Nieuws - Energieomzetting in radarantennes

In microgolfcircuits of -systemen bestaat het hele circuit of systeem vaak uit vele basismicrogolfapparaten zoals filters, koppelingen, vermogensverdelers, enz. De hoop is dat het via deze apparaten mogelijk is om signaalvermogen efficiënt van het ene punt naar het andere over te brengen met minimaal verlies;

In het gehele voertuigradarsysteem omvat energieomzetting voornamelijk de overdracht van energie van de chip naar de feeder op de printplaat, de overdracht van de feeder naar de antennebehuizing en de efficiënte energiestraling door de antenne. Een belangrijk onderdeel van het gehele energieoverdrachtsproces is het ontwerp van de converter. De converters in millimetergolfsystemen omvatten voornamelijk microstrip-naar-substraat-geïntegreerde-golfgeleider (SIW)-conversie, microstrip-naar-golfgeleider-conversie, SIW-naar-golfgeleider-conversie, coaxiaal-naar-golfgeleider-conversie, golfgeleider-naar-golfgeleider-conversie en verschillende soorten golfgeleider-conversie. Deze uitgave richt zich op het ontwerp van microband-SIW-conversie.

Verschillende soorten transportstructuren

Microstripis een van de meest gebruikte geleiderstructuren bij relatief lage microgolffrequenties. De belangrijkste voordelen zijn de eenvoudige structuur, de lage kosten en de hoge mate van integratie met oppervlaktecomponenten. Een typische microstriplijn wordt gevormd met geleiders aan één zijde van een diëlektrische laag substraat, die aan de andere zijde een enkel grondvlak vormen, met lucht erboven. De bovenste geleider is in principe een geleidend materiaal (meestal koper) in de vorm van een smalle draad. Lijnbreedte, dikte, relatieve permittiviteit en diëlektrische verliestangens van het substraat zijn belangrijke parameters. Daarnaast zijn de dikte van de geleider (d.w.z. de metallisatiedikte) en de geleidbaarheid van de geleider ook cruciaal bij hogere frequenties. Door zorgvuldig rekening te houden met deze parameters en microstriplijnen als basiseenheid voor andere apparaten te gebruiken, kunnen veel gedrukte microgolfapparaten en -componenten worden ontworpen, zoals filters, koppelaars, vermogensverdelers/combiners, mixers, enz. Naarmate de frequentie echter toeneemt (bij de overgang naar relatief hoge microgolffrequenties) nemen de transmissieverliezen toe en treedt er straling op. Daarom hebben holle buisgolfgeleiders, zoals rechthoekige golfgeleiders, de voorkeur vanwege de lagere verliezen bij hogere frequenties (geen straling). De binnenkant van de golfgeleider bestaat meestal uit lucht. Desgewenst kan deze echter worden gevuld met diëlektrisch materiaal, waardoor de doorsnede kleiner wordt dan bij een gasgevulde golfgeleider. Holle buisgolfgeleiders zijn echter vaak omvangrijk, kunnen zwaar zijn, vooral bij lagere frequenties, vereisen hogere productievereisten en zijn duur, en kunnen niet worden geïntegreerd met vlakke geprinte structuren.

RFMISO MICROSTRIP-ANTENNEPRODUCTEN:

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

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

De andere is een hybride geleidingsstructuur tussen een microstripstructuur en een golfgeleider, een zogenaamde substraatgeïntegreerde golfgeleider (SIW). Een SIW is een geïntegreerde golfgeleiderachtige structuur, vervaardigd op een diëlektrisch materiaal, met geleiders aan de boven- en onderkant en een lineaire matrix van twee metalen via's die de zijwanden vormen. Vergeleken met microstrip- en golfgeleiderstructuren is SIW kosteneffectief, heeft het een relatief eenvoudig productieproces en kan het worden geïntegreerd met planaire componenten. Bovendien zijn de prestaties bij hoge frequenties beter dan die van microstripstructuren en heeft het de eigenschappen van een golfgeleiderdispersie. Zoals weergegeven in Figuur 1;

