Новости - Преобразование энергии в радиолокационных антеннах

В микроволновых схемах или системах вся схема или система часто состоит из множества основных микроволновых устройств, таких как фильтры, разветвители, делители мощности и т. д. Предполагается, что с помощью этих устройств можно эффективно передавать мощность сигнала из одной точки в другую с минимальными потерями;

В системе автомобильного радара преобразование энергии в основном включает передачу энергии от чипа к питающему кабелю на печатной плате, передачу энергии по питающему кабелю к корпусу антенны и эффективное излучение энергии антенной. В этом процессе передачи энергии важной частью является проектирование преобразователя. Преобразователи в миллиметровых системах в основном включают преобразование микрополосковых линий в интегрированные волноводы на подложке (SIW), преобразование микрополосковых линий в волноводы, преобразование SIW в волноводы, преобразование коаксиальных линий в волноводы, преобразование волноводов в волноводы и различные типы волноводных преобразователей. В данной статье основное внимание будет уделено проектированию микродиапазонного преобразования SIW.

Различные типы транспортных сооружений

МикрополоскаМикрополосковая линия — одна из наиболее широко используемых направляющих структур на относительно низких микроволновых частотах. Ее главные преимущества — простая конструкция, низкая стоимость и высокая степень интеграции с компонентами поверхностного монтажа. Типичная микрополосковая линия формируется с помощью проводников на одной стороне диэлектрического слоя подложки, образуя единую заземляющую плоскость на другой стороне, над которой находится воздух. Верхний проводник представляет собой, по сути, проводящий материал (обычно медь), имеющий форму тонкой проволоки. Важными параметрами являются ширина линии, толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь подложки. Кроме того, толщина проводника (т.е. толщина металлизации) и проводимость проводника также имеют решающее значение на более высоких частотах. Тщательно учитывая эти параметры и используя микрополосковые линии в качестве базовой единицы для других устройств, можно проектировать множество печатных микроволновых устройств и компонентов, таких как фильтры, ответвители, делители/сумматоры мощности, смесители и т. д. Однако с увеличением частоты (при переходе к относительно высоким микроволновым частотам) потери при передаче возрастают, и возникает излучение. Поэтому предпочтительными являются полые трубчатые волноводы, такие как прямоугольные волноводы, из-за меньших потерь на более высоких частотах (отсутствие излучения). Внутри волновода обычно находится воздух. Но при желании его можно заполнить диэлектрическим материалом, что уменьшит его поперечное сечение по сравнению с газонаполненным волноводом. Однако полые трубчатые волноводы часто громоздки, могут быть тяжелыми, особенно на низких частотах, требуют более высоких производственных требований и являются дорогостоящими, а также не могут быть интегрированы с планарными печатными структурами.

Микрополосковые антенны RFMISO:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35 ГГц

Другой тип — это гибридная направляющая структура, сочетающая в себе характеристики микрополосковой структуры и волновода, называемая интегрированным волноводом на подложке (SIW). SIW представляет собой интегрированную волноводоподобную структуру, изготовленную на диэлектрическом материале, с проводниками сверху и снизу и линейным массивом из двух металлических переходных отверстий, образующих боковые стенки. По сравнению с микрополосковыми и волноводными структурами, SIW является более экономичным, имеет относительно простой процесс изготовления и может быть интегрирован с планарными устройствами. Кроме того, его характеристики на высоких частотах лучше, чем у микрополосковых структур, и он обладает волноводными дисперсионными свойствами. Как показано на рисунке 1;

рекомендации по проектированию SIW

Интегрированные волноводы на подложке (SIW) — это структуры, подобные интегрированным волноводам, изготовленные с использованием двух рядов металлических переходных отверстий, встроенных в диэлектрик и соединяющих две параллельные металлические пластины. Ряды металлических сквозных отверстий образуют боковые стенки. Эта структура обладает характеристиками микрополосковых линий и волноводов. Процесс изготовления также аналогичен другим печатным плоским структурам. Типичная геометрия SIW показана на рисунке 2.1, где для проектирования структуры SIW используются ее ширина (т.е. расстояние между переходными отверстиями в боковом направлении (as)), диаметр переходных отверстий (d) и шаг (p). Наиболее важные геометрические параметры (показанные на рисунке 2.1) будут объяснены в следующем разделе. Следует отметить, что доминирующей модой является TE10, как и в прямоугольном волноводе. Взаимосвязь между частотой отсечки fc волноводов, заполненных воздухом (AFWG), и волноводов, заполненных диэлектриком (DFWG), и размерами a и b является первым пунктом проектирования SIW. Для волноводов, заполненных воздухом, частота среза определяется формулой, приведенной ниже.

Базовая структура и формула расчета SIW[1]

где c — скорость света в свободном пространстве, m и n — моды, a — больший размер волновода, а b — меньший размер волновода. Когда волновод работает в режиме TE10, формулу можно упростить до fc = c/2a; когда волновод заполнен диэлектриком, длина широкой стороны a рассчитывается по формуле ad = a/√(εr), где εr — диэлектрическая постоянная среды; чтобы SIW работал в режиме TE10, расстояние между сквозными отверстиями p, диаметр d и ширина стороны as должны удовлетворять формуле в правом верхнем углу рисунка ниже, а также существуют эмпирические формулы для d < λg и p < 2d [2];

где λg — длина волны направленной волны: При этом толщина подложки не влияет на проектирование размеров SIW, но влияет на потери в структуре, поэтому следует учитывать преимущества больших потернь за счет подложек.

Преобразование микрополосковой линии в SIW
Когда микрополосковая структура должна быть соединена с SIW, конический микрополосковый переход является одним из основных предпочтительных методов соединения, и обычно он обеспечивает широкополосное согласование по сравнению с другими печатными переходами. Хорошо спроектированная структура перехода имеет очень низкие отражения, а потери на вставку в основном вызваны диэлектрическими и проводниковыми потерями. Выбор материалов подложки и проводника в основном определяет потери перехода. Поскольку толщина подложки ограничивает ширину микрополосковой линии, параметры конического перехода следует корректировать при изменении толщины подложки. Другой тип заземленного копланарного волновода (GCPW) также является широко используемой структурой линии передачи в высокочастотных системах. Боковые проводники, расположенные вблизи промежуточной линии передачи, также служат заземлением. Регулируя ширину основного питающего провода и зазор до бокового заземления, можно получить требуемое характеристическое сопротивление.

Микрополосковая линия к SIW и GCPW к SIW

На рисунке ниже представлен пример конструкции микрополосковой линии к SIW. В качестве среды используется Rogers3003, диэлектрическая постоянная равна 3,0, истинные потери равны 0,001, а толщина — 0,127 мм. Ширина фидера на обоих концах составляет 0,28 мм, что соответствует ширине фидера антенны. Диаметр сквозного отверстия d = 0,4 мм, а расстояние между отверстиями p = 0,6 мм. Размер моделируемой области составляет 50 мм * 12 мм * 0,127 мм. Общие потери в полосе пропускания составляют около 1,5 дБ (которые можно дополнительно уменьшить за счет оптимизации расстояния между отверстиями на широкой стороне).