Σε κυκλώματα ή συστήματα μικροκυμάτων, ολόκληρο το κύκλωμα ή το 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 ένα σημείο σε άλλο με ελάχιστη απώλεια?
Σε ολόκληρο το σύστημα ραντάρ του οχήματος, 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 όλη τη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας, σημαντικό μέρος είναι ο σχεδιασμός του μετατροπέα.Οι μετατροπείς σε συστήματα κυμάτων χιλιοστών περιλαμβάνουν κυρίως μετατροπή μικροταινίας σε υπόστρωμα ολοκληρωμένου κυματοδηγού (SIW), μετατροπή μικροταινίας σε κυματοδηγό, μετατροπή SIW σε κυματοδηγό, μετατροπή ομοαξονικού σε κυματοδηγό, μετατροπή κυματοδηγού σε κυματοδηγό και διαφορετικούς τύπους μετατροπής κυματοδηγού.Αυτό το τεύχος θα επικεντρωθεί στη σχεδίαση μετατροπής SIW μικροζώνης.
Διαφορετικοί τύποι δομών μεταφοράς
Microstripείναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες κατασκευές οδηγών σε σχετικά χαμηλές συχνότητες μικροκυμάτων.Τα κύρια πλεονεκτήματά του είναι η απλή δομή, το χαμηλό κόστος και η υψηλή ενσωμάτωση με εξαρτήματα επιφανειακής βάσης.Μια τυπική γραμμή μικρολωρίδας σχηματίζεται χρησιμοποιώντας αγωγούς στη μία πλευρά ενός υποστρώματος διηλεκτρικού στρώματος, σχηματίζοντας ένα ενιαίο επίπεδο γείωσης στην άλλη πλευρά, με αέρα πάνω από αυτό.Ο επάνω αγωγός είναι βασικά ένα αγώγιμο υλικό (συνήθως χαλκός) διαμορφωμένο σε ένα στενό σύρμα.Το πλάτος 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 επιμετάλλωσης) και η αγωγιμότητα του αγωγού είναι επίσης κρίσιμα σε υψηλότερες συχνότητες.Λαμβάνοντας προσεκτικά αυτές τις παραμέτρους και χρησιμοποιώντας γραμμές microstrip ως βασική μονάδα για άλλες συσκευές, μπορούν να σχεδιαστούν πολλές τυπωμένες συσκευές μικροκυμάτων και εξαρτήματα, όπως φίλτρα, ζεύκτες, διαιρέτες/συνδυαστές ισχύος, μίκτες, κ.λπ. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η συχνότητα (όταν μετακινείται σχετικά υψηλές συχνότητες μικροκυμάτων) οι απώλειες μετάδοσης αυξάνονται και εμφανίζεται ακτινοβολία.Ως εκ τούτου, προτιμώνται κυματοδηγοί κοίλου σωλήνα, όπως οι ορθογώνιοι κυματοδηγοί, λόγω 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 κοίλων σωλήνων είναι συχνά ογκώδεις, μπορεί να είναι βαρείς ειδικά σε χαμηλότερες συχνότητες, απαιτούν υψηλότερες απαιτήσεις κατασκευής και είναι δαπανηροί και δεν μπορούν να ενσωματωθούν με επίπεδες τυπωμένες δομές.
