Notizie - Conversione di energia nelle antenne radar

Nei circuiti o sistemi a microonde, l'intero circuito o sistema è spesso composto da molti dispositivi a microonde di base come filtri, accoppiatori, divisori di potenza, ecc. Si spera che attraverso questi dispositivi sia possibile trasmettere in modo efficiente la potenza del segnale da un punto all'altro con perdite minime;

Nell'intero sistema radar veicolare, la conversione dell'energia comporta principalmente il trasferimento di energia dal chip all'alimentatore sulla scheda PCB, il trasferimento dell'alimentatore al corpo dell'antenna e l'irradiazione efficiente dell'energia da parte dell'antenna. Nell'intero processo di trasferimento di energia, un ruolo importante è svolto dalla progettazione del convertitore. I convertitori nei sistemi a onde millimetriche includono principalmente la conversione da microstrip a guida d'onda integrata nel substrato (SIW), la conversione da microstrip a guida d'onda, la conversione da SIW a guida d'onda, la conversione da coassiale a guida d'onda, la conversione da guida d'onda a guida d'onda e diversi tipi di conversione in guida d'onda. Questo numero si concentrerà sulla progettazione della conversione SIW a microbanda.

Diversi tipi di strutture di trasporto

Microstripè una delle strutture di guida più ampiamente utilizzate a frequenze di microonde relativamente basse. I suoi principali vantaggi sono la struttura semplice, il basso costo e l'elevata integrazione con i componenti a montaggio superficiale. Una tipica linea a microstrip è formata utilizzando conduttori su un lato di un substrato con strato dielettrico, formando un singolo piano di massa sull'altro lato, con aria sopra di esso. Il conduttore superiore è fondamentalmente un materiale conduttivo (solitamente rame) modellato in un filo sottile. Larghezza della linea, spessore, permittività relativa e tangente di perdita dielettrica del substrato sono parametri importanti. Inoltre, lo spessore del conduttore (ovvero lo spessore di metallizzazione) e la conduttività del conduttore sono anch'essi critici alle frequenze più alte. Considerando attentamente questi parametri e utilizzando le linee a microstrip come unità di base per altri dispositivi, è possibile progettare molti dispositivi e componenti a microonde stampati, come filtri, accoppiatori, divisori/combinatori di potenza, mixer, ecc. Tuttavia, all'aumentare della frequenza (quando si passa a frequenze di microonde relativamente alte), le perdite di trasmissione aumentano e si verificano radiazioni. Pertanto, le guide d'onda a tubo cavo come le guide d'onda rettangolari sono preferite a causa delle minori perdite alle frequenze più alte (nessuna radiazione). L'interno della guida d'onda è solitamente aria. Se lo si desidera, è possibile riempirla con materiale dielettrico, ottenendo così una sezione trasversale inferiore rispetto a una guida d'onda a gas. Tuttavia, le guide d'onda a tubo cavo sono spesso ingombranti, possono essere pesanti soprattutto alle basse frequenze, richiedono requisiti di produzione più elevati, sono costose e non possono essere integrate con strutture stampate planari.

PRODOTTI PER ANTENNE MICROSTRIP RFMISO:

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

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

L'altra è una struttura di guida ibrida tra una struttura a microstriscia e una guida d'onda, chiamata guida d'onda integrata nel substrato (SIW). Una SIW è una struttura integrata simile a una guida d'onda fabbricata su un materiale dielettrico, con conduttori sulla parte superiore e inferiore e una matrice lineare di due vie metalliche che formano le pareti laterali. Rispetto alle strutture a microstriscia e a guida d'onda, la SIW è conveniente, ha un processo di produzione relativamente semplice e può essere integrata con dispositivi planari. Inoltre, le prestazioni alle alte frequenze sono migliori rispetto a quelle delle strutture a microstriscia e presenta proprietà di dispersione della guida d'onda. Come mostrato in Figura 1;

