Радар миллиметрового диапазона (mmV) является одним из основных способов обнаружения для автомобильных и промышленных применений из-за его способности обнаруживать объекты размером от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров с высокой точностью определения расстояния, угла и скорости даже в сложных условиях окружающей среды.

Типичный радиолокационный датчик состоит из набора микросхем радара вместе с другими электронными компонентами, такими как схема управления питанием, флэш-память и интерфейсные периферийные устройства, собранные на печатной плате. Передающие и приемные антенны также обычно размещаются на печатной плате, но для достижения высоких характеристик антенны требуется высокочастотный материал подложки, такой как RO3003 компании Rogers, что увеличивает стоимость и сложность печатной платы. Кроме того, антенны могут занимать до 30% площади платы (Рис. 1).

Рис. 1. Антенна радарного датчика на печатной плате занимает около 30% площади платы

 

Технология встроенной антенны

Можно разработать датчики миллиметрового диапазона с антенными элементами, встроенными непосредственно в подложку корпуса, что позволяет уменьшить размер и сложность конструкции датчика. На рис. 2 изображен элемент патч-антенны E-образной формы с задней стенкой, который излучает mmW на частоте 60 или 77 ГГц в свободное пространство. Размещение нескольких таких антенных элементов на корпусе устройства создает массив с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO), который может обнаруживать объекты и людей в трехмерном пространстве.

Рис. 2. Патч-антенна Е-образной формы с внутренним резонаторным покрытием излучает mmW в свободное пространство

 

На рис. 3 показано расположение трех элементов антенны передатчика и четырех элементов антенны приемника на автомобильном радиолокационном датчике AWR6843AOP. Антенна обеспечивает широкое поле обзора (FoV) как по азимуту, так и по углу места.

Рис. 3. Устройство AWR6843AOP с антенными элементами на корпусе 

образует массив MIMO

 

Технология встроенной антенны предоставляет разработчикам следующие преимущества:

  • Меньший размер позволяет создавать датчики чрезвычайно малого форм-фактора. Радарные датчики с антенной на корпусе примерно на 30 % меньше, чем антенны на датчиках на печатной плате;
  • Более низкие затраты на спецификацию (BOM) могут быть достигнуты за счет устранения необходимости в дорогостоящем высокочастотном материале подложки в печатной плате;
  • Можно добиться более низких затрат на проектирование, поскольку инженерам по антеннам не нужно проектировать ничего проектировать, моделировать характеристики с помощью инструментов и проектировать реальную плату;
  • Более высокая эффективность и снижение потерь мощности могут быть достигнуты благодаря более коротким связям от микросхемы к антеннам;

Для систем MIMO очень сложно реализовать высокопроизводительные антенны в небольшом и экономичном комплексном решении. В существующих решениях антенные элементы располагаются на верхней или нижней стороне печатной платы; излучаемый сигнал проходит через этот материал платы с потерями, что снижает эффективность и возбуждает моды в подложке, вызывающие паразитное излучение. С другой стороны, технология встроенной антенны с чипом на оборотной стороне позволяет размещать антенны на подложке таким образом, чтобы не было потерь в материале. Кроме того, на многослойной плате антенны и микросхема могут быть размещены друг над другом, что делает решение более компактным.

Регулирующие организации, такие как Европейская программа оценки новых автомобилей, решают проблему детской смертности, связанной с оставлением в перегретой машине детей. Автопроизводители применяют датчики миллиметрового диапазона 60 ГГц для точного обнаружения детей и домашних животных в автомобилях в сложных условиях окружающей среды.

Учитывая, что транспортные средства могут иметь очень разный дизайн интерьера, очень важно, чтобы форм-фактор датчика был чрезвычайно мал для скрытой интеграции. Например, может быть сложно встроить датчик в крышу автомобиля с панорамной крышей; вместо этого он должен быть встроен в места с ограниченным пространством, например, в потолочную консоль вокруг зеркала заднего вида или в стойки.

Рис. 4. Рядом с антенной на плате расположен датчик

Одинарная патч-антенна датчика широкого поля обзора идеально подходит для размещения под обшивкой потолка или даже в стойках автомобиля в положении лицом вперед. Это позволяет использовать датчики в салоне для обнаружения и локализация детей, домашних животных или пассажиров во всем салоне автомобиля, в том числе в пространстве для ног. Датчик в режиме работы с низким энергопотреблением также может обнаруживать злоумышленников в сложных условиях окружающей среды.

Разработчики также могут воспользоваться встроенным DSP, MCU, радарным аппаратным ускорителем и встроенной памятью. Интеграция радиочастотных, цифровых и антенных компонентов на одном кристалле устраняет многие сложности проектирования и обеспечивает более простое и быстрое проектирование.

Пилотный проект обнаружения присутствия детей и пассажиров с использованием датчика миллиметрового диапазона с антенной на корпусе 60 ГГц показан на рисунке 5 и 6. Датчик располагался над головой в автомобиле.

Рис. 5. Этот тест обнаружил и определил местонахождение четырех пассажиров: водителя,

пассажира, взрослого и ребенка на заднем сиденье

Рис. 6. Датчик обнаружил злоумышленника рядом с автомобилем

 

Технология встроенных антенн помогает разработчикам радарных датчиков создавать датчики маленького форм-фактора с меньшими усилиями и более быстрым временем выхода на рынок, а также обеспечивает экономию на уровне системы. Датчики AWR6843AOP от TI с частотой 60 ГГц упрощают работу в салоне, позволяя использовать несколько приложений, таких как обнаружение присутствия ребенка, напоминания о ремнях безопасности, определение основных показателей жизнедеятельности водителя и управление жестами.

 

Источник: www.edn.com