RFMISO MICROSTRIP ANTENNA ΠΡΟΪΟΝΤΑ:
RM-MA25527-22,25,5-27 GHz
RM-MA425435-22,4,25-4,35 GHz
Το άλλο είναι μια υβριδική δομή καθοδήγησης μεταξύ μιας δομής μικροταινίας και ενός κυματοδηγού, που ονομάζεται ολοκληρωμένος κυματοδηγός υποστρώματος (SIW).Το SIW είναι μια ολοκληρωμένη κατασκευή που μοιάζει με κυματοδηγό κατασκευασμένη σε διηλεκτρικό υλικό, με αγωγούς στο πάνω και στο κάτω μέρος και μια γραμμική διάταξη δύο μεταλλικών οπών που σχηματίζουν τα πλευρικά τοιχώματα.Σε σύγκριση με τις δομές μικροταινιών και κυματοδηγών, το SIW είναι οικονομικά αποδοτικό, έχει σχετικά εύκολη διαδικασία κατασκευής και μπορεί να ενσωματωθεί με επίπεδες συσκευές.Επιπλέον, η απόδοση στις υψηλές συχνότητες είναι καλύτερη από αυτή των δομών μικροταινιών και έχει ιδιότητες διασποράς κυματοδηγών.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Οδηγίες σχεδίασης SIW
Οι ολοκληρωμένοι κυματοδηγοί υποστρώματος (SIW) είναι ενσωματωμένες δομές που μοιάζουν με κυματοδηγούς που κατασκευάζονται με χρήση δύο σειρών μεταλλικών αγωγών ενσωματωμένων σε ένα διηλεκτρικό που συνδέει δύο παράλληλες μεταλλικές πλάκες.Σειρές μεταλλικών διαμπερών οπών σχηματίζουν τα πλευρικά τοιχώματα.Αυτή η δομή έχει τα χαρακτηριστικά των γραμμών microstrip και των κυματοδηγών.Η διαδικασία κατασκευής είναι επίσης παρόμοια με άλλες τυπωμένες επίπεδες κατασκευές.Μια τυπική γεωμετρία SIW φαίνεται στο Σχήμα 2.1, όπου το πλάτος του (δηλαδή ο διαχωρισμός μεταξύ των οπών στην πλευρική κατεύθυνση (όπως)), η διάμετρος των οπών (d) και το μήκος βήματος (p) χρησιμοποιούνται για το 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 ακριβώς και ο ορθογώνιος κυματοδηγός.Η σχέση μεταξύ της συχνότητας αποκοπής fc των κυματοδηγών πλήρωσης με αέρα (AFWG) και των κυματοδηγών με πλήρωση διηλεκτρικού (DFWG) και των διαστάσεων a και b είναι το πρώτο σημείο του σχεδιασμού SIW.Για κυματοδηγούς γεμάτους αέρα, η συχνότητα αποκοπής είναι όπως φαίνεται στον παρακάτω τύπο
Βασική δομή SIW και τύπος υπολογισμού[1]
όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στον ελεύθερο χώρο, m και n είναι οι τρόποι λειτουργίας, a είναι το μεγαλύτερο μέγεθος του 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 ευρυγώνιο μήκος a υπολογίζεται με ad=a/Sqrt(εr), όπου εr είναι η διηλεκτρική σταθερά του μέσου.Για να λειτουργήσει το SIW στη λειτουργία TE10, η διάμετρος οπών p, η διάμετρος d και η ευρεία πλευρά θα πρέπει να ικανοποιούν τον τύπο πάνω δεξιά του παρακάτω σχήματος, και υπάρχουν επίσης εμπειρικοί τύποι d<λg και p<2d [ 2];
όπου λg είναι το μήκος κύματος κατευθυνόμενου κύματος: Ταυτόχρονα, το πάχος του υποστρώματος δεν θα επηρεάσει τον σχεδιασμό του μεγέθους SIW, αλλά θα επηρεάσει την απώλεια της δομής, επομένως τα πλεονεκτήματα χαμηλών απωλειών των υποστρωμάτων υψηλού πάχους θα πρέπει να ληφθούν υπόψη .
Μετατροπή Microstrip σε SIW
Όταν μια δομή microstrip χρειάζεται να συνδεθεί σε ένα SIW, η μετάβαση με κωνική μικροταινία είναι μία από τις κύριες προτιμώμενες μεθόδους μετάβασης και η κωνική μετάβαση συνήθως παρέχει 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 αγωγών 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 ρυθμίζονται 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 στο πλευρικό έδαφος, μπορεί να επιτευχθεί η απαιτούμενη χαρακτηριστική αντίσταση.
Microstrip σε SIW και GCPW σε SIW
Το παρακάτω σχήμα είναι ένα παράδειγμα σχεδιασμού μικροταινίας σε SIW.Το μέσο που χρησιμοποιείται είναι το 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 κεραίας.Η διάμετρος της διαμπερούς οπής είναι d=0,4mm και η απόσταση p=0,6mm.Το μέγεθος της προσομοίωσης είναι 50mm*12mm*0,127mm.Η συνολική απώλεια στη ζώνη διέλευσης είναι περίπου 1,5 dB (η οποία μπορεί να μειωθεί περαιτέρω βελτιστοποιώντας την απόσταση από την ευρεία πλευρά).
Η δομή SIW και οι παράμετροι S του
Κατανομή ηλεκτρικού πεδίου @79GHz
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-18-2024
