จากเสาอากาศ PCB ไปจนถึงโครงสร้างนำคลื่น: เหตุใดเสาอากาศเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรจึงหันมาใช้โลหะ

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร (mmWave) ได้พัฒนาจากเซ็นเซอร์เฉพาะกลุ่มในรถยนต์ระดับไฮเอนด์เพียงไม่กี่รุ่น ไปสู่โครงสร้างพื้นฐานด้านการรับรู้ที่สำคัญในรถยนต์อัจฉริยะ ตั้งแต่ระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติแบบปรับได้ (ACC) และระบบเบรกฉุกเฉินอัตโนมัติ (AEB) ไปจนถึงระบบนำทางความเร็วสูงบนระบบขับเคลื่อนอัตโนมัติ (NOA) และระบบช่วยขับขี่ในเมืองที่แพร่หลายมากขึ้น เรดาร์ mmWave มีบทบาทสำคัญในการรับรู้สภาพแวดล้อมของรถยนต์

เนื่องจากความต้องการระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูงเพิ่มขึ้น ระบบเรดาร์เองก็มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เรดาร์สองมิติรุ่นแรกๆ ค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยเรดาร์ภาพสี่มิติที่สามารถให้ข้อมูลระยะทาง ความเร็ว มุมราบ และมุมเงยได้พร้อมกัน ซึ่งทำให้ต้องมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับระยะการตรวจจับ ความละเอียดเชิงมุม และความสามารถในการระบุเป้าหมาย นอกเหนือจากการปรับปรุงกำลังการประมวลผลของชิปและความซับซ้อนของอัลกอริทึมแล้ว การออกแบบระบบเสาอากาศยังกลายเป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยให้ประสิทธิภาพเหล่านี้ดีขึ้น ตัวอย่างเช่น เรดาร์ภาพความละเอียดสูง ARS540 ของ Continental สามารถตรวจจับได้ไกลเกือบ 300 เมตรผ่านอาร์เรย์เสาอากาศความหนาแน่นสูง และสามารถติดตามเป้าหมายได้หลายร้อยเป้าหมายพร้อมกัน ในประเทศ ผลิตภัณฑ์เรดาร์ mmWave สี่มิติรุ่นใหม่ใช้ประโยชน์จากเสาอากาศแบบอาร์เรย์ขนาดใหญ่และโครงสร้างท่อนำคลื่นที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจดจำเป้าหมายระยะไกล ทำให้สามารถตรวจจับยานพาหนะ ราวกั้น และสิ่งกีดขวางที่อยู่กับที่ได้เร็วขึ้น เบื้องหลังความก้าวหน้าเหล่านี้ มีแนวโน้มที่ชัดเจนเกิดขึ้น นั่นคือ เรดาร์ mmWave ประสิทธิภาพสูงกำลังนำสถาปัตยกรรมเสาอากาศแบบท่อนำคลื่นมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ

ในระบบเรดาร์คลื่นมิลลิเมตร (mmWave) เสาอากาศมีหน้าที่ทั้งส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อระยะการตรวจจับ ความละเอียดเชิงมุม และความแม่นยำของสัญญาณ การออกแบบเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรในยุคแรกส่วนใหญ่ใช้เสาอากาศไมโครสตริปแบบ PCB เนื่องจากความเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และผลิตได้ง่ายในปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่เรดาร์เพิ่มขึ้นเป็น 77 GHz และสูงกว่านั้น ข้อจำกัดของเสาอากาศ PCB ก็เริ่มปรากฏชัด คุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกของวัสดุ PCB ทำให้เกิดการสูญเสียการแพร่กระจายที่ความถี่คลื่นมิลลิเมตร ลดพลังงานของสัญญาณ ในขณะที่ข้อจำกัดในประสิทธิภาพการแผ่รังสีและความสามารถในการสร้างลำแสงจำกัดประสิทธิภาพของระบบ

