Com a aplica\u00e7\u00e3o generalizada da tecnologia de ondas milim\u00e9tricas em dom\u00ednios como o radar anticolis\u00e3o, a eletr\u00f3nica autom\u00f3vel e o transporte ferrovi\u00e1rio, a banda W (75-110 GHz) tornou-se gradualmente a banda de frequ\u00eancia ideal para sistemas de radar de curto alcance devido \u00e0 sua elevada largura de banda, alta resolu\u00e7\u00e3o e facilidade de integra\u00e7\u00e3o. Como n\u00facleo do componente transcetor, o desempenho do chip de RF determina diretamente a capacidade de dete\u00e7\u00e3o e a fiabilidade de todo o sistema de radar. Este artigo centra-se na conce\u00e7\u00e3o do sistema de componentes T\/R baseado em chips SOC RF de banda W, fornecendo uma discuss\u00e3o abrangente desde a sele\u00e7\u00e3o do chip, conce\u00e7\u00e3o da arquitetura do sistema, at\u00e9 \u00e0 simula\u00e7\u00e3o e implementa\u00e7\u00e3o das principais estruturas de interliga\u00e7\u00e3o RF.<\/p>\n\n\n\n
Nos \u00faltimos anos, os mercados nacional e internacional fizeram progressos significativos no desenvolvimento de chips de RF de banda W multicanal e de alta integra\u00e7\u00e3o. Por exemplo, a Gatlian Microelectronics lan\u00e7ou um chip RF CMOS de 77 GHz que realiza \u201c2 transmissores, 4 receptores\u201d com integra\u00e7\u00e3o de alta densidade, promovendo grandemente a miniaturiza\u00e7\u00e3o e a redu\u00e7\u00e3o de custos dos sistemas de radar para ve\u00edculos. Esses chips de RF integram m\u00f3dulos-chave como amplificadores de baixo ru\u00eddo, amplificadores de pot\u00eancia, misturadores, loops de fase bloqueada e deslocadores de fase, oferecendo alto ganho, baixo ru\u00eddo e recursos de comuta\u00e7\u00e3o r\u00e1pida, estabelecendo uma base s\u00f3lida para o empacotamento em n\u00edvel de sistema de componentes T\/R.<\/p>\n\n\n\n
Em compara\u00e7\u00e3o com os sistemas tradicionais constru\u00eddos com componentes discretos, a utiliza\u00e7\u00e3o de chips SOC RF n\u00e3o s\u00f3 reduz significativamente o tamanho do sistema, como tamb\u00e9m diminui a complexidade do sistema e o consumo de energia, melhorando a fiabilidade geral e a efici\u00eancia da produ\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n
O componente T\/R concebido neste documento adopta uma arquitetura \u201c2T4R\u201d e funciona na gama de frequ\u00eancias 75-80 GHz, com capacidades de modula\u00e7\u00e3o FMCW. O sistema utiliza um chip SOC RF altamente integrado como n\u00facleo, com componentes circundantes, incluindo PCBs multicamadas, interfaces de guia de ondas, gest\u00e3o de energia e circuitos de controlo para alcan\u00e7ar a funcionalidade completa do transcetor.<\/p>\n\n\n\n
Na cadeia do recetor, os sinais fracos recebidos pela antena s\u00e3o introduzidos atrav\u00e9s de uma estrutura de sonda de guia de onda-microstrip, amplificados por um amplificador de baixo ru\u00eddo, misturados com o sinal do oscilador local e convertidos para banda base. Ap\u00f3s filtragem e controlo de ganho, o sinal \u00e9 emitido. A cadeia de transmiss\u00e3o inverte este processo, convertendo o sinal de banda base para uma frequ\u00eancia mais elevada e amplificando-o antes da radia\u00e7\u00e3o atrav\u00e9s da antena. Os principais par\u00e2metros, como a figura de ru\u00eddo, o ganho e a linearidade de toda a cadeia, s\u00e3o verificados e optimizados atrav\u00e9s de simula\u00e7\u00f5es do sistema.<\/p>\n\n\n\n
Para conseguir uma transmiss\u00e3o eficiente de sinais de alta frequ\u00eancia em PCB multicamadas, este documento centra-se na conce\u00e7\u00e3o de tr\u00eas tipos de estruturas de interliga\u00e7\u00e3o RF:<\/p>\n\n\n\n
