Nieuws - Energieomzetting in radarantennes

In microgolfcircuits of -systemen bestaat het gehele circuit of systeem vaak uit vele basiscomponenten zoals filters, koppelaars, vermogensverdelers, enzovoort. Het is de bedoeling dat met behulp van deze componenten het signaalvermogen efficiënt en met minimaal verlies van het ene punt naar het andere kan worden overgebracht.

In een compleet voertuigradarsysteem omvat energieomzetting hoofdzakelijk de overdracht van energie van de chip naar de voedingslijn op de printplaat, de overdracht van de voedingslijn naar de antenne en de efficiënte straling van de energie door de antenne. Een belangrijk onderdeel van dit energieoverdrachtsproces is het ontwerp van de converter. Converters in millimetergolfsystemen omvatten hoofdzakelijk 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 golfgeleiderconversie. Dit artikel richt zich op het ontwerp van SIW-conversie in de microband.

Verschillende soorten transportstructuren

MicrostripMicrostrip-lijnen behoren tot de meest gebruikte geleidingsstructuren bij relatief lage microgolffrequenties. De belangrijkste voordelen zijn de eenvoudige structuur, de lage kosten en de hoge integratie met oppervlaktemontagecomponenten. Een typische microstrip-lijn wordt gevormd door geleiders aan één zijde van een diëlektrische laag als substraat, die aan de andere zijde een enkel aardingsvlak 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 verliesfactor van het substraat zijn belangrijke parameters. Daarnaast zijn de dikte van de geleider (d.w.z. de dikte van de metallisatielaag) en de geleidbaarheid van de geleider ook cruciaal bij hogere frequenties. Door zorgvuldig rekening te houden met deze parameters en microstrip-lijnen als basiseenheid voor andere apparaten te gebruiken, kunnen veel geprinte microgolfapparaten en -componenten worden ontworpen, zoals filters, koppelaars, vermogensverdelers/combiners, mixers, enz. Naarmate de frequentie toeneemt (bij relatief hoge microgolffrequenties) nemen de transmissieverliezen echter toe en treedt 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. Maar indien gewenst kan de holle buis gevuld worden met diëlektrisch materiaal, waardoor de doorsnede kleiner wordt dan die van een met gas gevulde golfgeleider. Holle buisgolfgeleiders zijn echter vaak omvangrijk, kunnen zwaar zijn, vooral bij lagere frequenties, vereisen hogere productie-eisen en zijn kostbaar, en kunnen niet worden geïntegreerd met vlakke geprinte structuren.

RFMISO MICROSTRIP ANTENNEPRODUCTEN:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

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

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

SIW-ontwerprichtlijnen

Substraatgeïntegreerde 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 doorvoergaten vormen de zijwanden. Deze structuur heeft de kenmerken van microstrip-lijnen en golfgeleiders. Het fabricageproces is ook vergelijkbaar met andere geprinte vlakke structuren. Een typische SIW-geometrie wordt weergegeven in Figuur 2.1, waarbij de breedte (d.w.z. de afstand tussen de via's in de 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 bij de rechthoekige golfgeleider. De relatie tussen de afsnijfrequentie fc van luchtgevulde golfgeleiders (AFWG) en diëlektrisch gevulde golfgeleiders (DFWG) en de afmetingen a en b is het eerste punt bij het ontwerpen van een SIW. Voor luchtgevulde golfgeleiders wordt de afsnijfrequentie weergegeven in de onderstaande formule.

SIW basisstructuur en berekeningsformule[1]

waarbij c de lichtsnelheid in de vrije ruimte is, m en n de modi zijn, a de afmeting van de langere golfgeleider is en b de afmeting van de kortere golfgeleider. Wanneer de golfgeleider in de TE10-modus werkt, kan deze worden vereenvoudigd tot fc=c/2a; wanneer de golfgeleider gevuld is met een diëlektricum, wordt de breedte a berekend met ad=a/√εr, waarbij εr de diëlektrische constante van het medium is; om SIW in de TE10-modus te laten werken, moeten de afstand tussen de doorvoergaten p, de diameter d en de breedte as voldoen aan de formule rechtsboven in de onderstaande figuur, en er zijn ook empirische formules voor 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 ontwerp van de SIW-afmetingen, maar wel op het verlies van de structuur. Daarom moet rekening worden gehouden met de voordelen van een dik substraat wat betreft het lage verlies.

Microstrip naar SIW-conversie
Wanneer een microstripstructuur moet worden verbonden met een SIW (Self-Insert Waveguide), is de taps toelopende microstripovergang een van de meest gebruikte overgangsmethoden. Deze overgang biedt doorgaans een bredere bandbreedte dan andere geprinte overgangen. Een goed ontworpen overgangsstructuur heeft zeer lage reflecties en het invoegverlies wordt voornamelijk veroorzaakt door diëlektrische en geleiderverliezen. De keuze van het substraat en de geleidermaterialen bepaalt grotendeels het verlies van de overgang. Omdat de dikte van het substraat de breedte van de microstriplijn beperkt, 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 tevens als aarding. Door de breedte van de hoofdvoeding en de afstand tot de zijaarding aan te passen, kan de gewenste karakteristieke impedantie worden verkregen.

Microstrip naar SIW en GCPW naar SIW

De onderstaande afbeelding is een voorbeeld van het ontwerp van een microstrip-naar-SIW-verbinding. 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 voedingslijn aan beide uiteinden is 0,28 mm, wat overeenkomt met de breedte van de antennevoeding. De diameter van het doorvoergat is d = 0,4 mm en de afstand p = 0,6 mm. De simulatieafmetingen zijn 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).