ในทางตรงกันข้าม เสาอากาศแบบนำคลื่นจะนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านโครงสร้างโลหะ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการแพร่กระจายได้อย่างมากและทำให้ได้ประสิทธิภาพการแผ่รังสีที่สูงขึ้น ด้วยเหตุนี้ สำหรับระบบที่ต้องการระยะการตรวจจับที่กว้างและความละเอียดเชิงมุมสูง เสาอากาศแบบนำคลื่นจึงกลายเป็นทางเลือกที่ได้รับความนิยม อย่างไรก็ตาม การนำเสาอากาศแบบนำคลื่นมาใช้กันอย่างแพร่หลายก็ก่อให้เกิดความท้าทายใหม่ๆ ในการผลิตเช่นกัน

แตกต่างจากเสาอากาศ PCB เสาอากาศแบบท่อนำคลื่นเป็นโครงสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าโลหะที่มีความแม่นยำสูง การแพร่กระจายของคลื่นภายในท่อนำคลื่นมีความไวสูงต่อความแม่นยำของขนาดช่องว่างและค่าการนำไฟฟ้าภายใน ความคลาดเคลื่อนในขนาดของท่อนำคลื่นหรือความหยาบของพื้นผิวสามารถลดกำลังขยาย เบี่ยงเบนทิศทางของลำแสง และเพิ่มการสูญเสียสัญญาณ ซึ่งท้ายที่สุดจะส่งผลต่อระยะการตรวจจับของเรดาร์และการจำแนกเป้าหมาย การผลิตแบบดั้งเดิมอาศัยการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC หรือการกัดโลหะ ซึ่งรับประกันประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แม่นยำ แต่มีข้อจำกัดอย่างมากในด้านต้นทุนและความสามารถในการขยายขนาด โครงสร้างคลื่นมิลลิเมตร ซึ่งมักมีขนาดเพียงไม่กี่มิลลิเมตรและมีความคลาดเคลื่อนในระดับหลายสิบไมครอน ต้องการเครื่องจักรที่ซับซ้อนและการควบคุมกระบวนการที่ละเอียด การตัดเฉือนเชิงกลเหมาะสำหรับการผลิตขนาดเล็ก แต่มีต้นทุนสูงเกินไปสำหรับเรดาร์ยานยนต์หรือเซ็นเซอร์สำหรับผู้บริโภคในตลาดมวลชน

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้าสูงควบคู่ไปกับความสามารถในการผลิต อุตสาหกรรมจึงได้สำรวจเสาอากาศแบบท่อนำคลื่นเคลือบโลหะ แนวคิดพื้นฐานคือการแยกการขึ้นรูปโครงสร้างออกจากการนำไฟฟ้า แทนที่จะขึ้นรูปบล็อกโลหะทั้งหมด วิธีการนี้ใช้ "การขึ้นรูปโครงสร้าง + การเคลือบโลหะที่พื้นผิว"

ในขั้นต้น โพรงนำคลื่นจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้การฉีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป หรือการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุด้วยพลาสติกวิศวกรรมหรือพอลิเมอร์ประสิทธิภาพสูง ซึ่งให้ความยืดหยุ่นและความเหมาะสมสำหรับการผลิตในปริมาณมาก หลังจากสร้างโครงสร้างแล้ว จะมีการปรับสภาพพื้นผิว เช่น การทำความสะอาด การทำให้หยาบ หรือการกระตุ้นทางเคมี เพื่อเพิ่มการยึดเกาะของโลหะ จากนั้น การเคลือบชั้นนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องโดยใช้ PVD การชุบด้วยไฟฟ้า หรือการชุบแบบไม่ใช้ไฟฟ้า โดยทั่วไปจะใช้ทองแดง นิกเกล หรือเงิน จะเปลี่ยนโครงสร้างให้เป็นท่อนำคลื่นนำไฟฟ้าที่มีการสูญเสียต่ำ บริเวณสำคัญ เช่น ช่องเปิดสำหรับการแผ่รังสีหรือบริเวณส่วนต่อประสาน อาจได้รับการเคลือบโลหะเฉพาะจุดหรือการกลึงละเอียดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้าให้เหมาะสมที่สุด

