自動車レーダーのアプリケーションにおける信号周波数は、30 ～ 300 GHz の間で変化し、24 GHz の場合もあります。これらの信号は、さまざまな回路機能の助けを借りて、マイクロストリップ ライン、ストリップ ライン、基板集積導波路 (SIW)、接地コプレーナ導波路 (GCPW) などのさまざまな伝送線技術を通じて伝送されます。これらの伝送線技術 (図 1) は通常、マイクロ波周波数で使用され、場合によってはミリ波周波数で使用されます。この高周波条件に特別に使用される回路積層材料が必要です。マイクロストリップラインは、最も単純で最も一般的に使用されている伝送線路回路技術であり、従来の回路処理技術を使用することで高い回路認定率を実現できます。しかし、周波数がミリ波周波数まで上がると、それは最適な回線伝送路ではなくなる可能性があります。各伝送ラインには、それぞれ独自の長所と短所があります。たとえば、マイクロストリップラインは加工が容易ですが、ミリ波周波数で使用すると放射損失が大きくなるという問題を解決する必要があります。
図 1 ミリ波周波数に移行する場合、マイクロ波回路設計者はマイクロ波周波数で少なくとも 4 つの伝送線技術の選択に直面する必要がある
マイクロストリップラインのオープン構造は物理的な接続には便利ですが、高周波ではいくつかの問題も引き起こします。マイクロストリップ伝送線路では、電磁波（EM）が回路材料の導体と誘電体基板を伝播しますが、一部の電磁波は周囲の空気を伝播します。空気の Dk 値が低いため、回路の実効 Dk 値は回路材料の Dk 値よりも低くなり、回路シミュレーションではこれを考慮する必要があります。低 Dk 材料と比較して、高 Dk 材料で作られた回路は電磁波の伝達を妨げ、伝播速度を低下させる傾向があります。したがって、ミリ波回路では通常、低 Dk 回路材料が使用されます。
空気中にはある程度の電磁エネルギーが存在するため、マイクロストリップ ライン回路はアンテナと同様に空気中に放射します。これにより、マイクロストリップライン回路に不要な放射損失が発生し、その損失は周波数の増加とともに増加するため、マイクロストリップラインを研究する回路設計者にとって、回路の放射損失を制限するという課題も生じます。放射損失を減らすために、より高い Dk 値を持つ回路材料を使用してマイクロストリップ ラインを製造することができます。ただし、Dk が増加すると、電磁波の伝播速度 (空気に対して) が遅くなり、信号の位相シフトが発生します。もう 1 つの方法は、マイクロストリップ ラインを処理するためにより薄い回路材料を使用することで放射損失を減らすことです。ただし、厚い回路材料と比較して、薄い回路材料は銅箔の表面粗さの影響を受けやすく、これによって信号の位相シフトも発生します。
マイクロストリップライン回路の構成は単純であるが、ミリ波帯のマイクロストリップライン回路は精密な公差制御が必要となる。たとえば、導体の幅は厳密に管理する必要があり、周波数が高くなるほど許容差は厳しくなります。したがって、ミリ波周波数帯のマイクロストリップラインは、誘電体材料と材料内の銅の厚さだけでなく、プロセス技術の変化にも非常に敏感であり、必要な回路サイズの許容要件は非常に厳しいです。
ストリップラインは信頼性の高い回路伝送線技術であり、ミリ波周波数で優れた役割を果たします。しかし、マイクロストリップラインと比較すると、ストリップラインの導体が媒体に囲まれているため、信号伝送のためにコネクタや他の入出力ポートをストリップラインに接続するのは容易ではありません。ストリップラインは、導体が誘電体層で包まれ、その後地層で覆われた一種のフラット同軸ケーブルとみなすことができます。この構造により、信号の伝播を (周囲の空気中ではなく) 回路材料内に保ちながら、高品質の回路絶縁効果を実現できます。電磁波は回路材料中を常に伝播します。空気中の電磁波の影響を考慮せず、回路材料の特性に応じてストリップライン回路をシミュレーションできます。しかし、媒体に囲まれた回路導体は処理技術の変化の影響を受けやすく、信号供給の課題により、特にミリ波周波数でコネクタのサイズが小さくなる条件下では、ストリップラインが対応することが困難になります。したがって、車載レーダーに使用される一部の回路を除いて、ミリ波回路ではストリップラインは通常使用されません。
