Новини - Перетворення енергії в радіолокаційних антенах

У мікрохвильових схемах або системах вся схема або система часто складається з багатьох основних мікрохвильових пристроїв, таких як фільтри, з'єднувачі, подільники потужності тощо. Сподіваємося, що за допомогою цих пристроїв можна ефективно передавати потужність сигналу з однієї точки в іншу з мінімальними втратами;

У всій радіолокаційній системі транспортного засобу перетворення енергії в основному включає передачу енергії від мікросмужки до живильника на друкованій платі, передачу живильника до корпусу антени та ефективне випромінювання енергії антеною. У всьому процесі передачі енергії важливою частиною є конструкція перетворювача. Перетворювачі в системах міліметрових хвиль в основному включають перетворення мікросмужкового хвилеводу на підкладку (SIW), перетворення мікросмужкового хвилеводу, перетворення SIW у хвилевід, перетворення коаксіального хвилеводу, перетворення хвилеводу у хвилевід та різні типи хвилеводного перетворення. У цьому випуску буде зосереджено увагу на проектуванні мікродіапазонного SIW-перетворення.

Різні типи транспортних споруд

Мікросмужковийє однією з найбільш широко використовуваних структур направляючих сигналів на відносно низьких мікрохвильових частотах. Її основними перевагами є проста структура, низька вартість та висока інтеграція з компонентами поверхневого монтажу. Типова мікросмужкова лінія формується за допомогою провідників з одного боку діелектричного шару підкладки, утворюючи єдину площину заземлення з іншого боку, з повітрям над нею. Верхній провідник - це, по суті, провідний матеріал (зазвичай мідь), сформований у вузький дріт. Ширина лінії, товщина, відносна діелектрична проникність та тангенс кута діелектричних втрат підкладки є важливими параметрами. Крім того, товщина провідника (тобто товщина металізації) та провідність провідника також є критичними на вищих частотах. Ретельно враховуючи ці параметри та використовуючи мікросмужкові лінії як базовий блок для інших пристроїв, можна розробити багато друкованих мікрохвильових пристроїв та компонентів, таких як фільтри, з'єднувачі, подільники/суматори потужності, змішувачі тощо. Однак зі збільшенням частоти (при переході до відносно високих мікрохвильових частот) збільшуються втрати на передачу та виникає випромінювання. Тому перевагу надають порожнистим трубчастим хвилеводам, таким як прямокутні хвилеводи, через менші втрати на вищих частотах (відсутність випромінювання). Внутрішня частина хвилеводу зазвичай складається з повітря. Але за бажанням його можна заповнити діелектричним матеріалом, надаючи йому меншого поперечного перерізу, ніж у газонаповненого хвилеводу. Однак порожнисті трубчасті хвилеводи часто є громіздкими, можуть бути важкими, особливо на нижчих частотах, вимагають вищих виробничих вимог і є дорогими, а також не можуть бути інтегровані з планарними друкованими структурами.

МІКРОСТРУЖКОВІ АНТЕНИ RFMISO:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35 ГГц

Інший варіант – це гібридна направляюча структура між мікросмужковою структурою та хвилеводом, яка називається хвилеводом, інтегрованим у підкладку (SIW). SIW – це інтегрована структура, подібна до хвилеводу, виготовлена на діелектричному матеріалі, з провідниками зверху та знизу та лінійним масивом із двох металевих перехідних отворів, що утворюють бічні стінки. Порівняно з мікросмужковими та хвилеводними структурами, SIW є економічно ефективним, має відносно простий виробничий процес і може бути інтегрований з планарними пристроями. Крім того, характеристики на високих частотах кращі, ніж у мікросмужкових структур, і має властивості хвилеводної дисперсії. Як показано на рисунку 1;

Керівні принципи проектування SIW

Хвилеводи з підкладкою (SIW) – це інтегровані хвилеводоподібні структури, виготовлені з використанням двох рядів металевих переходних отворів, вбудованих у діелектрик, що з'єднує дві паралельні металеві пластини. Ряди металевих наскрізних отворів утворюють бічні стінки. Ця структура має характеристики мікросмужкових ліній та хвилеводів. Процес виготовлення також схожий на інші друковані плоскі структури. Типова геометрія SIW показана на рисунку 2.1, де її ширина (тобто відстань між переходними отворами в бічному напрямку (as)), діаметр переходних отворів (d) та крок між елементами (p) використовуються для проектування структури SIW. Найважливіші геометричні параметри (показані на рисунку 2.1) будуть пояснені в наступному розділі. Зауважте, що домінантною модою є TE10, як і у прямокутному хвилеводі. Зв'язок між граничною частотою fc хвилеводів, заповнених повітрям (AFWG), та хвилеводів, заповнених діелектриком (DFWG), та розмірами a та b є першим пунктом проектування SIW. Для хвилеводів, заповнених повітрям, гранична частота показана у формулі нижче.

Базова структура SIW та формула розрахунку[1]

де c – швидкість світла у вільному просторі, m та n – моди, a – розмір більшого хвилеводу, а b – розмір меншого хвилеводу. Коли хвилевід працює в режимі TE10, це можна спростити до fc=c/2a; коли хвилевід заповнений діелектриком, довжина широкої сторони a розраховується як ad=a/Sqrt(εr), де εr – діелектрична проникність середовища; для того, щоб SIW працював у режимі TE10, відстань між наскрізними отворами p, діаметр d та широка сторона as повинні відповідати формулі у верхньому правому куті рисунка нижче, а також існують емпіричні формули d<λg та p<2d [2];

де λg – довжина хвилі спрямованої хвилі: Водночас товщина підкладки не впливатиме на розмір конструкції SIW, але впливатиме на втрати структури, тому слід враховувати переваги низьких втрат підкладок великої товщини.

Перетворення мікросмужкової на SIW
Коли мікросмужкову структуру потрібно підключити до SIW (сітої хвилеводної лінії), конічний мікросмужковий перехід є одним з основних методів переходу, і конічний перехід зазвичай забезпечує широкосмугове узгодження порівняно з іншими друкованими переходами. Добре спроектована перехідна структура має дуже низькі відбиття, а внесені втрати в основному спричинені діелектричними та провідниковими втратами. Вибір матеріалів підкладки та провідника головним чином визначає втрати переходу. Оскільки товщина підкладки обмежує ширину мікросмужкової лінії, параметри конічного переходу слід регулювати, коли товщина підкладки змінюється. Інший тип заземленого копланарного хвилеводу (GCPW) також широко використовується як структура ліній передачі у високочастотних системах. Бічні провідники поблизу проміжної лінії передачі також служать землею. Регулюючи ширину основного фідера та зазор до бічної землі, можна отримати необхідний характеристичний імпеданс.

Мікросмужковий до SIW та GCPW до SIW

На рисунку нижче наведено приклад проектування мікросмужкового кабелю для SIW. Використане середовище - Rogers3003, діелектрична проникність становить 3,0, справжнє значення втрат - 0,001, а товщина - 0,127 мм. Ширина фідера на обох кінцях становить 0,28 мм, що відповідає ширині фідера антени. Діаметр наскрізного отвору становить d=0,4 мм, а відстань між отворами p=0,6 мм. Розмір моделювання становить 50 мм*12 мм*0,127 мм. Загальні втрати в смузі пропускання становлять близько 1,5 дБ (що можна додатково зменшити, оптимізуючи відстань між широкими сторонами).