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 a un altro con perdita minima;
Nell'intero sistema radar del veicolo, 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'efficiente irradiazione di energia da parte dell'antenna.Nell'intero processo di trasferimento di energia, una parte importante è la progettazione del convertitore.I convertitori nei sistemi a onde millimetriche includono principalmente la conversione da microstriscia a guida d'onda integrata (SIW), la conversione da microstriscia 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 di guida d'onda.Questo numero si concentrerà sulla progettazione della conversione SIW in microbanda.
Diversi tipi di strutture di trasporto
Microstrisciaè una delle strutture guida più utilizzate a frequenze delle 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 microstriscia è formata utilizzando conduttori su un lato di un substrato di strato dielettrico, formando un unico piano di terra sull'altro lato, con l'aria sopra di esso.Il conduttore superiore è fondamentalmente un materiale conduttivo (solitamente rame) modellato in un filo stretto.La larghezza della linea, lo spessore, la permettività relativa e la tangente di perdita dielettrica del substrato sono parametri importanti.Inoltre, anche lo spessore del conduttore (ovvero lo spessore della metallizzazione) e la conduttività del conduttore sono critici alle frequenze più elevate.Considerando attentamente questi parametri e utilizzando le linee a microstriscia come unità di base per altri dispositivi, è possibile progettare molti dispositivi e componenti a microonde stampati, come filtri, accoppiatori, divisori/combinatori di potenza, miscelatori, ecc. Tuttavia, all'aumentare della frequenza (quando si passa a frequenze delle microonde relativamente elevate) aumentano le perdite di trasmissione e si verifica la radiazione.Pertanto, le guide d'onda a tubo cavo come le guide d'onda rettangolari sono preferite a causa delle minori perdite a frequenze più elevate (nessuna radiazione).L'interno della guida d'onda è solitamente aria.Ma se lo si desidera, può essere riempito con materiale dielettrico, conferendogli una sezione trasversale più piccola di una guida d'onda riempita di gas.Tuttavia, le guide d'onda a tubo cavo sono spesso ingombranti, possono essere pesanti soprattutto alle frequenze più basse, richiedono requisiti di produzione più elevati e sono costose e non possono essere integrate con strutture stampate planari.
PRODOTTI PER ANTENNE A MICROSTRIP RFMISO:
RM-MA25527-22,25,5-27GHz
RM-MA425435-22,4,25-4,35GHz
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).Un 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 serie lineare di due vie metalliche che formano le pareti laterali.Rispetto alle strutture a microstriscia e guida d'onda, il SIW è conveniente, ha un processo di produzione relativamente semplice e può essere integrato con dispositivi planari.Inoltre, le prestazioni alle alte frequenze sono migliori di quelle delle strutture a microstriscia e hanno proprietà di dispersione della guida d'onda.Come mostrato nella Figura 1;
Linee guida per la progettazione SIW
Le guide d'onda integrate nel substrato (SIW) sono strutture integrate simili a guide d'onda fabbricate utilizzando due file di vie metalliche incorporate in un dielettrico che collega due piastre metalliche parallele.File di fori passanti in metallo formano le pareti laterali.Questa struttura ha le caratteristiche delle linee a microstriscia e delle guide d'onda.Anche il processo di produzione è simile ad altre strutture piane stampate.Una tipica geometria SIW è mostrata nella 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 primitiva (p) vengono utilizzati per progettare la struttura SIW. I parametri geometrici più importanti (mostrati nella Figura 2.1) saranno spiegati nella sezione successiva.Si noti che la modalità dominante è TE10, proprio come la 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 base SIW e formula di calcolo[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 della bordata a si calcola con 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 dovrebbero soddisfare la formula in alto a destra della figura seguente, e ci sono anche formule empiriche di d<λg e p<2d [ 2];
dove λg è la lunghezza d'onda dell'onda guidata: allo stesso tempo, lo spessore del substrato non influenzerà la progettazione delle dimensioni SIW, ma influenzerà la perdita della struttura, quindi dovrebbero essere considerati i vantaggi a bassa perdita dei substrati ad alto spessore .
Conversione da microstrip a SIW
Quando una struttura a microstriscia deve essere collegata a un SIW, la transizione rastremata a microstriscia 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 scelta del substrato e dei materiali conduttori determina principalmente la perdita della transizione.Poiché lo spessore del substrato ostacola la larghezza della linea della microstriscia, i parametri della transizione rastremata dovrebbero essere regolati quando cambia lo spessore del substrato.Un altro tipo di guida d'onda complanare con messa a terra (GCPW) è anche 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.
Microstrip a SIW e GCPW a SIW
La figura seguente è un esempio di progettazione di 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 su entrambe le estremità è 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.La dimensione della simulazione è 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 sui lati larghi).
Struttura SIW e suoi parametri S
Distribuzione del campo elettrico@79GHz
Orario di pubblicazione: 18 gennaio 2024
