Nyheter - Energiomvandling i radarantenner

I mikrovågskretsar eller system består ofta hela kretsen eller systemet av många grundläggande mikrovågsenheter såsom filter, kopplare, effektdelare etc. Man hoppas att det genom dessa enheter är möjligt att effektivt överföra signaleffekt från en punkt till en annan med minimal förlust;

I hela fordonsradarsystemet innebär energiomvandling huvudsakligen överföring av energi från chipet till mataren på kretskortet, överföringen av mataren till antennkroppen och den effektiva energiutstrålningen från antennen. I hela energiöverföringsprocessen är en viktig del designen av omvandlaren. Omvandlarna i millimetervågssystem inkluderar huvudsakligen konvertering från mikrostrip till substrat integrerad vågledare (SIW), konvertering från mikrostrip till vågledare, konvertering från SIW till vågledare, konvertering från koaxial till vågledare, konvertering från vågledare till vågledare och olika typer av vågledaromvandlingar. Denna utgåva kommer att fokusera på design av SIW-omvandling från mikroband.

Olika typer av transportstrukturer

Mikrostripär en av de mest använda styrstrukturerna vid relativt låga mikrovågsfrekvenser. Dess främsta fördelar är enkel struktur, låg kostnad och hög integration med ytmonterade komponenter. En typisk mikrostripledning bildas med hjälp av ledare på ena sidan av ett dielektriskt lagersubstrat, vilket bildar ett enda jordplan på den andra sidan, med luft ovanför. Den övre ledaren är i grunden ett ledande material (vanligtvis koppar) format till en smal tråd. Linjebredd, tjocklek, relativ permittivitet och dielektrisk förlusttangent för substratet är viktiga parametrar. Dessutom är ledarens tjocklek (dvs. metalliseringstjocklek) och ledarens konduktivitet också kritiska vid högre frekvenser. Genom att noggrant beakta dessa parametrar och använda mikrostripledningar som grundenhet för andra enheter kan många tryckta mikrovågsenheter och komponenter designas, såsom filter, kopplare, effektdelare/kombinerare, blandare etc. Men när frekvensen ökar (vid övergång till relativt höga mikrovågsfrekvenser) ökar transmissionsförlusterna och strålning uppstår. Därför föredras ihåliga rörvågledare såsom rektangulära vågledare på grund av mindre förluster vid högre frekvenser (ingen strålning). Vågledarens insida är vanligtvis luft. Men om så önskas kan den fyllas med dielektriskt material, vilket ger den ett mindre tvärsnitt än en gasfylld vågledare. Ihåliga rörvågledare är dock ofta skrymmande, kan vara tunga särskilt vid lägre frekvenser, kräver högre tillverkningskrav och är kostsamma, och kan inte integreras med plana tryckta strukturer.

RFMISO MIKROSTRIPSANTENNPRODUKTER:

RM-MA25527-22,25,5-27 GHz

RM-MA425435-22, 4,25-4,35 GHz

Den andra är en hybridstyrningsstruktur mellan en mikrostripstruktur och en vågledare, kallad en substratintegrerad vågledare (SIW). En SIW är en integrerad vågledarliknande struktur tillverkad på ett dielektriskt material, med ledare på toppen och botten och en linjär matris av två metallvias som bildar sidoväggarna. Jämfört med mikrostrip- och vågledarstrukturer är SIW kostnadseffektiv, har en relativt enkel tillverkningsprocess och kan integreras med plana komponenter. Dessutom är prestandan vid höga frekvenser bättre än mikrostripstrukturer och har vågledarspridningsegenskaper. Som visas i figur 1;

SIW-designriktlinjer

Substratintegrerade vågledare (SIW) är integrerade vågledarliknande strukturer tillverkade med hjälp av två rader av metallvias inbäddade i ett dielektrikum som förbinder två parallella metallplattor. Rader av genomgående metallhål bildar sidoväggarna. Denna struktur har egenskaperna hos mikrostriplinjer och vågledare. Tillverkningsprocessen liknar också andra tryckta platta strukturer. En typisk SIW-geometri visas i figur 2.1, där dess bredd (dvs. avståndet mellan vias i sidled (as)), diametern på vias (d) och stigningslängden (p) används för att designa SIW-strukturen. De viktigaste geometriska parametrarna (visas i figur 2.1) kommer att förklaras i nästa avsnitt. Observera att det dominerande läget är TE10, precis som för den rektangulära vågledaren. Förhållandet mellan gränsfrekvensen fc för luftfyllda vågledare (AFWG) och dielektrikfyllda vågledare (DFWG) och dimensionerna a och b är den första punkten i SIW-designen. För luftfyllda vågledare är gränsfrekvensen som visas i formeln nedan.

SIW:s grundläggande struktur och beräkningsformel[1]

där c är ljusets hastighet i det fria rymden, m och n är moderna, a är den längre vågledarstorleken och b är den kortare vågledarstorleken. När vågledaren arbetar i TE10-läge kan det förenklas till fc=c/2a; när vågledaren är fylld med dielektrikum beräknas bredsideslängden a med ad=a/Sqrt(εr), där εr är mediets dielektriska konstant; för att få SIW att fungera i TE10-läge bör det genomgående hålavståndet p, diametern d och den breda sidan uppfylla formeln längst upp till höger i figuren nedan, och det finns också empiriska formler för d<λg och p<2d [2];

där λg är den styrda vågens våglängd: Samtidigt kommer substratets tjocklek inte att påverka SIW-storleksdesignen, men den kommer att påverka strukturförlusten, så fördelarna med låga förluster hos substrat med hög tjocklek bör beaktas.

Konvertering från mikrostrip till SIW
När en mikrostripstruktur behöver anslutas till en SIW är den avsmalnande mikrostripövergången en av de huvudsakligen föredragna övergångsmetoderna, och den avsmalnande övergången ger vanligtvis en bredbandsanpassning jämfört med andra tryckta övergångar. En väl utformad övergångsstruktur har mycket låga reflektioner, och insättningsförlusten orsakas främst av dielektriska och ledarförluster. Valet av substrat och ledarmaterial avgör huvudsakligen förlusten i övergången. Eftersom substratets tjocklek begränsar bredden på mikrostriplinjen, bör parametrarna för den avsmalnande övergången justeras när substratets tjocklek ändras. En annan typ av jordad koplanär vågledare (GCPW) är också en allmänt använd transmissionslinjestruktur i högfrekventa system. Sidoledarna nära den mellanliggande transmissionslinjen fungerar också som jord. Genom att justera bredden på huvudmataren och gapet till sidojorden kan den erforderliga karakteristiska impedansen erhållas.

Mikrostrip till SIW och GCPW till SIW

Figuren nedan är ett exempel på designen av mikrostrip till SIW. Mediet som används är Rogers3003, den dielektriska konstanten är 3,0, det verkliga förlustvärdet är 0,001 och tjockleken är 0,127 mm. Matarens bredd i båda ändar är 0,28 mm, vilket matchar antennmatarens bredd. Det genomgående hålets diameter är d=0,4 mm och avståndet p=0,6 mm. Simuleringsstorleken är 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Den totala förlusten i passbandet är cirka 1,5 dB (vilket kan minskas ytterligare genom att optimera avståndet på bredsidan).