Transi\u00e7\u00e3o de sonda guia de onda-microstrip<\/strong>: Para resolver o problema da perda de alta frequ\u00eancia na banda W, foi proposta uma estrutura de sonda de acoplamento eletromagn\u00e9tico em forma de agulha fina, com uma superf\u00edcie de curto-circuito integrada no PCB. Os resultados da simula\u00e7\u00e3o mostram que a perda de inser\u00e7\u00e3o na gama 72,3-82,5 GHz \u00e9 inferior a 0,2 dB, com uma excelente perda de retorno superior a -20 dB, demonstrando boas carater\u00edsticas de banda larga e toler\u00e2ncia de fabrico.<\/p>\n\n\n\n Estrutura de transi\u00e7\u00e3o vertical<\/strong>: Foi adotado um esquema de interliga\u00e7\u00e3o vertical \u201cGCPW-coaxial-GCPW\u201d para suprimir eficazmente as fugas electromagn\u00e9ticas e a distor\u00e7\u00e3o de modo a altas frequ\u00eancias. Esta estrutura mant\u00e9m uma perda de retorno superior a -16 dB em toda a banda passante abaixo de 100 GHz, com uma perda de inser\u00e7\u00e3o de apenas 0,42 dB a 40 GHz, tornando-a adequada para a integra\u00e7\u00e3o de sistemas de alta densidade.<\/p>\n\n\n\n Estrutura de transi\u00e7\u00e3o de BGA para microfita<\/strong>: Para o empacotamento de chips RF BGA, foi projectada uma estrutura de linha GCPW para microstrip com circuitos de correspond\u00eancia, contrariando com sucesso a capacit\u00e2ncia parasita introduzida pelas bolas de solda. Na gama de 72-106 GHz, a perda de retorno \u00e9 superior a -15 dB, com uma gama de frequ\u00eancias alvo inferior a -20 dB e uma perda de inser\u00e7\u00e3o de 0,4 dB.<\/p>\n\n\n\n Foram efectuadas simula\u00e7\u00f5es ao n\u00edvel do sistema de toda a liga\u00e7\u00e3o do transcetor utilizando o software ADS. O canal recetor, na banda 75-80 GHz, apresentou uma figura de ru\u00eddo de 11,324 dB e um ganho de 57,602 dB, garantindo sinais de sa\u00edda puros em banda base. O canal de transmiss\u00e3o obteve um ganho de 24,602 dB, com pot\u00eancia de sa\u00edda superior a 5 dBm, atendendo aos requisitos do sistema. Os resultados da simula\u00e7\u00e3o confirmam a viabilidade e superioridade do chip RF projetado e das suas estruturas de interliga\u00e7\u00e3o em sistemas de alta frequ\u00eancia.<\/p>\n\n\n\n Com base em chips SOC RF de banda W, este artigo concebe e simula com \u00eaxito um sistema de componentes T\/R miniaturizado e de elevado desempenho. Ao otimizar as principais estruturas, como a sonda de guia de ondas, as transi\u00e7\u00f5es verticais e as interliga\u00e7\u00f5es BGA, o sistema atinge baixas perdas, uma ampla largura de banda e uma elevada integra\u00e7\u00e3o. No futuro, com a maior maturidade dos processos de chips RF e a inova\u00e7\u00e3o cont\u00ednua nas tecnologias de embalagem, os componentes T\/R de banda W desempenhar\u00e3o um papel mais importante em dom\u00ednios como a condu\u00e7\u00e3o aut\u00f3noma, o transporte inteligente e a navega\u00e7\u00e3o por drones.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" With the widespread application of millimeter-wave technology in fields such as collision avoidance radar, automotive electronics, and rail transportation, the W-band (75\u2013110 GHz) has gradually become the ideal frequency band for short-range radar systems due to its high bandwidth, high resolution, and ease of integration. 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5. <\/strong>Resumo e perspectivas<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n