Linee guida per la progettazione SIW

Le guide d'onda integrate nel substrato (SIW) sono strutture integrate simili a guide d'onda realizzate utilizzando due file di vie metalliche incorporate in un dielettrico che collega due piastre metalliche parallele. File di fori passanti metallici formano le pareti laterali. Questa struttura presenta le caratteristiche delle linee a microstriscia e delle guide d'onda. Il processo di fabbricazione è simile anche ad altre strutture piatte stampate. Una tipica geometria SIW è mostrata in Figura 2.1, dove la sua larghezza (ovvero la separazione tra le vie nella direzione laterale (as)), il diametro delle vie (d) e la lunghezza del passo (p) vengono utilizzati per progettare la struttura SIW. I parametri geometrici più importanti (mostrati in Figura 2.1) saranno spiegati nella prossima sezione. Si noti che la modalità dominante è TE10, proprio come nella guida d'onda rettangolare. La relazione tra la frequenza di taglio fc delle guide d'onda riempite d'aria (AFWG) e delle guide d'onda riempite di dielettrico (DFWG) e le dimensioni a e b è il primo punto della progettazione SIW. Per le guide d'onda riempite d'aria, la frequenza di taglio è quella mostrata nella formula seguente

Struttura di base e formula di calcolo SIW[1]

dove c è la velocità della luce nello spazio libero, m e n sono le modalità, a è la dimensione della guida d'onda più lunga e b è la dimensione della guida d'onda più corta. Quando la guida d'onda funziona in modalità TE10, può essere semplificata in fc = c / 2a; quando la guida d'onda è riempita di dielettrico, la lunghezza del lato largo a è calcolata da ad = a / Sqrt (εr), dove εr è la costante dielettrica del mezzo; per far funzionare SIW in modalità TE10, la spaziatura dei fori passanti p, il diametro d e il lato largo as devono soddisfare la formula in alto a destra della figura sottostante, e ci sono anche formule empiriche di d < λ g e p < 2 d [2];

dove λg è la lunghezza d'onda dell'onda guidata: Allo stesso tempo, lo spessore del substrato non influirà sulla progettazione delle dimensioni del SIW, ma inciderà sulla perdita della struttura, quindi è opportuno considerare i vantaggi di bassa perdita dei substrati ad alto spessore.

Conversione da microstrip a SIW
Quando una struttura a microstriscia deve essere collegata a una SIW, la transizione a microstriscia rastremata è uno dei principali metodi di transizione preferiti, e la transizione rastremata solitamente fornisce una corrispondenza a banda larga rispetto ad altre transizioni stampate. Una struttura di transizione ben progettata presenta riflessioni molto basse e la perdita di inserzione è causata principalmente da perdite dielettriche e del conduttore. La selezione del substrato e dei materiali del conduttore determina principalmente la perdita della transizione. Poiché lo spessore del substrato ostacola la larghezza della linea a microstriscia, i parametri della transizione rastremata devono essere regolati quando lo spessore del substrato cambia. Un altro tipo di guida d'onda coplanare messa a terra (GCPW) è anch'esso una struttura di linea di trasmissione ampiamente utilizzata nei sistemi ad alta frequenza. I conduttori laterali vicini alla linea di trasmissione intermedia fungono anche da terra. Regolando la larghezza dell'alimentatore principale e la distanza dalla terra laterale, è possibile ottenere l'impedenza caratteristica richiesta.

Da microstrip a SIW e da GCPW a SIW

La figura seguente è un esempio di progettazione di un microstrip per SIW. Il mezzo utilizzato è Rogers3003, la costante dielettrica è 3,0, il valore di perdita reale è 0,001 e lo spessore è 0,127 mm. La larghezza dell'alimentatore a entrambe le estremità è di 0,28 mm, che corrisponde alla larghezza dell'alimentatore dell'antenna. Il diametro del foro passante è d = 0,4 mm e la spaziatura p = 0,6 mm. Le dimensioni di simulazione sono 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. La perdita complessiva nella banda passante è di circa 1,5 dB (che può essere ulteriormente ridotta ottimizzando la spaziatura sul lato largo).