En els circuits o sistemes de microones, tot el circuit o sistema sovint està compost per molts dispositius bàsics de microones com ara filtres, acobladors, divisors de potència, etc. S'espera que, a través d'aquests dispositius, sigui possible transmetre de manera eficient la potència del senyal d'un punt a un altre amb una pèrdua mínima;
En tot el sistema de radar del vehicle, la conversió d'energia implica principalment la transferència d'energia del xip a l'alimentador de la placa PCB, la transferència de l'alimentador al cos de l'antena i la radiació eficient d'energia per l'antena. En tot el procés de transferència d'energia, una part important és el disseny del convertidor. Els convertidors en sistemes d'ones mil·limètriques inclouen principalment la conversió de guia d'ones integrada de microbanda a substrat (SIW), la conversió de microbanda a guia d'ones, la conversió de SIW a guia d'ones, la conversió de coaxial a guia d'ones, la conversió de guia d'ones a guia d'ones i diferents tipus de conversió de guia d'ones. Aquest número se centrarà en el disseny de la conversió SIW de microbanda.
Diferents tipus d'estructures de transport
Microstripés una de les estructures de guia més utilitzades a freqüències de microones relativament baixes. Els seus principals avantatges són l'estructura senzilla, el baix cost i l'alta integració amb components de muntatge superficial. Una línia de microstrip típica es forma utilitzant conductors a un costat d'un substrat de capa dielèctrica, formant un únic pla de terra a l'altre costat, amb aire a sobre. El conductor superior és bàsicament un material conductor (generalment coure) en forma de cable estret. L'amplada de la línia, el gruix, la permitivitat relativa i la tangent de pèrdua dielèctrica del substrat són paràmetres importants. A més, el gruix del conductor (és a dir, el gruix de la metal·lització) i la conductivitat del conductor també són crítics a freqüències més altes. Si considerem acuradament aquests paràmetres i utilitzem línies de microstrip com a unitat bàsica per a altres dispositius, es poden dissenyar molts dispositius i components de microones impresos, com ara filtres, acobladors, divisors/combinadors de potència, mescladors, etc. Tanmateix, a mesura que augmenta la freqüència (quan es passa a freqüències de microones relativament altes), les pèrdues de transmissió augmenten i es produeix radiació. Per tant, es prefereixen les guies d'ones de tub buit, com ara les guies d'ones rectangulars, a causa de les pèrdues més petites a freqüències més altes (sense radiació). L'interior de la guia d'ones sol ser aire. Però si es desitja, es pot omplir amb material dielèctric, donant-li una secció transversal més petita que una guia d'ones plena de gas. Tanmateix, les guies d'ones de tub buit sovint són voluminoses, poden ser pesades especialment a freqüències més baixes, requereixen requisits de fabricació més elevats i són costoses, i no es poden integrar amb estructures impreses planes.
PRODUCTES D'ANTENA DE MICROSTRIP RFMISO:
RM-MA25527-22,25.5-27GHz
RM-MA425435-22, 4.25-4.35GHz
L'altra és una estructura de guia híbrida entre una estructura de microstrip i una guia d'ones, anomenada guia d'ones integrada amb substrat (SIW). Una SIW és una estructura integrada semblant a una guia d'ones fabricada sobre un material dielèctric, amb conductors a la part superior i inferior i una matriu lineal de dues vies metàl·liques que formen les parets laterals. En comparació amb les estructures de microstrip i guia d'ones, la SIW és rendible, té un procés de fabricació relativament fàcil i es pot integrar amb dispositius planars. A més, el rendiment a altes freqüències és millor que el de les estructures de microstrip i té propietats de dispersió de guia d'ones. Com es mostra a la Figura 1;
Pautes de disseny SIW
Les guies d'ona integrades amb substrat (SIW) són estructures integrades semblants a guies d'ona fabricades mitjançant dues files de vies metàl·liques incrustades en un dielèctric que connecten dues plaques metàl·liques paral·leles. Files de forats metàl·lics formen les parets laterals. Aquesta estructura té les característiques de les línies de microstrip i les guies d'ona. El procés de fabricació també és similar a altres estructures planes impreses. Una geometria SIW típica es mostra a la Figura 2.1, on la seva amplada (és a dir, la separació entre vies en la direcció lateral (as)), el diàmetre de les vies (d) i la longitud de pas (p) s'utilitzen per dissenyar l'estructura SIW. Els paràmetres geomètrics més importants (que es mostren a la Figura 2.1) s'explicaran a la secció següent. Tingueu en compte que el mode dominant és TE10, igual que la guia d'ona rectangular. La relació entre la freqüència de tall fc de les guies d'ona plenes d'aire (AFWG) i les guies d'ona plenes de dielèctric (DFWG) i les dimensions a i b és el primer punt del disseny SIW. Per a les guies d'ona plenes d'aire, la freqüència de tall és la que es mostra a la fórmula següent.
