안테나를 연결하는 방법은 무엇입니까?

Renesas의 레이더 블로그 이전 호에서는 레이더 신호 전송 및 수신을 위한 다양한 안테나 옵션에 대해 논의했습니다. 이제 신호의 효율적인 전송을 보장하는 방식으로 MMIC(모놀리식 마이크로파 집적 회로) 레이더 트랜시버를 안테나에 연결하는 방법에 중점을 둘 것입니다. 밀리미터파(mmWave) 주파수에서 칩, 보드 또는 안테나의 서로 다른 두 전송 라인 간의 모든 전환은 전체 시스템 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 인터페이스의 성능 저하나 오작동으로 인해 신호 손실이나 간섭이 발생하여 성능 저하나 시스템 오류가 발생할 수 있습니다. 따라서 레이더 모듈 설계의 주요 과제 중 하나는 MMIC와 선택한 안테나 사이의 전체 RF 신호 경로에서 높은 신호 무결성과 낮은 손실을 유지하는 것입니다.

t 밀리미터파 주파수에서는 관련된 짧은 파장으로 인해 칩-보드 전환이 어렵습니다. 가장 일반적인 접근 방식은 BGA를 사용하여 RF 신호를 칩에서 보드에 인쇄된 전송 라인(일반적으로 마이크로스트립 라인)으로 전송하는 것이지만 스트립라인, CPW(동일 평면 도파관) 또는 SIW(기판 통합 도파관)도 사용할 수 있습니다. 이를 통해 패치 어레이와 같은 온보드 안테나에 직접 연결할 수 있습니다.

손실과 반사를 최소화하기 위해 MMIC의 임피던스를 보드의 전송 라인의 임피던스와 일치시키도록 전환 구조를 설계해야 합니다. 이는 효율적인 전력 전달과 최적의 방사 효율에 매우 중요하며 라인 폭을 줄이거나 일치하는 구조를 추가하여 달성할 수 있습니다.

인터페이스를 신중하게 설계하면 mmWave 주파수에서 심각할 수 있는 누화 및 간섭의 영향을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 간섭을 더욱 줄이고 신호 대 잡음비를 개선하려면 PCB 접지와의 양호한 연결을 보장하는 것도 중요합니다.

칩과 안테나 사이의 전송선 손실을 줄이기 위해 보드 제조에는 고품질, 저손실 재료를 사용해야 합니다. 또한 납땜 볼과 라인 사이의 적절한 정렬을 보장하고 불일치를 방지하고 기생 효과를 최소화하기 위해 조립 공정 중에 특별한 주의를 기울여야 합니다.

여기서도 인터페이스를 최적화하려면 전자기 시뮬레이션 도구를 사용하는 것이 중요합니다. 목표한 성능 달성을 보장하려면 원하는 스택업 및 PCB 레이아웃에 맞게 설계를 조정해야 합니다. 시뮬레이션은 안테나와 최종적으로 전체 PCB를 포함하도록 확장될 수 있으며 재료 및 제조 공차의 영향을 분석할 수 있습니다.

3D 도파관 안테나를 사용하는 경우 보드에서 안테나 모듈까지 두 번째 전환을 추가해야 합니다. 이를 위해서는 PCB에 신호를 전달하는 전송선 모드(예: 마이크로스트립 준TEM 모드)를 도파관 모드로 변환해야 합니다.

LoB(도파관 발사기 온보드)는 PCB 전송 라인 끝에 설계된 작은 인터페이스로, 레이더 MMIC에서 생성된 전자기파가 도파관 안테나에 결합되는 수단을 제공합니다. 이는 인쇄된 요소(프로브)일 수도 있고 전도성 평면의 구멍일 수도 있습니다.

보드의 런처 모양은 결합 효율을 최대화하고 보드의 전송선 임피던스를 도파관의 임피던스와 일치시키도록 최적화되어야 합니다. 부드러운 전환을 보장하기 위해 일반적으로 테이퍼 모양이 사용됩니다. 실제로 날카로운 모서리와 갑작스러운 불연속성은 반사 수준을 높여 전력 손실과 신호 왜곡을 초래합니다.

도파관 발사기의 크기도 매우 중요합니다. 선 길이를 최대한 짧게 유지하면서 보드에 맞을 만큼 작아야 합니다. 반면, 물리 법칙에 따르면 PCB 전송 라인의 신호를 도파관 안테나에 효율적으로 결합할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다. 여기서도 발사대 설계를 최적화하고 성능을 정확하게 예측하기 위해서는 전자기 시뮬레이션 도구가 반드시 필요합니다.