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. Oczekuje się, że za pomocą tych urządzeń możliwe będzie wydajne przesyłanie mocy sygnału z jednego punktu do drugiego przy minimalnych stratach;

W całym systemie radarowym pojazdu konwersja energii obejmuje głównie transfer energii z układu scalonego do podajnika na płytce PCB, transfer podajnika do korpusu anteny i efektywne promieniowanie energii przez antenę. W całym procesie transferu energii ważną częścią jest konstrukcja konwertera. Konwertery w systemach fal milimetrowych obejmują głównie konwersję mikropaska na zintegrowany falowód (SIW), konwersję mikropaska na falowód, konwersję SIW na falowód, konwersję koncentryczną na falowód, konwersję falowód na falowód i różne typy konwersji falowodów. W tym wydaniu skupimy się na projektowaniu konwersji mikropasmowej SIW.

Różne rodzaje konstrukcji transportowych

Mikropasekjest jedną z najczęściej używanych struktur przewodnikowych przy stosunkowo niskich częstotliwościach mikrofalowych. Jej główne zalety to prosta struktura, niski koszt i wysoka integracja z elementami montowanymi powierzchniowo. Typowa linia mikropaskowa jest tworzona przy użyciu przewodników po jednej stronie podłoża dielektrycznego, tworząc pojedynczą płaszczyznę uziemienia po drugiej stronie, z powietrzem nad nią. Górny przewodnik jest zasadniczo materiałem przewodzącym (zwykle miedzią) ukształtowanym w wąski drut. Szerokość linii, grubość, względna przenikalność elektryczna i tangens strat dielektrycznych podłoża są ważnymi parametrami. Ponadto grubość przewodnika (tj. grubość metalizacji) i przewodność przewodnika są również krytyczne przy wyższych częstotliwościach. Starannie rozważając te parametry i używając linii mikropaskowych jako podstawowej jednostki dla innych urządzeń, można zaprojektować wiele drukowanych urządzeń mikrofalowych i komponentów, takich jak filtry, sprzęgacze, dzielniki/łączniki mocy, miksery itp. Jednak wraz ze wzrostem częstotliwości (przy przechodzeniu na stosunkowo wysokie częstotliwości mikrofalowe) zwiększają się straty transmisji i występuje promieniowanie. Dlatego też preferowane są falowody rurowe, takie jak falowody prostokątne, ze względu na mniejsze straty przy wyższych częstotliwościach (brak promieniowania). Wnętrze falowodu jest zazwyczaj wypełnione powietrzem. Jednak w razie potrzeby można je wypełnić materiałem dielektrycznym, co daje mu mniejszy przekrój niż falowód wypełniony gazem. Jednakże falowody z pustą rurą są często nieporęczne, mogą być ciężkie, zwłaszcza przy niższych częstotliwościach, wymagają wyższych wymagań produkcyjnych i są kosztowne, a także nie mogą być zintegrowane z płaskimi strukturami drukowanymi.

PRODUKTY ANTENY MIKROPASKOWEJ RFMISO:

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

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

Druga to hybrydowa struktura prowadząca pomiędzy strukturą mikropaskową a falowodem, nazywana zintegrowanym falowodem z podłożem (SIW). SIW to zintegrowana struktura przypominająca falowód, wykonana na materiale dielektrycznym, z przewodnikami na górze i dole oraz liniowym układem dwóch metalowych otworów przelotowych tworzących ściany boczne. W porównaniu ze strukturami mikropaskowymi i falowodowymi, SIW jest opłacalny, ma stosunkowo łatwy proces produkcji i może być zintegrowany z urządzeniami planarnymi. Ponadto wydajność przy wysokich częstotliwościach jest lepsza niż w przypadku struktur mikropaskowych i ma właściwości dyspersyjne falowodu. Jak pokazano na rysunku 1;

