Νέα - Μετατροπή ενέργειας σε κεραίες ραντάρ

Σε κυκλώματα ή συστήματα μικροκυμάτων, ολόκληρο το κύκλωμα ή σύστημα αποτελείται συχνά από πολλές βασικές συσκευές μικροκυμάτων, όπως φίλτρα, ζεύκτες, διαιρέτες ισχύος κ.λπ. Ελπίζεται ότι μέσω αυτών των συσκευών, είναι δυνατή η αποτελεσματική μετάδοση ισχύος σήματος από το ένα σημείο στο άλλο με ελάχιστες απώλειες.

Σε ολόκληρο το σύστημα ραντάρ οχημάτων, η μετατροπή ενέργειας περιλαμβάνει κυρίως τη μεταφορά ενέργειας από το τσιπ στον τροφοδότη στην πλακέτα PCB, τη μεταφορά του τροφοδότη στο σώμα της κεραίας και την αποτελεσματική ακτινοβολία ενέργειας από την κεραία. Σε ολόκληρη τη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας, ένα σημαντικό μέρος είναι ο σχεδιασμός του μετατροπέα. Οι μετατροπείς σε συστήματα χιλιοστομετρικών κυμάτων περιλαμβάνουν κυρίως μετατροπή από μικρολωρίδα σε ενσωματωμένο κυματοδηγό υποστρώματος (SIW), μετατροπή από μικρολωρίδα σε κυματοδηγό, μετατροπή SIW σε κυματοδηγό, μετατροπή ομοαξονικού σε κυματοδηγό, μετατροπή κυματοδηγού σε κυματοδηγό και διαφορετικούς τύπους μετατροπής κυματοδηγού. Αυτό το τεύχος θα επικεντρωθεί στον σχεδιασμό μετατροπής μικροζωνικής SIW.

Διαφορετικοί τύποι δομών μεταφοράς

Μικρολωρίδαείναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες δομές οδηγών σε σχετικά χαμηλές συχνότητες μικροκυμάτων. Τα κύρια πλεονεκτήματά της είναι η απλή δομή, το χαμηλό κόστος και η υψηλή ενσωμάτωση με εξαρτήματα επιφανειακής τοποθέτησης. Μια τυπική γραμμή μικρολωρίδας σχηματίζεται χρησιμοποιώντας αγωγούς στη μία πλευρά ενός υποστρώματος διηλεκτρικού στρώματος, σχηματίζοντας ένα ενιαίο επίπεδο γείωσης στην άλλη πλευρά, με αέρα από πάνω του. Ο άνω αγωγός είναι βασικά ένα αγώγιμο υλικό (συνήθως χαλκός) διαμορφωμένο σε στενό σύρμα. Το πλάτος της γραμμής, το πάχος, η σχετική διαπερατότητα και η εφαπτομένη της διηλεκτρικής απώλειας του υποστρώματος είναι σημαντικές παράμετροι. Επιπλέον, το πάχος του αγωγού (δηλαδή, το πάχος μεταλλοποίησης) και η αγωγιμότητα του αγωγού είναι επίσης κρίσιμα σε υψηλότερες συχνότητες. Λαμβάνοντας προσεκτικά υπόψη αυτές τις παραμέτρους και χρησιμοποιώντας γραμμές μικρολωρίδας ως βασική μονάδα για άλλες συσκευές, μπορούν να σχεδιαστούν πολλές τυπωμένες συσκευές και εξαρτήματα μικροκυμάτων, όπως φίλτρα, ζεύκτες, διαιρέτες/συνδυαστές ισχύος, μίκτες κ.λπ. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η συχνότητα (όταν μεταβαίνουμε σε σχετικά υψηλές συχνότητες μικροκυμάτων), οι απώλειες μετάδοσης αυξάνονται και εμφανίζεται ακτινοβολία. Επομένως, προτιμώνται κοίλοι κυματοειδείς σωλήνες, όπως οι ορθογώνιοι κυματοδηγοί, λόγω των μικρότερων απωλειών σε υψηλότερες συχνότητες (χωρίς ακτινοβολία). Το εσωτερικό του κυματοδηγού είναι συνήθως αέρας. Αλλά εάν είναι επιθυμητό, μπορεί να γεμιστεί με διηλεκτρικό υλικό, δίνοντάς του μικρότερη διατομή από έναν κυματοδηγό γεμάτο με αέριο. Ωστόσο, οι κυματοδηγοί με κοίλο σωλήνα είναι συχνά ογκώδεις, μπορεί να είναι βαρείς ειδικά σε χαμηλότερες συχνότητες, απαιτούν υψηλότερες απαιτήσεις κατασκευής και είναι δαπανηροί, και δεν μπορούν να ενσωματωθούν σε επίπεδες τυπωμένες δομές.

ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΚΕΡΑΙΑΣ ΜΙΚΡΟΤΑΙΝΙΑΣ RFMISO:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz

Η άλλη είναι μια υβριδική δομή καθοδήγησης μεταξύ μιας δομής μικρολωρίδας και ενός κυματοδηγού, που ονομάζεται ενσωματωμένος κυματοδηγός υποστρώματος (SIW). Ένας SIW είναι μια ολοκληρωμένη δομή τύπου κυματοδηγού που κατασκευάζεται σε ένα διηλεκτρικό υλικό, με αγωγούς στην κορυφή και στο κάτω μέρος και μια γραμμική διάταξη δύο μεταλλικών οπών που σχηματίζουν τα πλευρικά τοιχώματα. Σε σύγκριση με τις δομές μικρολωρίδας και κυματοδηγού, ο SIW είναι οικονομικά αποδοτικός, έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία κατασκευής και μπορεί να ενσωματωθεί με επίπεδες συσκευές. Επιπλέον, η απόδοση σε υψηλές συχνότητες είναι καλύτερη από αυτή των δομών μικρολωρίδας και έχει ιδιότητες διασποράς κυματοδηγού. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1;

Οδηγίες σχεδιασμού SIW

Οι ενσωματωμένοι κυματοδηγοί υποστρώματος (SIW) είναι ενσωματωμένες δομές που μοιάζουν με κυματοδηγούς και κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας δύο σειρές μεταλλικών οπών ενσωματωμένες σε ένα διηλεκτρικό που συνδέει δύο παράλληλες μεταλλικές πλάκες. Σειρές μεταλλικών οπών σχηματίζουν τα πλευρικά τοιχώματα. Αυτή η δομή έχει τα χαρακτηριστικά των γραμμών μικρολωρίδας και των κυματοδηγών. Η διαδικασία κατασκευής είναι επίσης παρόμοια με άλλες τυπωμένες επίπεδες δομές. Μια τυπική γεωμετρία SIW φαίνεται στο Σχήμα 2.1, όπου το πλάτος της (δηλαδή η απόσταση μεταξύ των οπών στην πλευρική κατεύθυνση (as)), η διάμετρος των οπών (d) και το μήκος βήματος (p) χρησιμοποιούνται για τον σχεδιασμό της δομής SIW. Οι πιο σημαντικές γεωμετρικές παράμετροι (που φαίνονται στο Σχήμα 2.1) θα εξηγηθούν στην επόμενη ενότητα. Σημειώστε ότι η κυρίαρχη λειτουργία είναι η TE10, όπως και στον ορθογώνιο κυματοδηγό. Η σχέση μεταξύ της συχνότητας αποκοπής fc των κυματοδηγών με αέρα (AFWG) και των κυματοδηγών με διηλεκτρικό (DFWG) και των διαστάσεων a και b είναι το πρώτο σημείο σχεδιασμού SIW. Για τους κυματοδηγούς με αέρα, η συχνότητα αποκοπής είναι όπως φαίνεται στον παρακάτω τύπο.

