特性和與RO4000®係(xi)列(lie)產(chan)品(pin)相(xiang)同(tong)的(de)易(yi)加(jia)工(gong)性(xing)等(deng)特(te)點(dian)，選(xuan)用(yong)特(te)殊(shu)的(de)低(di)損(sun)耗(hao)開(kai)纖(xian)玻(bo)璃(li)布(bu)也(ye)提(ti)高(gao)了(le)材(cai)料(liao)在(zai)毫(hao)米(mi)波(bo)頻(pin)段(duan)的(de)性(xing)能(neng)一(yi)致(zhi)性(xing)，使(shi)天(tian)線(xian)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)更(geng)一(yi)致(zhi)的(de)相(xiang)位(wei)特(te)性(xing)和(he)更(geng)高(gao)的(de)天(tian)線(xian)增(zeng)益(yi)。RO4830TM的成本低、高性價比是77GHz/79GHz雷達傳感器設計中的高性價比材料的首要選擇。

 

圖7 RO4830的開纖玻璃布

 

總結

 

77GHz毫米波雷達傳感器的獨特優勢使其成為自動駕駛汽車不可缺少的部件。更寬帶寬，更高分辨率的77GHz/79GHz雷達傳感器逐漸成為主流
，正對於各種不同的雷達傳感器設計方案，PCB電(dian)路(lu)材(cai)料(liao)的(de)特(te)性(xing)都(dou)很(hen)多(duo)程(cheng)度(du)上(shang)決(jue)定(ding)著(zhe)雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)天(tian)線(xian)的(de)性(xing)能(neng)。羅(luo)傑(jie)斯(si)科(ke)技(ji)作(zuo)為(wei)全(quan)球(qiu)先(xian)進(jin)工(gong)程(cheng)材(cai)料(liao)的(de)領(ling)導(dao)者(zhe)，致(zhi)力(li)於(yu)研(yan)發(fa)各(ge)種(zhong)材(cai)料(liao)滿(man)足(zu)客(ke)戶(hu)的(de)設(she)計(ji)需(xu)求(qiu)。RO3003G2TM/RO3003TM/ CLTE-MWTM/RO4830TM等(deng)多(duo)種(zhong)材(cai)料(liao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，及(ji)時(shi)的(de)為(wei)客(ke)戶(hu)解(jie)決(jue)了(le)設(she)計(ji)難(nan)題(ti)。同(tong)時(shi)，羅(luo)傑(jie)斯(si)公(gong)司(si)分(fen)布(bu)在(zai)全(quan)球(qiu)的(de)客(ke)戶(hu)及(ji)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)團(tuan)隊(dui)，能(neng)夠(gou)確(que)保(bao)與(yu)客(ke)戶(hu)更(geng)加(jia)緊(jin)密(mi)的(de)合(he)作(zuo)，共(gong)同(tong)解(jie)決(jue)客(ke)戶(hu)在(zai)設(she)計(ji)、加工及測試中的係列問題

，加快客戶設計周期。