Estructura bàsica i fórmula de càlcul de SIW[1]
on c és la velocitat de la llum en l'espai lliure, m i n són els modes, a és la mida de la guia d'ones més llarga i b és la mida de la guia d'ones més curta. Quan la guia d'ones funciona en mode TE10, es pot simplificar a fc=c/2a; quan la guia d'ones s'omple de dielèctric, la longitud del costat ample a es calcula mitjançant ad=a/Sqrt(εr), on εr és la constant dielèctrica del medi; perquè la SIW funcioni en mode TE10, l'espaiat entre forats p, el diàmetre d i el costat ample as han de satisfer la fórmula de la part superior dreta de la figura següent, i també hi ha fórmules empíriques de d<λg i p<2d [2];
on λg és la longitud d'ona de l'ona guiada: Al mateix temps, el gruix del substrat no afectarà el disseny de la mida SIW, però sí que afectarà la pèrdua de l'estructura, per la qual cosa s'han de tenir en compte els avantatges de baixa pèrdua dels substrats d'alt gruix.
Conversió de microstrip a SIW
Quan cal connectar una estructura de microstrip a una SIW, la transició de microstrip cònica és un dels principals mètodes de transició preferits, i la transició cònica sol proporcionar una coincidència de banda ampla en comparació amb altres transicions impreses. Una estructura de transició ben dissenyada té reflexions molt baixes, i la pèrdua d'inserció és causada principalment per pèrdues dielèctriques i de conductor. La selecció del substrat i dels materials conductors determina principalment la pèrdua de la transició. Com que el gruix del substrat dificulta l'amplada de la línia de microstrip, els paràmetres de la transició cònica s'han d'ajustar quan canvia el gruix del substrat. Un altre tipus de guia d'ones coplanar connectada a terra (GCPW) també és una estructura de línia de transmissió àmpliament utilitzada en sistemes d'alta freqüència. Els conductors laterals propers a la línia de transmissió intermèdia també serveixen de terra. Ajustant l'amplada de l'alimentador principal i la separació amb la terra lateral, es pot obtenir la impedància característica requerida.
Microstrip a SIW i GCPW a SIW
La figura següent és un exemple del disseny d'una microstrip per a SIW. El medi utilitzat és Rogers3003, la constant dielèctrica és de 3,0, el valor de pèrdua real és de 0,001 i el gruix és de 0,127 mm. L'amplada de l'alimentador a tots dos extrems és de 0,28 mm, que coincideix amb l'amplada de l'alimentador de l'antena. El diàmetre del forat passant és d = 0,4 mm i l'espaiat p = 0,6 mm. La mida de la simulació és de 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. La pèrdua global a la banda de pas és d'aproximadament 1,5 dB (que es pot reduir encara més optimitzant l'espaiat del costat ample).
Estructura SIW i els seus paràmetres S
Distribució del camp elèctric a 79 GHz
Data de publicació: 18 de gener de 2024
