Uutiset - Energian muuntaminen tutka-antenneissa

Mikroaaltopiireissä tai -järjestelmissä koko piiri tai järjestelmä koostuu usein monista mikroaaltolaitteista, kuten suodattimista, kytkimistä, tehonjakajista jne. Näiden laitteiden avulla toivotaan, että signaalitehoa voidaan siirtää tehokkaasti pisteestä toiseen minimaalisella häviöllä;

Koko ajoneuvon tutkajärjestelmässä energianmuunnos käsittää pääasiassa energian siirron sirulta piirilevyn syöttölaitteelle, syöttölaitteen siirron antennin runkoon ja antennin tehokkaan energian säteilyn. Koko energiansiirtoprosessissa tärkeä osa on muuntimen suunnittelu. Millimetriaaltojärjestelmien muuntimiin kuuluvat pääasiassa mikronauhasta substraattiin integroitu aaltojohto (SIW) -muunnos, mikronauhasta aaltojohtoon -muunnos, SIW:stä aaltojohtoon -muunnos, koaksiaalista aaltojohtoon -muunnos, aaltojohteesta aaltojohtoon -muunnos ja erityyppiset aaltojohtomuunnokset. Tässä numerossa keskitytään mikrokaistan SIW-muunnoksen suunnitteluun.

Erilaisia liikennerakenteita

Mikroliuskaon yksi laajimmin käytetyistä johdinrakenteista suhteellisen matalilla mikroaaltotaajuuksilla. Sen tärkeimmät edut ovat yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset ja hyvä integrointi pintaliitoskomponentteihin. Tyypillinen mikroliuskajohto muodostetaan käyttämällä johtimia dielektrisen kerrossubstraatin toisella puolella, jotka muodostavat yhden maatason toiselle puolelle ja jonka yläpuolella on ilmaa. Yläjohdin on pohjimmiltaan johtavaa materiaalia (yleensä kuparia), joka on muotoiltu kapeaksi langaksi. Linjan leveys, paksuus, suhteellinen permittiivisyys ja substraatin dielektrinen häviötangentti ovat tärkeitä parametreja. Lisäksi johtimen paksuus (eli metalloinnin paksuus) ja johtimen johtavuus ovat myös kriittisiä korkeammilla taajuuksilla. Tarkastelemalla näitä parametreja huolellisesti ja käyttämällä mikroliuskajohtoja muiden laitteiden perusyksikkönä voidaan suunnitella monia painettuja mikroaaltolaitteita ja -komponentteja, kuten suodattimia, kytkimiä, tehonjakajia/yhdistimiä, sekoittimia jne. Taajuuden kasvaessa (kun siirrytään suhteellisen korkeille mikroaaltotaajuuksille) siirtohäviöt kasvavat ja säteilyä esiintyy. Siksi onttoja putkiaaltojohteita, kuten suorakaiteen muotoisia aaltojohteita, suositaan pienempien häviöiden vuoksi korkeammilla taajuuksilla (ei säteilyä). Aaltojohtimen sisäosa on yleensä ilmaa. Mutta haluttaessa se voidaan täyttää dielektrisellä materiaalilla, jolloin sen poikkileikkaus on pienempi kuin kaasutäytteisellä aaltojohteella. Ontot putkiaaltojohteet ovat kuitenkin usein kookkaita, voivat olla painavia erityisesti matalilla taajuuksilla, vaativat suurempia valmistusvaatimuksia ja ovat kalliita, eikä niitä voida integroida tasomaisiin painettuihin rakenteisiin.

RFMISO-MIKROSTRIP-ANTENNITUOTTEET:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22, 4,25–4,35 GHz

Toinen on mikroliuskarakenteen ja aaltojohteen välinen hybridiohjausrakenne, jota kutsutaan substraatilla integroiduksi aaltojohteeksi (SIW). SIW on dielektriselle materiaalille valmistettu integroitu aaltojohteen kaltainen rakenne, jossa on johtimet ylä- ja alapuolella ja lineaarinen kahden metallisen läpiviennin ryhmä, joka muodostaa sivuseinät. Verrattuna mikroliuska- ja aaltojohderakenteisiin, SIW on kustannustehokas, sen valmistusprosessi on suhteellisen helppo ja se voidaan integroida tasomaisiin laitteisiin. Lisäksi suorituskyky korkeilla taajuuksilla on parempi kuin mikroliuskarakenteilla ja sillä on aaltojohdedispersio-ominaisuuksia. Kuten kuvassa 1 on esitetty;

