Новости — Преобразование энергии в антеннах радаров

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

Во всей системе автомобильного радара преобразование энергии в основном включает передачу энергии от кристалла к фидеру на печатной плате, передачу энергии от фидера к корпусу антенны и эффективное излучение энергии антенной. Важную роль в процессе передачи энергии играет конструкция преобразователя. В системах миллиметрового диапазона длин волн в основном включают в себя микрополосковый преобразователь в интегрированный волновод (SIW), микрополосковый преобразователь в волновод, преобразователь SIW в волновод, коаксиальный преобразователь в волновод, волноводный преобразователь в волновод и различные типы волноводов. В этом выпуске мы рассмотрим разработку микрополосового SIW-преобразователя.

Различные типы транспортных конструкций

Микрополосковая линияМикрополосковая линия – одна из наиболее широко используемых направляющих структур на относительно низких СВЧ. Её основными преимуществами являются простота конструкции, низкая стоимость и высокая интеграция с компонентами поверхностного монтажа. Типичная микрополосковая линия образована проводниками с одной стороны диэлектрической подложки, образующими единую заземляющую плоскость с другой стороны, над которой находится воздух. Верхний проводник, по сути, представляет собой проводящий материал (обычно медь), свернутый в узкую проволоку. Ширина линии, толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь подложки являются важными параметрами. Кроме того, толщина проводника (то есть толщина металлизации) и его проводимость также критически важны на более высоких частотах. Тщательно проанализировав эти параметры и используя микрополосковые линии в качестве базовой единицы для других устройств, можно разработать множество печатных СВЧ-устройств и компонентов, таких как фильтры, ответвители, делители/сумматоры мощности, смесители и т. д. Однако с ростом частоты (при переходе к относительно высоким СВЧ) увеличиваются потери при передаче и возникает излучение. Поэтому предпочтительны полые трубчатые волноводы, такие как прямоугольные волноводы, из-за меньших потерь на высоких частотах (отсутствие излучения). Внутри волновода обычно находится воздух. Однако при необходимости его можно заполнить диэлектриком, что уменьшит его поперечное сечение по сравнению с газонаполненным волноводом. Однако полые трубчатые волноводы часто громоздки, могут быть тяжёлыми, особенно на низких частотах, требуют более высоких производственных требований и дороги, а также не могут быть интегрированы в планарные печатные структуры.

Микрополосковые антенные изделия RFMISO:

RM-MA25527-22,25,5-27 ГГц

RM-MA425435-22,4,25-4,35 ГГц

Другая представляет собой гибридную направляющую структуру между микрополосковой структурой и волноводом, называемую интегрированным в подложку волноводом (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 экономически эффективен, 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 свойствами волноводной дисперсии. Как показано на рисунке 1;

Руководство по проектированию SIW

Интегрированные в подложку волноводы (SIW) представляют собой интегрированные волноводоподобные структуры, изготовленные с использованием двух рядов металлических переходных отверстий, встроенных в диэлектрик, соединяющих две параллельные металлические пластины. Ряды металлических сквозных отверстий образуют боковые стенки. Эта структура имеет характеристики микрополосковых линий и волноводов. Процесс изготовления также аналогичен другим печатным плоским структурам. Типичная геометрия SIW показана на рисунке 2.1, где ее ширина (т. е. расстояние между переходными отверстиями в боковом направлении (as)), диаметр переходных отверстий (d) и длина шага (p) используются для проектирования структуры SIW. Наиболее важные геометрические параметры (показанные на рисунке 2.1) будут объяснены в следующем разделе. Обратите внимание, что доминирующей модой является TE10, как и у прямоугольного волновода. Соотношение между граничной частотой fc волноводов с воздушным заполнением (AFWG) и волноводов с диэлектрическим заполнением (DFWG) и размерами a и b является первым моментом проектирования SIW. Для волноводов, заполненных воздухом, частота среза определяется по формуле ниже.

Базовая структура и формула расчета SIW[1]

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

где λg — длина волны направленной волны: В то же время толщина подложки не повлияет на размер конструкции SIW, но повлияет на потери в структуре, поэтому следует учитывать преимущества низких потерь, присущие подложкам большой толщины.

Преобразование микрополосковой в SIW
Когда микрополосковая структура должна быть подключена к SIW, конический микрополосковый переход является одним из основных предпочтительных методов перехода, и конический переход обычно обеспечивает широкополосное согласование по сравнению с другими печатными переходами. Хорошо спроектированная структура перехода имеет очень низкие отражения, а вносимые потери в основном вызваны потерями в диэлектрике и проводнике. 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, близкие к промежуточной линии передачи, также служат землей. Регулируя ширину основного фидера и зазор до боковой земли, можно получить требуемое характеристическое сопротивление.

Микрополосковая изоляция в SIW и GCPW в SIW

На рисунке ниже представлен пример конструкции микрополосковой линии связи (SIW). Используемый материал — Rogers3003, диэлектрическая проницаемость — 3,0, истинное значение потерь — 0,001, толщина — 0,127 мм. Ширина фидера на обоих концах составляет 0,28 мм, что соответствует ширине антенного фидера. Диаметр сквозного отверстия d = 0,4 мм, а расстояние между ними p = 0,6 мм. Размер модели составляет 50 мм * 12 мм * 0,127 мм. Общие потери в полосе пропускания составляют около 1,5 дБ (их можно дополнительно снизить, оптимизировав расстояние между ними по широкой стороне).