SIW-ontwerprichtlijnen

Substraat-geïntegreerde golfgeleiders (SIW's) zijn geïntegreerde golfgeleiderachtige structuren die worden vervaardigd met behulp van twee rijen metalen via's ingebed in een diëlektricum dat twee parallelle metalen platen verbindt. Rijen metalen doorgaande gaten vormen de zijwanden. Deze structuur heeft de kenmerken van microstriplijnen en golfgeleiders. Het productieproces is ook vergelijkbaar met andere geprinte platte structuren. Een typische SIW-geometrie wordt getoond in Figuur 2.1, waarbij de breedte (d.w.z. de afstand tussen via's in laterale richting (as)), de diameter van de via's (d) en de spoedlengte (p) worden gebruikt om de SIW-structuur te ontwerpen. De belangrijkste geometrische parameters (weergegeven in Figuur 2.1) worden in de volgende sectie uitgelegd. Merk op dat de dominante modus TE10 is, net als de rechthoekige golfgeleider. De relatie tussen de afsnijfrequentie fc van met lucht gevulde golfgeleiders (AFWG) en met diëlektricum gevulde golfgeleiders (DFWG) en de afmetingen a en b is het eerste punt van SIW-ontwerp. Voor met lucht gevulde golfgeleiders is de afsnijfrequentie zoals weergegeven in de onderstaande formule

Basisstructuur van SIW en berekeningsformule[1]

waarbij c de lichtsnelheid in de vrije ruimte is, m en n de modi zijn, a de langere golfgeleidergrootte is en b de kortere golfgeleidergrootte. Wanneer de golfgeleider in de TE10-modus werkt, kan deze worden vereenvoudigd tot fc = c / 2a; wanneer de golfgeleider is gevuld met diëlektricum, wordt de breedte a berekend met ad = a / Sqrt (εr), waarbij εr de diëlektrische constante van het medium is; om SIW in de TE10-modus te laten werken, moeten de doorgaande gatafstand p, diameter d en brede zijde voldoen aan de formule rechtsboven in de onderstaande afbeelding, en er zijn ook empirische formules van d < λg en p < 2d [2];

waarbij λg de golflengte van de geleide golf is: Tegelijkertijd heeft de dikte van het substraat geen invloed op het SIW-formaatontwerp, maar het heeft wel invloed op het verlies van de structuur. Daarom moeten de voordelen van lage verliezen van substraten met een hoge dikte in overweging worden genomen.

Conversie van microstrip naar SIW
Wanneer een microstripstructuur moet worden aangesloten op een SIW, is de taps toelopende microstripovergang een van de meest geprefereerde overgangsmethoden. Deze overgang biedt doorgaans een breedbandige aanpassing in vergelijking met andere gedrukte overgangen. Een goed ontworpen overgangsstructuur heeft zeer lage reflecties en invoegingsverliezen worden voornamelijk veroorzaakt door diëlektrische en geleiderverliezen. De keuze van het substraat en de geleidermaterialen bepaalt voornamelijk het verlies van de overgang. Omdat de dikte van het substraat de breedte van de microstriplijn belemmert, moeten de parameters van de taps toelopende overgang worden aangepast wanneer de dikte van het substraat verandert. Een ander type geaarde coplanaire golfgeleider (GCPW) is ook een veelgebruikte transmissielijnstructuur in hoogfrequente systemen. De zijgeleiders dicht bij de tussenliggende transmissielijn dienen ook als aarde. Door de breedte van de hoofdfeeder en de afstand tot de zijaarde aan te passen, kan de vereiste karakteristieke impedantie worden verkregen.

Microstrip naar SIW en GCPW naar SIW

De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van het ontwerp van microstrip naar SIW. Het gebruikte medium is Rogers3003, de diëlektrische constante is 3,0, de werkelijke verlieswaarde is 0,001 en de dikte is 0,127 mm. De breedte van de feeder aan beide uiteinden is 0,28 mm, wat overeenkomt met de breedte van de antennefeeder. De diameter van het doorgaande gat is d = 0,4 mm en de afstand p = 0,6 mm. De simulatiegrootte is 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Het totale verlies in de doorlaatband is ongeveer 1,5 dB (wat verder kan worden verminderd door de afstand aan de brede zijde te optimaliseren).