Tần số tín hiệu trong ứng dụng của radar ô tô thay đổi trong khoảng từ 30 đến 300 GHz, thậm chí thấp tới 24 GHz.Với sự trợ giúp của các chức năng mạch khác nhau, các tín hiệu này được truyền qua các công nghệ đường truyền khác nhau như đường vi dải, đường dải, ống dẫn sóng tích hợp chất nền (SIW) và ống dẫn sóng đồng phẳng nối đất (GCPW).Các công nghệ đường truyền này (Hình 1) thường được sử dụng ở tần số vi sóng và đôi khi ở tần số sóng milimet.Vật liệu laminate mạch được sử dụng đặc biệt cho điều kiện tần số cao này là bắt buộc.Đường vi dải, là công nghệ mạch đường truyền đơn giản nhất và được sử dụng phổ biến nhất, có thể đạt được tỷ lệ chất lượng mạch cao bằng cách sử dụng công nghệ xử lý mạch thông thường.Nhưng khi tần số được nâng lên đến tần số sóng milimet, nó có thể không phải là đường truyền mạch tốt nhất.Mỗi đường truyền đều có ưu và nhược điểm riêng.Ví dụ, mặc dù đường vi dải dễ xử lý, nhưng nó phải giải quyết vấn đề tổn thất bức xạ cao khi sử dụng ở tần số sóng milimet.
Hình 1 Khi chuyển đổi sang tần số sóng milimet, các nhà thiết kế mạch vi ba cần đứng trước sự lựa chọn của ít nhất bốn công nghệ đường truyền ở tần số vi ba
Mặc dù cấu trúc mở của đường vi dải thuận tiện cho kết nối vật lý, nhưng nó cũng sẽ gây ra một số vấn đề ở tần số cao hơn.Trong đường truyền vi dải, sóng điện từ (EM) truyền qua dây dẫn của vật liệu mạch và chất nền điện môi, nhưng một số sóng điện từ truyền qua không khí xung quanh.Do giá trị Dk của không khí thấp, giá trị Dk hiệu quả của mạch thấp hơn giá trị của vật liệu mạch, điều này phải được xem xét trong mô phỏng mạch.So với Dk thấp, các mạch làm bằng vật liệu Dk cao có xu hướng cản trở sự truyền sóng điện từ và giảm tốc độ lan truyền.Do đó, vật liệu mạch Dk thấp thường được sử dụng trong mạch sóng milimet.
Do có một mức độ năng lượng điện từ nhất định trong không khí nên mạch vi dải sẽ bức xạ ra ngoài không khí, tương tự như ăng-ten.Điều này sẽ gây ra tổn thất bức xạ không cần thiết cho mạch vi dải và tổn thất sẽ tăng lên khi tần số tăng, điều này cũng mang lại thách thức cho các nhà thiết kế mạch nghiên cứu về dòng vi dải để hạn chế tổn thất bức xạ mạch.Để giảm tổn thất bức xạ, các đường vi dải có thể được chế tạo bằng vật liệu mạch có giá trị Dk cao hơn.Tuy nhiên, sự gia tăng của Dk sẽ làm chậm tốc độ truyền sóng điện từ (so với không khí), gây ra sự lệch pha của tín hiệu.Một phương pháp khác là giảm tổn thất bức xạ bằng cách sử dụng vật liệu mạch mỏng hơn để xử lý các đường vi dải.Tuy nhiên, so với vật liệu mạch dày hơn, vật liệu mạch mỏng hơn dễ bị ảnh hưởng bởi độ nhám bề mặt lá đồng, điều này cũng sẽ gây ra sự lệch pha tín hiệu nhất định.
Mặc dù cấu hình của mạch vạch vi dải rất đơn giản, mạch vạch vạch vi dải trong dải sóng milimet cần kiểm soát dung sai chính xác.Ví dụ, độ rộng của dây dẫn cần được kiểm soát chặt chẽ và tần số càng cao thì dung sai sẽ càng nghiêm ngặt.Do đó, dải microstrip trong dải tần số sóng milimet rất nhạy cảm với sự thay đổi của công nghệ xử lý, cũng như độ dày của vật liệu điện môi và đồng trong vật liệu, và các yêu cầu về dung sai đối với kích thước mạch yêu cầu là rất nghiêm ngặt.
Stripline là một công nghệ đường truyền mạch đáng tin cậy, có thể đóng vai trò tốt trong tần số sóng milimet.Tuy nhiên, so với đường dây microstrip, dây dẫn của đường dây được bao quanh bởi môi trường, do đó, không dễ dàng kết nối đầu nối hoặc các cổng đầu vào/đầu ra khác với đường dây để truyền tín hiệu.Stripline có thể được coi là một loại cáp đồng trục phẳng, trong đó dây dẫn được bọc bởi một lớp điện môi và sau đó được bao phủ bởi một lớp.Cấu trúc này có thể mang lại hiệu ứng cách ly mạch chất lượng cao, trong khi vẫn giữ được sự lan truyền tín hiệu trong vật liệu mạch (chứ không phải trong không khí xung quanh).Sóng điện từ luôn truyền được trong chất làm mạch.Mạch dải có thể được mô phỏng theo các đặc tính của vật liệu mạch, mà không xem xét ảnh hưởng của sóng điện từ trong không khí.Tuy nhiên, dây dẫn mạch được bao quanh bởi môi trường dễ bị tổn thương trước những thay đổi trong công nghệ xử lý và những thách thức về việc cấp tín hiệu khiến đường dây thoát y khó đối phó, đặc biệt là trong điều kiện kích thước đầu nối nhỏ hơn ở tần số sóng milimet.Do đó, ngoại trừ một số mạch được sử dụng trong radar ô tô, đường sọc thường không được sử dụng trong mạch sóng milimet.
