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 радара транспортного средства преобразование энергии в основном включает передачу энергии от чипа к фидеру на печатной плате, передачу фидера к корпусу антенны и эффективное излучение энергии антенной. Во всем процессе передачи энергии важной частью является конструкция преобразователя. Преобразователи в системах миллиметрового диапазона в основном включают преобразование микрополоскового в интегрированный волновод с подложкой (SIW), преобразование микрополоскового в волновод, преобразование SIW в волновод, преобразование коаксиального в волновод, преобразование волновода в волновод и различные типы преобразования волноводов. В этом выпуске основное внимание будет уделено проектированию микрополоскового SIW-преобразователя.

Различные типы транспортных конструкций

Микрополосковая линияявляется одной из наиболее широко используемых направляющих структур на относительно низких микроволновых частотах. Ее основными преимуществами являются простая структура, низкая стоимость и высокая интеграция с компонентами поверхностного монтажа. Типичная микрополосковая линия формируется с использованием проводников на одной стороне подложки из диэлектрического слоя, образуя единую заземляющую плоскость на другой стороне с воздухом над ней. Верхний проводник в основном представляет собой проводящий материал (обычно медь), сформированный в виде узкой проволоки. Ширина линии, толщина, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь подложки являются важными параметрами. 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 спроектировать множество печатных микроволновых устройств и компонентов, таких как фильтры, ответвители, делители/сумматоры мощности, смесители и т. д. Однако с ростом частоты (при переходе к относительно высоким микроволновым частотам) потери при передаче увеличиваются и возникает излучение. Поэтому полые трубчатые волноводы, такие как прямоугольные волноводы, являются предпочтительными из-за меньших потерь на более высоких частотах (отсутствие излучения). Внутренняя часть волновода обычно воздух. Но при желании его можно заполнить диэлектрическим материалом, что даст ему меньшее поперечное сечение, чем газонаполненный волновод. Однако полые трубчатые волноводы часто громоздки, могут быть тяжелыми, особенно на низких частотах, требуют более высоких производственных требований и являются дорогостоящими, и не могут быть интегрированы с плоскими печатными структурами.

МИКРОПОЛОСКОВЫЕ АНТЕННЫЕ ПРОДУКТЫ RFMISO：

RM-MA25527-22,25.5-27ГГц

RM-MA425435-22,4.25-4.35ГГц

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 является экономически эффективным, имеет относительно простой процесс изготовления и может быть интегрирован с планарными устройствами. Кроме того, производительность на высоких частотах лучше, чем у микрополосковых структур, и имеет свойства дисперсии волновода. 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, соединяющий две параллельные металлические пластины. Ряды металлических сквозных отверстий образуют боковые стенки. Эта структура имеет характеристики микрополосковых линий и волноводов. Процесс изготовления также похож на другие печатные плоские структуры. 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 частотой среза fc волноводов, заполненных воздухом (AFWG) и волноводов, заполненных диэлектриком (DFWG), и размерами a и b является первой точкой проектирования SIW. Для волноводов, заполненных воздухом, частота среза равна, как показано в формуле ниже.

Базовая структура SIW и формула расчета[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 заставить SIW работать 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 структуры, поэтому следует учитывать преимущества подложек большой толщины, связанные с низкими потерями.

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 соответствие по сравнению с другими печатными переходами. Хорошо спроектированная структура перехода имеет очень низкие отражения, а вносимые потери в первую очередь 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 требуемый характеристический импеданс.

Микрополосковый кабель в SIW и GCPW в SIW

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