แนวทาง “โครงสร้าง + การเคลือบโลหะ” นี้ช่วยรักษาประสิทธิภาพสูงของตัวนำคลื่นแบบดั้งเดิม ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การผลิตมีความยืดหยุ่นและมีประสิทธิภาพ ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดช่วยให้การผลิตจำนวนมากทำได้อย่างรวดเร็ว ลดต้นทุน วัสดุพลาสติกช่วยลดน้ำหนัก สนับสนุนการลดน้ำหนักของยานยนต์ และการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้สามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการออกแบบเสาอากาศขนาดใหญ่ วิธีนี้ประสบความสำเร็จในการสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้า ความสามารถในการผลิต และการควบคุมต้นทุน ทำให้เสาอากาศตัวนำคลื่นเคลือบโลหะเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในผลิตภัณฑ์เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร

Zhihua Vacuum นำเสนอโซลูชันที่ครอบคลุมสำหรับการผลิตเสาอากาศนำคลื่นเรดาร์ mmWave เคลือบโลหะอย่างชาญฉลาด สายการผลิตเคลือบต่อเนื่องแนวนอนของพวกเขา ซึ่งใช้การสปัตเตอร์ในสุญญากาศ ช่วยให้สามารถเคลือบโลหะสองชั้นหรือหลายชั้นได้ในรอบสุญญากาศเดียว ด้วยการควบคุมที่แม่นยำและสม่ำเสมอ เมื่อเทียบกับการพิมพ์อิเล็กโทรดเงินแบบดั้งเดิม อิเล็กโทรดทองแดงที่สปัตเตอร์ด้วยแมกเนตรอนช่วยเพิ่มการนำไฟฟ้า ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพในการป้องกันการเกิดซัลเฟอร์ ในขณะที่ลดต้นทุน การจัดการแบบอัตโนมัติและความเข้ากันได้กับขนาดเซรามิกต่างๆ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงผลผลิตสูงสำหรับการผลิตจำนวนมาก ด้วยประสบการณ์กว่า 30 ปีในเทคโนโลยีการเคลือบในสุญญากาศ รวมถึง PVD, PECVD และ ALD Zhihua Vacuum นำเสนอการบูรณาการกระบวนการที่ปรับแต่งได้และเป็นความลับ ตั้งแต่การวิจัยและพัฒนาไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก

เนื่องจากเทคโนโลยีการขับขี่อัตโนมัติและการตรวจจับอัจฉริยะก้าวหน้าขึ้น ความต้องการประสิทธิภาพของเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรจึงเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง วิวัฒนาการจากเสาอากาศไมโครสตริปบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ไปสู่เสาอากาศแบบท่อนำคลื่น และปัจจุบันไปสู่โครงสร้างท่อนำคลื่นแบบเคลือบโลหะ สะท้อนให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของเทคโนโลยีการผลิตเสาอากาศ การแยกโครงสร้างออกจากฟังก์ชันการนำไฟฟ้า ทำให้เสาอากาศแบบท่อนำคลื่นเคลือบโลหะมีทั้งประสิทธิภาพทางแม่เหล็กไฟฟ้าสูงและประสิทธิภาพการผลิตที่ดีเยี่ยม พร้อมทั้งมีความยืดหยุ่นสำหรับการออกแบบเรดาร์แบบอาร์เรย์ที่ซับซ้อน เมื่อวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคนิคการผลิตก้าวหน้าขึ้น แนวทางนี้จึงพร้อมที่จะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในระบบเรดาร์คลื่นมิลลิเมตรในอนาคต

-บทความนี้เผยแพร่โดยผู้ผลิตอุปกรณ์เคลือบสุญญากาศเครื่องดูดฝุ่นเจิ้นฮวา