Novice - Pretvorba energije v radarskih antenah

V mikrovalovnih vezjih ali sistemih je celotno vezje ali sistem pogosto sestavljeno iz številnih osnovnih mikrovalovnih naprav, kot so filtri, sklopniki, delilniki moči itd. Upamo, da bo s temi napravami mogoče učinkovito prenašati signalno moč od ene točke do druge z minimalnimi izgubami;

V celotnem sistemu radarja vozila pretvorba energije vključuje predvsem prenos energije iz čipa v napajalnik na tiskanem vezju, prenos napajalnika v telo antene in učinkovito sevanje energije s strani antene. V celotnem procesu prenosa energije je pomemben del zasnova pretvornika. Pretvorniki v milimetrskih valovnih sistemih vključujejo predvsem pretvorbo iz mikrotrakastega v substrat integriranega valovoda (SIW), pretvorbo iz mikrotrakastega v valovod, pretvorbo SIW v valovod, pretvorbo iz koaksialnega v valovod, pretvorbo iz valovoda v valovod in različne vrste pretvorb valovodov. Ta številka se bo osredotočila na zasnovo pretvorbe mikropasovnega SIW.

Različne vrste transportnih struktur

Mikrotrakastije ena najpogosteje uporabljenih vodilnih struktur pri relativno nizkih mikrovalovnih frekvencah. Njene glavne prednosti so preprosta struktura, nizki stroški in visoka integracija s komponentami za površinsko montažo. Tipična mikrotrakasta linija je oblikovana z uporabo prevodnikov na eni strani dielektrične plasti substrata, ki na drugi strani tvorijo eno samo ozemljitveno ravnino, nad katero je zrak. Zgornji prevodnik je v osnovi prevodni material (običajno baker), oblikovan v ozko žico. Pomembni parametri so širina linije, debelina, relativna permitivnost in tangens dielektričnih izgub substrata. Poleg tega sta debelina prevodnika (tj. debelina metalizacije) in prevodnost prevodnika kritični tudi pri višjih frekvencah. Z natančnim upoštevanjem teh parametrov in uporabo mikrotrakastih linij kot osnovne enote za druge naprave je mogoče zasnovati številne tiskane mikrovalovne naprave in komponente, kot so filtri, sklopniki, delilniki/kombinatorji moči, mešalniki itd. Vendar pa se z naraščanjem frekvence (pri prehodu na relativno visoke mikrovalovne frekvence) povečajo izgube pri prenosu in pride do sevanja. Zato so zaradi manjših izgub pri višjih frekvencah (brez sevanja) prednostnejši votli cevni valovod, kot so pravokotni valovod. Notranjost valovoda je običajno zrak. Po želji pa ga je mogoče napolniti z dielektričnim materialom, kar mu daje manjši presek kot valovod, napolnjen s plinom. Vendar so votli cevni valovodni vodniki pogosto zajetni, lahko težki, zlasti pri nižjih frekvencah, zahtevajo višje proizvodne zahteve in so dragi ter jih ni mogoče integrirati z ravninskimi tiskanimi strukturami.

RFMISO MIKROTRAKASTI ANTENSKI IZDELKI:

RM-MA25527-22,25,5–27 GHz

RM-MA425435-22,4,25–4,35 GHz

Druga je hibridna vodilna struktura med mikrotrakasto strukturo in valovodom, imenovana valovod z integrirano podlago (SIW). SIW je integrirana struktura, podobna valovodu, izdelana na dielektričnem materialu, s prevodniki na vrhu in dnu ter linearnim nizom dveh kovinskih prehodov, ki tvorijo stranske stene. V primerjavi z mikrotrakastimi in valovodnimi strukturami je SIW stroškovno učinkovit, ima relativno enostaven proizvodni postopek in ga je mogoče integrirati z ravninskimi napravami. Poleg tega je delovanje pri visokih frekvencah boljše kot pri mikrotrakastih strukturah in ima disperzijske lastnosti valovoda. Kot je prikazano na sliki 1;