Do có một mức độ năng lượng điện từ nhất định trong không khí nên mạch vi dải sẽ bức xạ ra ngoài không khí, tương tự như ăng-ten.Điều này sẽ gây ra tổn thất bức xạ không cần thiết cho mạch vi dải và tổn thất sẽ tăng lên khi tần số tăng, điều này cũng mang lại thách thức cho các nhà thiết kế mạch nghiên cứu về dòng vi dải để hạn chế tổn thất bức xạ mạch.Để giảm tổn thất bức xạ, các đường vi dải có thể được chế tạo bằng vật liệu mạch có giá trị Dk cao hơn.Tuy nhiên, sự gia tăng của Dk sẽ làm chậm tốc độ truyền sóng điện từ (so với không khí), gây ra sự lệch pha của tín hiệu.Một phương pháp khác là giảm tổn thất bức xạ bằng cách sử dụng vật liệu mạch mỏng hơn để xử lý các đường vi dải.Tuy nhiên, so với vật liệu mạch dày hơn, vật liệu mạch mỏng hơn dễ bị ảnh hưởng bởi độ nhám bề mặt lá đồng, điều này cũng sẽ gây ra sự lệch pha tín hiệu nhất định.
Mặc dù cấu hình của mạch vạch vi dải rất đơn giản, mạch vạch vạch vi dải trong dải sóng milimet cần kiểm soát dung sai chính xác.Ví dụ, độ rộng của dây dẫn cần được kiểm soát chặt chẽ và tần số càng cao thì dung sai sẽ càng nghiêm ngặt.Do đó, dải microstrip trong dải tần số sóng milimet rất nhạy cảm với sự thay đổi của công nghệ xử lý, cũng như độ dày của vật liệu điện môi và đồng trong vật liệu, và các yêu cầu về dung sai đối với kích thước mạch yêu cầu là rất nghiêm ngặt.
Stripline là một công nghệ đường truyền mạch đáng tin cậy, có thể đóng vai trò tốt trong tần số sóng milimet.Tuy nhiên, so với đường dây microstrip, dây dẫn của đường dây được bao quanh bởi môi trường, do đó, không dễ dàng kết nối đầu nối hoặc các cổng đầu vào/đầu ra khác với đường dây để truyền tín hiệu.Stripline có thể được coi là một loại cáp đồng trục phẳng, trong đó dây dẫn được bọc bởi một lớp điện môi và sau đó được bao phủ bởi một lớp.Cấu trúc này có thể mang lại hiệu ứng cách ly mạch chất lượng cao, trong khi vẫn giữ được sự lan truyền tín hiệu trong vật liệu mạch (chứ không phải trong không khí xung quanh).Sóng điện từ luôn truyền được trong chất làm mạch.Mạch dải có thể được mô phỏng theo các đặc tính của vật liệu mạch, mà không xem xét ảnh hưởng của sóng điện từ trong không khí.Tuy nhiên, dây dẫn mạch được bao quanh bởi môi trường dễ bị tổn thương trước những thay đổi trong công nghệ xử lý và những thách thức về việc cấp tín hiệu khiến đường dây thoát y khó đối phó, đặc biệt là trong điều kiện kích thước đầu nối nhỏ hơn ở tần số sóng milimet.Do đó, ngoại trừ một số mạch được sử dụng trong radar ô tô, đường sọc thường không được sử dụng trong mạch sóng milimet.
Hình 2 Thiết kế và mô phỏng của dây dẫn mạch GCPW là hình chữ nhật (hình trên), nhưng dây dẫn được gia công thành hình thang (hình dưới), sẽ có tác động khác nhau đến tần số sóng milimet.
Đối với nhiều ứng dụng mạch sóng milimet mới nổi nhạy cảm với phản ứng pha tín hiệu (chẳng hạn như radar ô tô), nên giảm thiểu các nguyên nhân gây ra sự không nhất quán về pha.Mạch GCPW tần số sóng milimet dễ bị tổn thương trước những thay đổi về vật liệu và công nghệ xử lý, bao gồm những thay đổi về giá trị Dk của vật liệu và độ dày của chất nền.Thứ hai, hiệu suất mạch có thể bị ảnh hưởng bởi độ dày của dây dẫn đồng và độ nhám bề mặt của lá đồng.Do đó, độ dày của dây dẫn đồng phải được giữ trong một dung sai nghiêm ngặt và độ nhám bề mặt của lá đồng phải được giảm thiểu.Thứ ba, việc lựa chọn lớp phủ bề mặt trên mạch GCPW cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất sóng milimet của mạch.Ví dụ, mạch sử dụng vàng niken hóa học có tỷ lệ hao hụt niken nhiều hơn so với đồng và lớp bề mặt mạ niken sẽ làm tăng khả năng suy hao GCPW hoặc đường vi dải (Hình 3).Cuối cùng, do bước sóng nhỏ, sự thay đổi độ dày lớp phủ cũng sẽ gây ra sự thay đổi của phản ứng pha và ảnh hưởng của GCPW lớn hơn ảnh hưởng của đường vi dải.
Hình 3 Đường vi dải và mạch GCPW như trong hình sử dụng cùng một vật liệu mạch (Rogers' RO4003C™ Laminate dày 8mil), ảnh hưởng của ENIG đối với mạch GCPW lớn hơn nhiều so với đường vi dải ở tần số sóng milimet.
Thời gian đăng bài: Oct-05-2022
