汽车雷达等射频电子技术创造了更安全、更高效的互联车辆。它们也为射频测试带来了新的挑战
 
作者：John Muzzio，应用工程师、测试和测量产品线经理，Times Microwave Systems
 
汽车电子技术继续以惊人的速度发展，利用了为航空航天、航天系统和军事开发的许多技术。在很短的时间内，汽车行业已经从监测燃油、速度和温度等汽车系统的基本仪表转向联网汽车和自动驾驶。
 
随着汽车系统的日益复杂和进步，需要更多的雷达系统为其提供动力。汽车雷达传感器在复杂且安全关键的应用中，如高级驾驶员辅助系统（ADAS）和自动驾驶，使用射频检测汽车附近物体的速度、范围和角度。汽车雷达部件可用于：
 

• 避免碰撞
• 自动制动
• 行人检测/避开
• 停车辅助
• 盲点检测
• 追尾警告
• 自适应巡航控制
• 还有更多

 

图1：新型汽车电子系统
 
这些汽车雷达系统主要在24 GHz和77 GHz频段工作，使用79 GHz频段的比例较小。由于该频段的宽带可用性，许多新应用正在从24 GHz转移到77 GHz。
 
在某些应用中，更宽的带宽可将距离分辨率和精度提高20倍，并允许使用更高的频率和更短的波长，从而实现更小的形状系数。
 
事实上，由于欧洲电信标准协会（ETSI）和美国联邦通信委员会（FCC）制定的频谱法规和标准，到2022年，欧洲和美国将完全淘汰超宽带版本的24 GHz汽车雷达。
 

汽车雷达模块的测试

 
汽车雷达传感器利用具有连续信号的连续波（CW）雷达来检测非静止目标。这需要两个天线：一个用于发送信号，另一个用于接收信号。发射天线发射无线电波，击中物体并反弹回接收天线，以确定物体的距离、速度和方向。
 

图2：连续波雷达系统架构
 
在77 GHz或79 GHz频段工作的汽车雷达使用线性调频（LFM）或调频连续波（FMCW）技术。这种调制称为“啁啾”，啁啾波形的线性度是一个重要的性能参数，因为任何非线性或频率失真都会使测量结果失真。
 
然而，随着网联车辆中使用越来越多的汽车雷达传感器，在同一频带部分工作的系统之间发生干扰的可能性可能会增加故障的可能性。
 
由于汽车雷达系统用于为ADAS等安全关键应用提供动力，因此确保质量和正确操作对法规遵从性至关重要。需要可靠的测试和测量程序。
 
针对各种干扰信号进行测试有助于验证这些安全关键系统在极其苛刻的射频环境中的功能。射频测试电缆的频率范围能够完全识别这些失真，因此设计师可以根据这些测量值进行更改。
 
测试这些部件和系统的能力不仅是在其基频上，而且是在其谐波上，这是关键。对于在18 GHz、22-28 GHz和33 GHz基频下工作的部件，有必要在2次和3次谐波频率下对这些部件进行表征：
 

图3：典型汽车射频组件基频和谐波频率
 

这通常在67 GHz的范围内实现。拥有在这个频率范围内准确测试的必要设备至关重要。
 
77GHz及以上射频测试电缆组件面临的挑战
 
快速发展的汽车技术增加了测试设置的复杂性，需要比以往更多的测试引线和连接点，以及新的射频测试挑战和要求。因此，有必要重新审视连接点和测试引线的构建方式，并审查可用的不同类型的连接器，同时确保最新的测试组件与测试设备制造商所做的更改一致。
 
因此，汽车射频测试需要独特的同轴电缆和连接器解决方案。典型的射频测试过程涉及连接到矢量网络分析仪（VNA）、示波器或频谱分析仪的被测设备（DUT）。
 
从仪器到电路板的信号路径至关重要，测试设置不得引入不必要的变量或错误、VSWR尖峰或过度插入损耗。这包括测试电缆组件、电缆和连接器。
 
此外，稳定性是必不可少的，因为汽车雷达处理更高的频率范围。例如，连接器中的任何类型的不稳定都可能在测量中引入误差，随着测试频率范围的增加，误差会放大。电缆组件必须足够耐用，以承受频繁连接和断开导致的大量搬运和连续移动，同时保持精确的测量重复性和可靠的电气性能。
 

图4：上图显示了在不同频率下测试汽车传感器的典型设置。这些测试是在基波和谐波条件下进行的，以清楚地显示设备在车辆中的性能。
 
汽车射频测试组件不断发展的要求
 
更高的频率范围
 
如前所述，许多以前的汽车射频系统工作在较低的GHz范围内，但汽车雷达传感器等新技术正在将其推向更高的频率，并跨越不同的频段。以前可能使用过的电缆和连接器将不再在这些更高频率下工作。
 
为了将带宽提升到77GHz及以上，需要毫米波测试电缆、适配器和板级互连，以适应更高的带宽，同时不影响信号完整性。
 
挠曲性
 
汽车应用通常在生产环境中进行测试，从一个模块转移到另一个模块。在高频情况下，每次移动模块或电缆时都可能需要重新校准。在研发和生产环境中使用能够弯曲和弯曲的电缆将保持稳定性，并大大减少重新校准的需要。
 
相位稳定性
 
不断移动电缆也会影响相位稳定性。运动引入相变，测试组件必须保持非常低的变化率才能获得准确的测量结果。因此，坚固的电缆对于保持相位尽可能稳定至关重要。
 
此外，在测试汽车雷达等技术时，源和接收器可能同时以两种不同的频率运行。相位稳定组件将进一步确保谐波不会被引入系统。建议使用TF4™ 电介质的电缆组件结合螺旋绕法金属化夹层，以保持灵活、相位稳定的测试组件。
 
振幅/低损耗
 
当信号从电路板过渡到连接器时，必须尽可能减少反射。在更高的频率下，从同轴连接器到电路板结构的过渡缺陷变得更加明显。
 
这些缺陷会导致寄生和杂散信号响应。它们表现为回波损耗或插入损耗、尖峰和幅度增加，所有这些都是不可取的。如果信号完整性关闭且测量中存在噪声，测试将无法产生准确的设备读数。为确保高保真测量，应使用可重复性强、插入损耗低、在所需频率范围内工作的电缆。
 
缓解汽车射频测试难题的新解决方案
 
有专门设计的新测试电缆，以适应汽车系统、5G和其他高级测试所需的更高频率。这种新型测试引线提供了一种可重复性强、插入损耗低的电缆，可在整个所需的频率范围内工作，以确保高保真测量，并提供了覆盖70 GHz至90 GHz的特定选项，如果需要，还可高达110 GHz。
 
这种相位稳定电缆组件是为精确性和稳定性而设计的，它利用微孔PTFE电介质和螺旋缠绕的金属化夹层，以保持灵活、相位和振幅稳定的测试组件。
 
这种类型的射频测试电缆在一个非常坚固的封装中包含挠曲性，用于精确测量，并具有不锈钢桶型护套和一个1.35毫米的大型连接器选择。
 
汽车设计师应与具有完全集成的设计、生产、装配和测试能力的制造商合作，以定制解决方案，满足最苛刻的汽车测试要求。
 
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