Om te voldoen aan de antennehoekvereisten van het nieuwe product en de matrijs van de vorige generatie printplaat te kunnen gebruiken, kan de volgende antenne-indeling worden gebruikt om een antenneversterking van 14 dBi bij 77 GHz en een stralingsprestatie van 3 dB_E/H_Beamwidth=40° te bereiken. Hierbij wordt gebruikgemaakt van een Rogers 4830-plaat met een dikte van 0,127 mm, Dk=3,25 en Df=0,0033.
Antenne-indeling
In de bovenstaande afbeelding wordt een microstrip-rasterantenne gebruikt. De microstrip-rasterantenne is een antennevorm die bestaat uit in cascade geschakelde stralingselementen en transmissielijnen, gevormd door N microstripringen. Deze antenne heeft een compacte structuur, hoge versterking, eenvoudige voeding en is gemakkelijk te produceren. De belangrijkste polarisatiemethode is lineaire polarisatie, vergelijkbaar met conventionele microstripantennes, en kan worden gerealiseerd met behulp van etstechnologie. De impedantie van het raster, de voedingslocatie en de interconnectiestructuur bepalen samen de stroomverdeling over de array, en de stralingskarakteristieken zijn afhankelijk van de geometrie van het raster. De middenfrequentie van de antenne wordt bepaald door de rastergrootte.
Producten uit de RFMISO array-antenneserie:
RM-PA7087-43
RM-PA1075145-32
RM-SWA910-22
RM-PA10145-30
Principeanalyse
De stroom die in verticale richting door het array-element vloeit, heeft een gelijke amplitude en een tegengestelde richting, waardoor het stralingsvermogen zwak is en de antenneprestaties nauwelijks worden beïnvloed. Stel de celbreedte l1 in op een halve golflengte en pas de celhoogte (h) aan om een faseverschil van 180° tussen a0 en b0 te bereiken. Voor straling loodrecht op het oppervlak is het faseverschil tussen de punten a1 en b1 0°.
Structuur van een array-element
Voedingsstructuur
Roosterantennes gebruiken doorgaans een coaxiale voedingsstructuur, waarbij de voedingskabel aan de achterkant van de printplaat is bevestigd. De voedingskabel moet daarom door de lagen heen worden ontworpen. Bij daadwerkelijke verwerking treedt er een zekere nauwkeurigheidsfout op, die de prestaties beïnvloedt. Om te voldoen aan de fase-informatie zoals beschreven in de bovenstaande afbeelding, kan een vlakke differentiële voedingsstructuur worden gebruikt, met gelijke amplitude-excitatie aan beide poorten, maar met een faseverschil van 180°.
Coaxiale voedingsstructuur[1]
De meeste microstrip-rasterantennes maken gebruik van coaxiale voeding. De voedingspunten van de rasterantenne worden hoofdzakelijk onderverdeeld in twee typen: centrale voeding (voedingspunt 1) en randvoeding (voedingspunt 2 en voedingspunt 3).
Typische rasterstructuur
Bij randvoeding ontstaan er lopende golven die zich over het gehele raster van de rasterantenne uitstrekken. Dit is een niet-resonante, enkelvoudige, eindgerichte antenne. De rasterantenne kan zowel als lopende golfantenne als resonante antenne worden gebruikt. Door de juiste frequentie, voedingspunt en rastergrootte te kiezen, kan het raster in verschillende toestanden werken: lopende golf (frequentie-sweep) en resonantie (randemissie). Als lopende golfantenne maakt de rasterantenne gebruik van een randvoeding, waarbij de korte zijde van het raster iets groter is dan een derde van de geleide golflengte en de lange zijde twee tot drie keer zo lang is als de korte zijde. De stroom aan de korte zijde wordt naar de andere zijde overgebracht, waardoor er een faseverschil tussen de korte zijden ontstaat. Lopende golf (niet-resonante) rasterantennes stralen gekantelde bundels uit die afwijken van de normale richting van het rastervlak. De bundelrichting verandert met de frequentie en kan worden gebruikt voor frequentiescanning. Wanneer de rasterantenne als resonantieantenne wordt gebruikt, zijn de lange en korte zijden van het raster zo ontworpen dat ze respectievelijk één geleidingsgolflengte en een halve geleidingsgolflengte van de centrale frequentie bedragen, en wordt de centrale voedingsmethode toegepast. De momentane stroom van de rasterantenne in de resonantietoestand vertoont een staande golfverdeling. De straling wordt voornamelijk gegenereerd door de korte zijden, waarbij de lange zijden als transmissielijnen fungeren. De rasterantenne verkrijgt een beter stralingseffect, de maximale straling treedt op in de brede-zijde-stralingstoestand en de polarisatie is parallel aan de korte zijde van het raster. Wanneer de frequentie afwijkt van de ontworpen centrale frequentie, is de korte zijde van het raster niet langer een halve geleidingsgolflengte en treedt bundelsplitsing op in het stralingspatroon. [2]
Array-model en het bijbehorende 3D-patroon
Zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding van de antennestructuur, waar P1 en P2 180° uit fase zijn, kan ADS worden gebruikt voor schematische simulatie (niet gemodelleerd in dit artikel). Door de voedingspoort differentieel te voeden, kan de stroomverdeling op een enkel roosterelement worden waargenomen, zoals weergegeven in de principeanalyse. De stromen in de lengterichting zijn in tegengestelde richting (opheffing), en de stromen in de dwarsrichting hebben gelijke amplitude en zijn in fase (superpositie).
Huidige verdeling over verschillende armen1
Huidige verdeling over verschillende armen 2
Bovenstaande tekst geeft een korte introductie tot de rasterantenne en beschrijft het ontwerp van een array met een microstrip-voedingsstructuur die werkt op 77 GHz. Afhankelijk van de radardetectie-eisen kan het aantal verticale en horizontale elementen van het raster worden verminderd of verhoogd om een antenneontwerp onder een specifieke hoek te realiseren. Bovendien kan de lengte van de microstrip-transmissielijn in het differentiële voedingsnetwerk worden aangepast om het bijbehorende faseverschil te bereiken.
Geplaatst op: 24 januari 2024
