Nyheter - Energiomforming i radarantenner

I mikrobølgekretser eller -systemer består ofte hele kretsen eller systemet av mange grunnleggende mikrobølgeenheter som filtre, koblere, effektdelere osv. Det er håpet at det gjennom disse enhetene er mulig å effektivt overføre signalkraft fra ett punkt til et annet med minimalt tap;

I hele kjøretøyets radarsystem innebærer energiomforming hovedsakelig overføring av energi fra brikken til materen på PCB-kortet, overføring av materen til antennehuset og effektiv utstråling av energi fra antennen. I hele energioverføringsprosessen er en viktig del av omformerens design. Omformerne i millimeterbølgesystemer inkluderer hovedsakelig konvertering fra mikrostrip til substrat integrert bølgeleder (SIW), konvertering fra mikrostrip til bølgeleder, konvertering fra SIW til bølgeleder, konvertering fra koaksial til bølgeleder, konvertering fra bølgeleder til bølgeleder og ulike typer bølgelederomforming. Denne utgaven vil fokusere på design av SIW-konvertering fra mikrobånd.

Ulike typer transportstrukturer

Mikrostriper en av de mest brukte styrestrukturene ved relativt lave mikrobølgefrekvenser. Hovedfordelene er enkel struktur, lave kostnader og høy integrasjon med overflatemonteringskomponenter. En typisk mikrostriplinje dannes ved hjelp av ledere på den ene siden av et dielektrisk lagsubstrat, som danner et enkelt jordplan på den andre siden, med luft over. Topplederen er i utgangspunktet et ledende materiale (vanligvis kobber) formet til en smal ledning. Linjebredde, tykkelse, relativ permittivitet og dielektrisk tapstangens til substratet er viktige parametere. I tillegg er tykkelsen på lederen (dvs. metalliseringstykkelse) og lederens konduktivitet også kritiske ved høyere frekvenser. Ved å nøye vurdere disse parameterne og bruke mikrostriplinjer som den grunnleggende enheten for andre enheter, kan mange trykte mikrobølgeenheter og komponenter designes, for eksempel filtre, koblere, effektdelere/kombinatorer, miksere osv. Men når frekvensen øker (når man går over til relativt høye mikrobølgefrekvenser) øker transmisjonstapene og stråling oppstår. Derfor foretrekkes hulrørsbølgeledere som rektangulære bølgeledere på grunn av mindre tap ved høyere frekvenser (ingen stråling). Det indre av bølgelederen er vanligvis luft. Men om ønskelig kan den fylles med dielektrisk materiale, noe som gir den et mindre tverrsnitt enn en gassfylt bølgeleder. Imidlertid er hulrørsbølgeledere ofte store, kan være tunge spesielt ved lavere frekvenser, krever høyere produksjonskrav og er kostbare, og kan ikke integreres med plane trykte strukturer.

RFMISO MIKROSTRIP-ANTENNEPRODUKTER:

RM-MA25527-22, 25,5–27 GHz

RM-MA425435-22, 4,25–4,35 GHz

Den andre er en hybrid styringsstruktur mellom en mikrostripstruktur og en bølgeleder, kalt en substratintegrert bølgeleder (SIW). En SIW er en integrert bølgelederlignende struktur fremstilt på et dielektrisk materiale, med ledere på toppen og bunnen og en lineær matrise av to metallvias som danner sideveggene. Sammenlignet med mikrostrip- og bølgelederstrukturer er SIW kostnadseffektiv, har en relativt enkel produksjonsprosess og kan integreres med plane enheter. I tillegg er ytelsen ved høye frekvenser bedre enn for mikrostripstrukturer og har bølgelederdispersjonsegenskaper. Som vist i figur 1;

Retningslinjer for SIW-design

Substratintegrerte bølgeledere (SIW-er) er integrerte bølgelederlignende strukturer som er produsert ved å bruke to rader med metallvias innebygd i et dielektrikum som forbinder to parallelle metallplater. Rader med metallgjennomgangshull danner sideveggene. Denne strukturen har egenskapene til mikrostriplinjer og bølgeledere. Produksjonsprosessen ligner også på andre trykte flate strukturer. En typisk SIW-geometri er vist i figur 2.1, hvor bredden (dvs. avstanden mellom vias i sideretningen (as)), diameteren på viasene (d) og stigningslengden (p) brukes til å designe SIW-strukturen. De viktigste geometriske parameterne (vist i figur 2.1) vil bli forklart i neste avsnitt. Merk at den dominerende modusen er TE10, akkurat som den rektangulære bølgelederen. Forholdet mellom grensefrekvensen fc for luftfylte bølgeledere (AFWG) og dielektrisk fylte bølgeledere (DFWG) og dimensjonene a og b er det første punktet i SIW-design. For luftfylte bølgeledere er grensefrekvensen som vist i formelen nedenfor.

SIW grunnleggende struktur og beregningsformel[1]

hvor c er lysets hastighet i fritt rom, m og n er modusene, a er den lengre bølgelederstørrelsen, og b er den kortere bølgelederstørrelsen. Når bølgelederen fungerer i TE10-modus, kan det forenkles til fc = c / 2a; når bølgelederen er fylt med dielektrikum, beregnes bredsidelengden a ved ad = a / Sqrt(εr), hvor εr er den dielektriske konstanten til mediet; for å få SIW til å fungere i TE10-modus, bør avstanden mellom de gjennomgående hull p, diameteren d og bredsiden tilfredsstille formelen øverst til høyre i figuren nedenfor, og det finnes også empiriske formler for d < λ g og p < 2d [2];

hvor λg er den guidede bølgebølgelengden: Samtidig vil ikke substratets tykkelse påvirke SIW-størrelsesdesignet, men det vil påvirke tapet av strukturen, så fordelene med lavt tap ved substrater med høy tykkelse bør vurderes.

Konvertering fra mikrostrip til SIW
Når en mikrostripstruktur må kobles til en SIW, er den koniske mikrostripovergangen en av de viktigste foretrukne overgangsmetodene, og den koniske overgangen gir vanligvis en bredbåndstilpasning sammenlignet med andre trykte overganger. En godt designet overgangsstruktur har svært lave refleksjoner, og innsettingstap er primært forårsaket av dielektriske og ledertap. Valg av substrat- og ledermaterialer bestemmer hovedsakelig tapet av overgangen. Siden tykkelsen på substratet hindrer bredden på mikrostriplinjen, bør parametrene til den koniske overgangen justeres når tykkelsen på substratet endres. En annen type jordet koplanær bølgeleder (GCPW) er også en mye brukt transmisjonslinjestruktur i høyfrekvente systemer. Sidelederne nær den mellomliggende transmisjonslinjen fungerer også som jord. Ved å justere bredden på hovedmateren og gapet til sidejorden, kan den nødvendige karakteristiske impedansen oppnås.

Mikrostrip til SIW og GCPW til SIW

Figuren nedenfor er et eksempel på design av mikrostrip til SIW. Mediet som brukes er Rogers3003, den dielektriske konstanten er 3,0, den sanne tapsverdien er 0,001, og tykkelsen er 0,127 mm. Materbredden i begge ender er 0,28 mm, som samsvarer med bredden på antennemateren. Diameteren på det gjennomgående hull er d = 0,4 mm, og avstanden p = 0,6 mm. Simuleringsstørrelsen er 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Det totale tapet i passbåndet er omtrent 1,5 dB (som kan reduseres ytterligere ved å optimalisere avstanden på bredsiden).