Aktualności - Konwersja energii w antenach radarowych

W obwodach lub systemach mikrofalowych cały obwód lub system często składa się z wielu podstawowych urządzeń mikrofalowych, takich jak filtry, sprzęgacze, dzielniki mocy itp. Istnieje nadzieja, że za pośrednictwem tych urządzeń możliwe będzie skuteczne przesyłanie mocy sygnału z jednego punktu do inny z minimalną stratą;

W całym systemie radarowym pojazdu konwersja energii polega głównie na przekazaniu energii z chipa do zasilacza na płytce PCB, przeniesieniu zasilacza do korpusu anteny i efektywnym wypromieniowaniu energii przez antenę. W całym procesie przesyłu energii ważną częścią jest konstrukcja przetwornicy. Konwertery w systemach fal milimetrowych obejmują głównie konwersję mikropasków na falowód zintegrowany z podłożem (SIW), konwersję mikropasków na falowód, konwersję SIW na falowód, konwersję kabla koncentrycznego na falowód, konwersję falowodu na falowód i różne typy konwersji falowodu. W tym numerze skupimy się na projektowaniu konwersji mikropasmowej SIW.

Różne typy konstrukcji transportowych

Mikropasekjest jedną z najczęściej stosowanych struktur prowadzących przy stosunkowo niskich częstotliwościach mikrofalowych. Jego głównymi zaletami są prosta konstrukcja, niski koszt i wysoka integracja z komponentami do montażu powierzchniowego. Typową linię mikropaskową tworzy się za pomocą przewodników po jednej stronie podłoża warstwy dielektrycznej, tworząc pojedynczą płaszczyznę uziemienia po drugiej stronie, z powietrzem nad nią. Górny przewodnik to zasadniczo materiał przewodzący (zwykle miedź) uformowany w wąski drut. Ważnymi parametrami są szerokość linii, grubość, przenikalność względna i tangens strat dielektrycznych podłoża. Dodatkowo, grubość przewodnika (tj. grubość metalizacji) i przewodność przewodnika są również krytyczne przy wyższych częstotliwościach. Uważnie rozważając te parametry i stosując linie mikropaskowe jako podstawową jednostkę dla innych urządzeń, można zaprojektować wiele drukowanych urządzeń mikrofalowych i komponentów, takich jak filtry, sprzęgacze, dzielniki/kombinatory mocy, miksery itp. Jednakże wraz ze wzrostem częstotliwości (w przypadku przejścia do stosunkowo wysokie częstotliwości mikrofalowe) zwiększają się straty przesyłowe i pojawia się promieniowanie. Dlatego też preferowane są falowody z pustymi rurami, takie jak falowody prostokątne, ze względu na mniejsze straty przy wyższych częstotliwościach (bez promieniowania). Wnętrze falowodu jest zwykle wypełnione powietrzem. Ale w razie potrzeby można go wypełnić materiałem dielektrycznym, nadając mu mniejszy przekrój poprzeczny niż falowód wypełniony gazem. Jednakże falowody z pustymi rurami są często nieporęczne, mogą być ciężkie, zwłaszcza przy niższych częstotliwościach, wymagają wyższych wymagań produkcyjnych i są kosztowne i nie można ich zintegrować z planarnymi drukowanymi strukturami.

PRODUKTY ANTENY RFMISO MIKROSTRIPOWEJ:

RM-MA25527-22,25,5-27GHz

RM-MA425435-22,4,25-4,35GHz

Druga to hybrydowa struktura naprowadzania pomiędzy strukturą mikropaskową a falowodem, zwana falowodem zintegrowanym z podłożem (SIW). SIW to zintegrowana konstrukcja przypominająca falowód, wykonana z materiału dielektrycznego, z przewodnikami na górze i na dole oraz liniowym układem dwóch metalowych przelotek tworzących ściany boczne. W porównaniu ze strukturami mikropaskowymi i falowodowymi SIW jest opłacalny, ma stosunkowo łatwy proces produkcyjny i można go zintegrować z urządzeniami planarnymi. Ponadto wydajność przy wysokich częstotliwościach jest lepsza niż w przypadku struktur mikropaskowych i ma właściwości dyspersji falowodu. Jak pokazano na rysunku 1;