Wytyczne projektowe SIW

Zintegrowane falowody z podłożem (SIW) to zintegrowane struktury przypominające falowody, wytwarzane przy użyciu dwóch rzędów metalowych otworów przelotowych osadzonych w dielektryku łączącym dwie równoległe metalowe płyty. Rzędy metalowych otworów przelotowych tworzą ściany boczne. Ta struktura ma cechy linii mikropaskowych i falowodów. Proces produkcyjny jest również podobny do innych drukowanych płaskich struktur. Typowa geometria SIW jest pokazana na rysunku 2.1, gdzie jej szerokość (tj. odległość między przelotkami w kierunku poprzecznym (as)), średnica przelotek (d) i długość skoku (p) są używane do zaprojektowania struktury SIW. Najważniejsze parametry geometryczne (pokazane na rysunku 2.1) zostaną wyjaśnione w następnej sekcji. Należy zauważyć, że dominującym trybem jest TE10, podobnie jak w przypadku prostokątnego falowodu. Związek między częstotliwością odcięcia fc falowodów wypełnionych powietrzem (AFWG) i falowodów wypełnionych dielektrykiem (DFWG) a wymiarami a i b jest pierwszym punktem projektu SIW. W przypadku falowodów wypełnionych powietrzem częstotliwość graniczna jest taka, jak pokazano we wzorze poniżej

Podstawowa struktura SIW i wzór obliczeniowy[1]

gdzie c jest prędkością światła w wolnej przestrzeni, m i n są modami, a jest dłuższym rozmiarem falowodu, a b jest krótszym rozmiarem falowodu. Gdy falowód pracuje w trybie TE10, można to uprościć do fc=c/2a; gdy falowód jest wypełniony dielektrykiem, długość szerokiego boku a jest obliczana ze wzoru ad=a/Sqrt(εr), gdzie εr jest stałą dielektryczną ośrodka; aby SIW działał w trybie TE10, odstęp między otworami przelotowymi p, średnica d i szeroki bok as 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 prowadzonej: Jednocześnie grubość podłoża nie ma wpływu na projekt rozmiaru SIW, ale wpływa na utratę struktury, dlatego należy wziąć pod uwagę zalety niskich strat wynikające z zastosowania podłoży o dużej grubości.

Konwersja Microstrip do SIW
Gdy struktura mikropaskowa musi zostać podłączona do SIW, zwężane przejście mikropaskowe jest jedną z głównych preferowanych metod przejścia, a zwężane przejście zwykle zapewnia szerokopasmowe dopasowanie w porównaniu z innymi drukowanymi przejściami. Dobrze zaprojektowana struktura przejściowa ma bardzo niskie odbicia, a strata wstawiania jest spowodowana głównie stratami dielektrycznymi i przewodnikowymi. Wybór materiałów podłoża i przewodnika determinuje głównie stratę przejścia. Ponieważ grubość podłoża utrudnia szerokość linii mikropaskowej, parametry zwężanego przejścia należy dostosować, gdy grubość podłoża ulega zmianie. Inny typ uziemionego współpłaszczyznowego falowodu (GCPW) jest również szeroko stosowaną strukturą linii transmisyjnej w systemach wysokiej częstotliwości. Przewodniki boczne blisko pośredniej linii transmisyjnej służą również jako uziemienie. Poprzez dostosowanie szerokości głównego zasilacza i odstępu do uziemienia bocznego można uzyskać wymaganą impedancję charakterystyczną.

Mikropasek do SIW i GCPW do SIW

Poniższy rysunek jest przykładem projektu mikropaskowego do SIW. Użytym medium jest Rogers3003, stała dielektryczna wynosi 3,0, prawdziwa 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=0,4 mm, a odstęp p=0,6 mm. Rozmiar symulacji wynosi 50 mm*12 mm*0,127 mm. Całkowita strata w paśmie przepustowym wynosi około 1,5 dB (co można jeszcze bardziej zmniejszyć, optymalizując odstęp między szerokimi bokami).