空気中にはある程度の電磁エネルギーが存在するため、マイクロストリップ ライン回路はアンテナと同様に空気中に放射します。これにより、マイクロストリップライン回路に不要な放射損失が発生し、その損失は周波数の増加とともに増加するため、マイクロストリップラインを研究する回路設計者にとって、回路の放射損失を制限するという課題も生じます。放射損失を減らすために、より高い Dk 値を持つ回路材料を使用してマイクロストリップ ラインを製造することができます。ただし、Dk が増加すると、電磁波の伝播速度 (空気に対して) が遅くなり、信号の位相シフトが発生します。もう 1 つの方法は、マイクロストリップ ラインを処理するためにより薄い回路材料を使用することで放射損失を減らすことです。ただし、厚い回路材料と比較して、薄い回路材料は銅箔の表面粗さの影響を受けやすく、これによって信号の位相シフトも発生します。
マイクロストリップライン回路の構成は単純であるが、ミリ波帯のマイクロストリップライン回路は精密な公差制御が必要となる。たとえば、導体の幅は厳密に管理する必要があり、周波数が高くなるほど許容差は厳しくなります。したがって、ミリ波周波数帯のマイクロストリップラインは、誘電体材料と材料内の銅の厚さだけでなく、プロセス技術の変化にも非常に敏感であり、必要な回路サイズの許容要件は非常に厳しいです。
ストリップラインは信頼性の高い回路伝送線技術であり、ミリ波周波数で優れた役割を果たします。しかし、マイクロストリップラインと比較すると、ストリップラインの導体が媒体に囲まれているため、信号伝送のためにコネクタや他の入出力ポートをストリップラインに接続するのは容易ではありません。ストリップラインは、導体が誘電体層で包まれ、その後地層で覆われた一種のフラット同軸ケーブルとみなすことができます。この構造により、信号の伝播を (周囲の空気中ではなく) 回路材料内に保ちながら、高品質の回路絶縁効果を実現できます。電磁波は回路材料中を常に伝播します。空気中の電磁波の影響を考慮せず、回路材料の特性に応じてストリップライン回路をシミュレーションできます。しかし、媒体に囲まれた回路導体は処理技術の変化の影響を受けやすく、信号供給の課題により、特にミリ波周波数でコネクタのサイズが小さくなる条件下では、ストリップラインが対応することが困難になります。したがって、車載レーダーに使用される一部の回路を除いて、ミリ波回路ではストリップラインは通常使用されません。
図2 GCPW回路導体の設計とシミュレーションは長方形（上図）ですが、導体は台形（下図）に加工されており、ミリ波周波数に異なる影響を与えます。
信号位相応答に敏感な多くの新興ミリ波回路アプリケーション (自動車レーダーなど) では、位相不一致の原因を最小限に抑える必要があります。ミリ波周波数の GCPW 回路は、材料の Dk 値や基板の厚さの変化など、材料やプロセス技術の変化に対して脆弱です。第二に、回路の性能は銅導体の厚さと銅箔の表面粗さに影響される可能性があります。したがって、銅導体の厚さは厳密な公差内に維持され、銅箔の表面粗さは最小限に抑えられる必要があります。第三に、GCPW 回路の表面コーティングの選択も、回路のミリ波性能に影響を与える可能性があります。たとえば、化学ニッケル金を使用した回路は銅よりもニッケル損失が多く、ニッケルメッキされた表面層により GCPW またはマイクロストリップ ラインの損失が増加します (図 3)。最後に、波長が短いため、コーティングの厚さの変化によって位相応答も変化し、GCPW の影響はマイクロストリップ ラインの影響よりも大きくなります。
図 3 図に示すマイクロストリップ ラインと GCPW 回路は同じ回路材料 (Rogers の 8 ミル厚 RO4003C ™ ラミネート) を使用しており、GCPW 回路に対する ENIG の影響は、ミリ波周波数におけるマイクロストリップ ラインに対する影響よりもはるかに大きくなります。
投稿時間: 2022 年 10 月 5 日