Βασική δομή και τύπος υπολογισμού του SIW[1]

όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στον ελεύθερο χώρο, m και n είναι οι τρόποι, a είναι το μεγαλύτερο μέγεθος κυματοδηγού και b είναι το μικρότερο μέγεθος κυματοδηγού. Όταν ο κυματοδηγός λειτουργεί σε λειτουργία TE10, μπορεί να απλοποιηθεί σε fc=c/2a. όταν ο κυματοδηγός είναι γεμάτος με διηλεκτρικό, το μήκος της πλαϊνής πλευράς a υπολογίζεται από ad=a/Sqrt(εr), όπου εr είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου. Για να λειτουργήσει το SIW σε λειτουργία TE10, η απόσταση των οπών p, η διάμετρος d και η πλατιά πλευρά a θα πρέπει να ικανοποιούν τον τύπο στην επάνω δεξιά γωνία του παρακάτω σχήματος, και υπάρχουν επίσης εμπειρικοί τύποι d<λg και p<2d [2].

όπου λg είναι το μήκος κύματος του καθοδηγούμενου κύματος: Ταυτόχρονα, το πάχος του υποστρώματος δεν θα επηρεάσει τον σχεδιασμό του μεγέθους SIW, αλλά θα επηρεάσει την απώλεια της δομής, επομένως θα πρέπει να ληφθούν υπόψη τα πλεονεκτήματα χαμηλών απωλειών των υποστρωμάτων υψηλού πάχους.

Μετατροπή μικρολωρίδας σε SIW
Όταν μια δομή μικρολωρίδας πρέπει να συνδεθεί σε ένα SIW, η κωνική μετάβαση μικρολωρίδας είναι μια από τις κύριες προτιμώμενες μεθόδους μετάβασης και η κωνική μετάβαση συνήθως παρέχει μια ευρυζωνική αντιστοίχιση σε σύγκριση με άλλες τυπωμένες μεταβάσεις. Μια καλά σχεδιασμένη δομή μετάβασης έχει πολύ χαμηλές ανακλάσεις και η απώλεια εισαγωγής προκαλείται κυρίως από απώλειες διηλεκτρικού και αγωγού. Η επιλογή των υλικών υποστρώματος και αγωγού καθορίζει κυρίως την απώλεια της μετάβασης. Δεδομένου ότι το πάχος του υποστρώματος εμποδίζει το πλάτος της γραμμής μικρολωρίδας, οι παράμετροι της κωνικής μετάβασης θα πρέπει να προσαρμόζονται όταν αλλάζει το πάχος του υποστρώματος. Ένας άλλος τύπος γειωμένου ομοεπίπεδου κυματοδηγού (GCPW) είναι επίσης μια ευρέως χρησιμοποιούμενη δομή γραμμής μεταφοράς σε συστήματα υψηλής συχνότητας. Οι πλευρικοί αγωγοί κοντά στην ενδιάμεση γραμμή μεταφοράς χρησιμεύουν επίσης ως γείωση. Ρυθμίζοντας το πλάτος του κύριου τροφοδότη και το διάκενο προς την πλευρική γείωση, μπορεί να επιτευχθεί η απαιτούμενη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση.

Μικρολωρίδα σε SIW και GCPW σε SIW

Το παρακάτω σχήμα είναι ένα παράδειγμα σχεδιασμού μικρολωρίδας σε SIW. Το μέσο που χρησιμοποιείται είναι Rogers3003, η διηλεκτρική σταθερά είναι 3,0, η πραγματική τιμή απώλειας είναι 0,001 και το πάχος είναι 0,127 mm. Το πλάτος του τροφοδότη και στα δύο άκρα είναι 0,28 mm, το οποίο ταιριάζει με το πλάτος του τροφοδότη της κεραίας. Η διάμετρος της οπής διέλευσης είναι d=0,4 mm και η απόσταση p=0,6 mm. Το μέγεθος προσομοίωσης είναι 50 mm*12 mm*0,127 mm. Η συνολική απώλεια στη ζώνη διέλευσης είναι περίπου 1,5 dB (η οποία μπορεί να μειωθεί περαιτέρω βελτιστοποιώντας την απόσταση μεταξύ των πλατύτερων πλευρών).