SIW-suunnitteluohjeet

Substraatilla integroidut aaltojohteet (SIW) ovat integroituja aaltojohteen kaltaisia rakenteita, jotka on valmistettu käyttämällä kahta riviä metallisia läpivientireikiä upotettuna dielektriseen materiaaliin, joka yhdistää kaksi rinnakkaista metallilevyä. Metalliset läpivientireiät muodostavat sivuseinät. Tällä rakenteella on mikroliuskajohtojen ja aaltojohteiden ominaisuudet. Valmistusprosessi on myös samanlainen kuin muissa painetuissa litteissä rakenteissa. Tyypillinen SIW-geometria on esitetty kuvassa 2.1, jossa sen leveyttä (eli läpivientien välistä etäisyyttä sivusuunnassa (as)), läpivientien halkaisijaa (d) ja jakoväliä (p) käytetään SIW-rakenteen suunnittelussa. Tärkeimmät geometriset parametrit (esitetty kuvassa 2.1) selitetään seuraavassa osiossa. Huomaa, että hallitseva moodi on TE10, aivan kuten suorakaiteen muotoisella aaltojohteella. Ilmatäytteisten aaltojohteiden (AFWG) ja dielektrisesti täytettyjen aaltojohteiden (DFWG) katkaisutaajuuden fc ja mittojen a ja b välinen suhde on SIW-suunnittelun ensimmäinen kohta. Ilmatäytteisten aaltojohteiden katkaisutaajuus on alla olevan kaavan mukainen.

SIW:n perusrakenne ja laskentakaava[1]

jossa c on valonnopeus vapaassa tilassa, m ja n ovat moodit, a on pidemmän aaltojohtimen koko ja b on lyhyemmän aaltojohtimen koko. Kun aaltojohtimessa käytetään TE10-moodia, se voidaan yksinkertaistaa muotoon fc=c/2a; kun aaltojohtimessa on eriste, sen kyljen pituus a lasketaan kaavalla ad=a/Sqrt(εr), jossa εr on väliaineen dielektrinen vakio; jotta SIW toimisi TE10-moodissa, läpireikien etäisyyden p, halkaisijan d ja leveän sivun as tulee täyttää alla olevan kuvan oikeassa yläkulmassa oleva kaava, ja on olemassa myös empiirisiä kaavoja d<λg ja p<2d [2];

jossa λg on ohjatun aallon aallonpituus: Samaan aikaan substraatin paksuus ei vaikuta SIW-koon suunnitteluun, mutta se vaikuttaa rakenteen häviöön, joten paksujen substraattien alhaisen häviön edut tulisi ottaa huomioon.

Mikroliuska-SIW-muunnos
Kun mikroliuskarakenne on liitettävä SIW:hen, kapeneva mikroliuskasiirtymä on yksi tärkeimmistä suositelluista siirtymämenetelmistä, ja kapeneva siirtymä tarjoaa yleensä laajakaistaisen yhteensopivuuden muihin painettuihin siirtymiin verrattuna. Hyvin suunnitellulla siirtymärakenteella on erittäin alhaiset heijastukset, ja väliinkytkentähäviö johtuu pääasiassa dielektrisistä ja johdinhäviöistä. Substraatti- ja johdinmateriaalien valinta määrää pääasiassa siirtymän häviön. Koska substraatin paksuus rajoittaa mikroliuskalinjan leveyttä, kapenevan siirtymän parametreja tulisi säätää substraatin paksuuden muuttuessa. Toinen maadoitettu koplanaarinen aaltojohdin (GCPW) on myös laajalti käytetty siirtolinjarakenne korkeataajuusjärjestelmissä. Välisiirtolinjan lähellä olevat sivujohtimet toimivat myös maadoituksena. Säätämällä pääsyöttöjohdon leveyttä ja väliä sivumaahan voidaan saavuttaa tarvittava ominaisimpedanssi.

Mikroliuska SIW:hen ja GCPW SIW:hen

Alla oleva kuva on esimerkki mikroliuskan suunnittelusta SIW:ksi. Käytetty materiaali on Rogers3003, dielektrisyysvakio on 3,0, todellinen häviöarvo on 0,001 ja paksuus on 0,127 mm. Syöttöjohtimen leveys molemmissa päissä on 0,28 mm, mikä vastaa antennin syöttöjohtimen leveyttä. Läpireiän halkaisija on d = 0,4 mm ja etäisyys p = 0,6 mm. Simulaatiokoko on 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Kokonaishäviö päästökaistalla on noin 1,5 dB (jota voidaan edelleen vähentää optimoimalla leveiden sivujen välistys).