В микроволновых схемах или системах вся схема или система часто состоит из множества основных микроволновых устройств, таких как фильтры, ответвители, делители мощности и т. д. Есть надежда, что с помощью этих устройств можно будет эффективно передавать мощность сигнала из одной точки в другую. еще один с минимальными потерями;
Во всей радиолокационной системе транспортного средства преобразование энергии в основном включает в себя 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 микрополосковых волн в интегрированный в подложку волновод (SIW), преобразование микрополосковых волн в волновод, преобразование SIW в волновод, преобразование коаксиальных волн в волновод, преобразование волноводов в волноводы и различные типы преобразования волноводов.В этом выпуске основное внимание будет уделено проектированию преобразования микродиапазона SIW.
Различные виды транспортных конструкций
Микрополосковаяявляется одной из наиболее широко используемых направляющих структур на относительно низких частотах СВЧ.Его основными преимуществами являются простая конструкция, низкая стоимость и высокая интеграция с компонентами поверхностного монтажа.Типичная микрополосковая линия формируется с использованием проводников на одной стороне подложки диэлектрического слоя, образующих единую заземляющую плоскость на другой стороне с воздухом над ней.Верхний проводник представляет собой, по сути, проводящий материал (обычно медь), имеющий форму узкого провода.Важными параметрами являются ширина, толщина линии, относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс 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 основного блока для других устройств, можно спроектировать множество печатных СВЧ-устройств и компонентов, таких как фильтры, соединители, делители/сумматоры мощности, смесители и т. д. Однако по мере увеличения частоты (при переходе к относительно высоких СВЧ-частот) увеличиваются потери при передаче и возникает излучение.Поэтому волноводы с полыми трубками, такие как прямоугольные волноводы, предпочтительнее из-за меньших потерь на более высоких частотах (отсутствие излучения).Внутри волновода обычно находится воздух.Но при желании его можно заполнить диэлектрическим материалом, придав ему меньшее сечение, чем газонаполненный волновод.Однако волноводы с полыми трубками часто громоздки, могут быть тяжелыми, особенно на низких частотах, требуют более высоких производственных требований, являются дорогостоящими и не могут быть интегрированы с плоскими печатными структурами.
ПРОДУКЦИЯ МИКРОПОЛОСКОВЫХ АНТЕНН RFMISO:
RM-MA25527-22,25,5-27ГГц
РМ-МА425435-22,4,25-4,35 ГГц
Другой представляет собой гибридную структуру направления между микрополосковой структурой и волноводом, называемую волноводом, интегрированным в подложку (SIW).SIW представляет собой интегрированную структуру, подобную волноводу, изготовленную из диэлектрического материала, 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 эффективны, имеют относительно простой производственный процесс и могут быть интегрированы с планарными устройствами.Кроме того, характеристики на высоких частотах лучше, чем у микрополосковых структур, и обладают волноводными дисперсионными свойствами.Как показано на рисунке 1;
Рекомендации 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 конструкциям.Типичная геометрия SIW показана на рисунке 2.1, где ее ширина (т. е. расстояние между отверстиями в поперечном направлении (as)), диаметр отверстий (d) и длина шага (p) используются для проектирования структуры SIW. Наиболее важные геометрические параметры (показаны на рисунке 2.1) будут объяснены в следующем разделе.Обратите внимание, что доминирующей модой является TE10, как и в прямоугольном волноводе.Соотношение между частотой среза 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 указана в формуле ниже.
Базовая структура SIW и формула расчета[1]
где c — скорость света в свободном пространстве, m и n — моды, a — более длинный размер волновода, а b — более короткий размер 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;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 SIW, но повлияет на потери в структуре, поэтому следует учитывать преимущества подложек большой толщины с низкими потерями. .
Преобразование микрополосковых в SIW
Когда микрополосковую структуру необходимо соединить с SIW, конический микрополосковый переход является одним из основных предпочтительных методов перехода, а конический переход обычно обеспечивает широкополосное соответствие по сравнению с другими печатными переходами.Хорошо спроектированная переходная структура 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 конусного перехода необходимо корректировать при изменении толщины подложки.Другой тип заземленного копланарного волновода (GCPW) также широко используется в конструкции линии передачи в высокочастотных системах.Боковые проводники, расположенные вблизи промежуточной линии передачи, также служат заземлением.Регулируя ширину основного фидера и зазор до боковой земли, можно получить необходимое характеристическое сопротивление.
Микрополосковая линия к SIW и GCPW к SIW
На рисунке ниже приведен пример конструкции микрополосковой линии SIW.Используемая среда — 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 фидера антенны.Диаметр сквозного отверстия d=0,4 мм, расстояние p=0,6 мм.Размер моделирования 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 по широкой стороне).
Структура SIW и ее S-параметры
Распределение электрического поля при частоте 79 ГГц
Время публикации: 18 января 2024 г.