Smernice za načrtovanje SIW

Valovovodi, integrirani v substrat (SIW), so integrirane strukture, podobne valovodom, izdelane z uporabo dveh vrst kovinskih prehodov, vgrajenih v dielektrik, ki povezuje dve vzporedni kovinski plošči. Vrste kovinskih skoznjih lukenj tvorijo stranske stene. Ta struktura ima značilnosti mikrotrakastih linij in valovodov. Proizvodni postopek je podoben tudi drugim tiskanim ravnim strukturam. Tipična geometrija SIW je prikazana na sliki 2.1, kjer se za načrtovanje strukture SIW uporabljajo njena širina (tj. razdalja med prehodi v prečni smeri (as)), premer prehodov (d) in dolžina koraka (p). Najpomembnejši geometrijski parametri (prikazani na sliki 2.1) bodo pojasnjeni v naslednjem razdelku. Upoštevajte, da je prevladujoči način TE10, tako kot pri pravokotnem valovodu. Razmerje med mejno frekvenco fc valovodov, napolnjenih z zrakom (AFWG), in valovodov, napolnjenih z dielektrikom (DFWG), ter dimenzijama a in b je prva točka načrtovanja SIW. Za valovode, napolnjene z zrakom, je mejna frekvenca prikazana v spodnji formuli.

Osnovna struktura SIW in formula za izračun[1]

kjer je c hitrost svetlobe v prostem prostoru, m in n sta načina, a je daljša velikost valovoda in b je krajša velikost valovoda. Ko valovod deluje v načinu TE10, se lahko poenostavi na fc=c/2a; ko je valovod napolnjen z dielektrikom, se dolžina široke stranice a izračuna kot ad=a/Sqrt(εr), kjer je εr dielektrična konstanta medija; da bi SIW deloval v načinu TE10, morajo razmik med skoznjimi odprtinami p, premer d in široka stranica as ustrezati formuli v zgornjem desnem kotu spodnje slike, obstajajo pa tudi empirične formule za d<λg in p<2d [2];

kjer je λg valovna dolžina vodenega vala: Hkrati debelina substrata ne bo vplivala na zasnovo velikosti SIW, bo pa vplivala na izgubo strukture, zato je treba upoštevati prednosti nizkih izgub pri substratih velike debeline.

Pretvorba mikrotrakaste v SIW
Ko je treba mikrotrakasto strukturo priključiti na SIW, je zoženi mikrotrakasti prehod ena glavnih prednostnih metod prehoda, ki običajno zagotavlja širokopasovno ujemanje v primerjavi z drugimi tiskanimi prehodi. Dobro zasnovana prehodna struktura ima zelo nizke odboje, vstavitvene izgube pa so predvsem posledica dielektričnih in prevodnih izgub. Izbira materialov substrata in prevodnikov v glavnem določa izgubo prehoda. Ker debelina substrata ovira širino mikrotrakaste linije, je treba parametre zoženega prehoda prilagoditi, ko se debelina substrata spremeni. Druga vrsta ozemljenega koplanarnega valovoda (GCPW) je prav tako pogosto uporabljena struktura daljnovodov v visokofrekvenčnih sistemih. Stranski vodniki blizu vmesnega daljnovoda služijo tudi kot ozemljitev. Z nastavitvijo širine glavnega napajalnika in reže do stranske ozemljitve je mogoče doseči zahtevano karakteristično impedanco.

Mikrotrakasti kabel do SIW in GCPW do SIW

Spodnja slika prikazuje primer zasnove mikrotrakastega kabla za SIW. Uporabljeni medij je Rogers3003, dielektrična konstanta je 3,0, dejanska vrednost izgub je 0,001, debelina pa 0,127 mm. Širina napajalnika na obeh koncih je 0,28 mm, kar ustreza širini napajalnika antene. Premer skoznje odprtine je d = 0,4 mm, razmik p = 0,6 mm. Velikost simulacije je 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Skupna izguba v prepustnem pasu je približno 1,5 dB (kar je mogoče dodatno zmanjšati z optimizacijo razmika na širokih straneh).