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 del veicolo, la conversione di energia coinvolge principalmente il trasferimento di energia dal chip al cavo di alimentazione sul circuito stampato (PCB), il trasferimento dal cavo di alimentazione 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 rappresentata dalla progettazione del convertitore. I convertitori nei sistemi a onde millimetriche includono principalmente la conversione da microstriscia a guida d'onda integrata su substrato (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 a guida d'onda. Questo articolo si concentrerà sulla progettazione della conversione SIW a microbanda.
Diverse tipologie di strutture di trasporto
MicrostrisciaLa microstrip line è una delle strutture guida più utilizzate alle frequenze a microonde relativamente basse. I suoi principali vantaggi sono la semplicità strutturale, il basso costo e l'elevata integrazione con i componenti a montaggio superficiale. Una tipica microstrip line è formata da conduttori su un lato di un substrato dielettrico, che formano un singolo piano di massa sull'altro lato, con aria al di sopra. Il conduttore superiore è essenzialmente un materiale conduttivo (solitamente rame) sagomato a filo sottile. La larghezza della linea, lo spessore, la permittività 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 sua conduttività sono critici alle frequenze più elevate. Considerando attentamente questi parametri e utilizzando le microstrip line come unità base per altri dispositivi, è possibile progettare numerosi 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 a microonde relativamente elevate), aumentano le perdite di trasmissione e si verifica l'irraggiamento. Pertanto, le guide d'onda a tubo cavo, come le guide d'onda rettangolari, sono preferite per le minori perdite alle frequenze più elevate (assenza di irraggiamento). L'interno della guida d'onda è solitamente costituito da aria. Ma, se lo si desidera, può essere riempito con materiale dielettrico, ottenendo così una sezione trasversale inferiore rispetto a una guida d'onda riempita di 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 e sono costose, e non possono essere integrate con strutture planari stampate.
PRODOTTI PER ANTENNE MICROSTRIP RFMISO:
RM-MA25527-22,25.5-27GHz
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 economicamente vantaggiosa, ha un processo di fabbricazione relativamente semplice e può essere integrata con dispositivi planari. Inoltre, le prestazioni alle alte frequenze sono migliori di quelle delle strutture a microstriscia e presenta proprietà di dispersione di guida d'onda. Come mostrato in Figura 1;
Linee guida di progettazione SIW
Le guide d'onda integrate su substrato (SIW) sono strutture integrate simili a guide d'onda, realizzate utilizzando due file di vie metalliche incorporate in un dielettrico che collegano due piastre metalliche parallele. Le pareti laterali sono costituite da file di fori passanti in metallo. Questa struttura presenta le caratteristiche delle linee a microstriscia e delle guide d'onda. Il processo di fabbricazione è simile a quello di altre strutture piatte stampate. Una tipica geometria SIW è mostrata in Figura 2.1, dove la sua larghezza (ovvero la separazione tra le vie in 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 sezione successiva. Si noti che il modo dominante è TE10, proprio come per 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 di base SIW e formula di calcolo[1]
dove c è la velocità della luce nello spazio libero, m e n sono i modi, 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 viene calcolata da ad=a/Sqrt(εr), dove εr è la costante dielettrica del mezzo; affinché SIW funzioni in modalità TE10, la spaziatura del foro passante 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<λg e p<2d [2];
dove λg è la lunghezza d'onda dell'onda guidata: Allo stesso tempo, lo spessore del substrato non influirà sulla progettazione delle dimensioni SIW, ma influirà sulla perdita della struttura, quindi è necessario considerare i vantaggi di bassa perdita dei substrati ad alto spessore.
Conversione da microstriscia a SIW
Quando una struttura a microstriscia deve essere collegata a una SIW, la transizione a microstriscia rastremata è uno dei metodi di transizione preferiti e solitamente offre un adattamento 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 dalle perdite dielettriche e del conduttore. La scelta del substrato e dei materiali del conduttore determina principalmente la perdita della transizione. Poiché lo spessore del substrato limita 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 con messa a terra (GCPW) è un'altra struttura di linea di trasmissione ampiamente utilizzata nei sistemi ad alta frequenza. I conduttori laterali vicini alla linea di trasmissione intermedia fungono anche da messa a terra. Regolando la larghezza dell'alimentatore principale e la distanza dalla messa a terra laterale, è possibile ottenere l'impedenza caratteristica richiesta.
Microstriscia a SIW e GCPW a SIW
La figura seguente mostra un esempio di progettazione di una microstriscia 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 del feeder a entrambe le estremità è di 0.28 mm, che corrisponde alla larghezza del feeder dell'antenna. Il diametro del foro passante è d=0.4 mm e la spaziatura p=0.6 mm. Le dimensioni della 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 più largo).
Struttura SIW e relativi parametri S
Distribuzione del campo elettrico a 79 GHz
Data di pubblicazione: 18 gennaio 2024