Wytyczne projektowe SIW

Falowody zintegrowane z podłożem (SIW) to zintegrowane struktury przypominające falowody, wykonane przy użyciu dwóch rzędów metalowych przelotek osadzonych w dielektryku łączącym dwie równoległe metalowe płytki. Rzędy metalowych otworów przelotowych tworzą ściany boczne. Struktura ta ma cechy linii mikropaskowych i falowodów. Proces produkcyjny jest również podobny do innych drukowanych konstrukcji płaskich. Typową geometrię SIW pokazano na rysunku 2.1, gdzie jej szerokość (tj. odstęp między przelotkami w kierunku poprzecznym (as)), średnica przelotek (d) i długość podziałowa (p) są wykorzystywane do projektowania konstrukcji SIW Najważniejsze parametry geometryczne (pokazane na rysunku 2.1) zostaną wyjaśnione w następnej sekcji. Należy pamiętać, że dominującym trybem jest TE10, podobnie jak falowód prostokątny. Zależność pomiędzy częstotliwością odcięcia fc falowodów wypełnionych powietrzem (AFWG) i falowodów wypełnionych dielektrykiem (DFWG) a wymiarami aib jest pierwszym punktem projektowania SIW. W przypadku falowodów wypełnionych powietrzem częstotliwość odcięcia jest pokazana w poniższym wzorze

Podstawowa struktura SIW i wzór obliczeniowy[1]

gdzie c to prędkość światła w wolnej przestrzeni, m i n to mody, a to dłuższy rozmiar falowodu, a b to krótszy rozmiar falowodu. Gdy falowód pracuje w trybie TE10, można go uprościć do fc=c/2a; gdy falowód jest wypełniony dielektrykiem, długość boku a oblicza się ze wzoru ad=a/Sqrt(εr), gdzie εr jest stałą dielektryczną ośrodka; aby SIW działało w trybie TE10, rozstaw otworów przelotowych p, średnica d i szeroki bok powinny spełniać wzór w prawym górnym rogu poniższego rysunku, a także istnieją wzory empiryczne d<λg i p<2d [ 2];

gdzie λg jest długością fali fali kierowanej: jednocześnie grubość podłoża nie wpłynie na projekt rozmiaru SIW, ale wpłynie na utratę struktury, dlatego należy wziąć pod uwagę zalety podłoży o dużej grubości w zakresie niskich strat .

Konwersja mikropaskowa na SIW
Kiedy struktura mikropaskowa musi być połączona z SIW, zwężające się przejście mikropaskowe jest jedną z głównych preferowanych metod przejścia, a zwężające się przejście zwykle zapewnia dopasowanie szerokopasmowe w porównaniu z innymi drukowanymi przejściami. Dobrze zaprojektowana struktura przejściowa ma bardzo niskie odbicia, a straty wtrąceniowe są spowodowane głównie stratami dielektrycznymi i przewodnikami. Wybór podłoża i materiałów przewodzących determinuje głównie utratę przejścia. Ponieważ grubość podłoża utrudnia szerokość linii mikropasków, parametry przejścia stożkowego należy korygować w przypadku zmiany grubości podłoża. Inny typ uziemionego falowodu współpłaszczyznowego (GCPW) jest również szeroko stosowaną strukturą linii przesyłowej w systemach wysokiej częstotliwości. Przewody boczne w pobliżu pośredniej linii przesyłowej służą również jako uziemienie. Dostosowując szerokość głównego podajnika oraz odstęp do bocznej masy, można uzyskać wymaganą impedancję charakterystyczną.

Mikropasek do SIW i GCPW do SIW

Poniższy rysunek jest przykładem konstrukcji mikropaskowej do SIW. Zastosowanym medium jest Rogers3003, stała dielektryczna wynosi 3,0, rzeczywista wartość strat wynosi 0,001, a grubość wynosi 0,127 mm. Szerokość podajnika na obu końcach wynosi 0,28 mm, co odpowiada szerokości podajnika antenowego. Średnica otworu przelotowego wynosi d=0,4mm, a rozstaw p=0,6mm. Rozmiar symulacji wynosi 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Całkowita strata w paśmie przepustowym wynosi około 1,5 dB (co można dodatkowo zmniejszyć poprzez optymalizację odstępu po bokach).