Nos circuítos ou sistemas de microondas, o circuíto ou sistema completo adoita estar composto por moitos dispositivos básicos de microondas, como filtros, acopladores, divisores de potencia, etc. Espérase que, a través destes dispositivos, sexa posible transmitir eficientemente a potencia do sinal dun punto a outro con perdas mínimas;
En todo o sistema de radar de vehículos, a conversión de enerxía implica principalmente a transferencia de enerxía do chip ao alimentador da placa PCB, a transferencia do alimentador ao corpo da antena e a radiación eficiente de enerxía pola antena. En todo o proceso de transferencia de enerxía, unha parte importante é o deseño do conversor. Os conversores en sistemas de ondas milimétricas inclúen principalmente a conversión de guía de onda integrada de microbanda a substrato (SIW), a conversión de microbanda a guía de onda, a conversión de SIW a guía de onda, a conversión de coaxial a guía de onda, a conversión de guía de onda a guía de onda e diferentes tipos de conversión de guía de onda. Este número centrarase no deseño da conversión SIW de microbanda.
Diferentes tipos de estruturas de transporte
Microstripé unha das estruturas de guía máis empregadas a frecuencias de microondas relativamente baixas. As súas principais vantaxes son a estrutura sinxela, o baixo custo e a alta integración cos compoñentes de montaxe superficial. Unha liña de microstrip típica fórmase utilizando condutores nun lado dun substrato de capa dieléctrica, formando un único plano de terra no outro lado, con aire enriba del. O condutor superior é basicamente un material condutor (xeralmente cobre) moldeado nun fío estreito. O ancho da liña, o grosor, a permitividade relativa e a tanxente de perda dieléctrica do substrato son parámetros importantes. Ademais, o grosor do condutor (é dicir, o grosor da metalización) e a condutividade do condutor tamén son críticos a frecuencias máis altas. Ao considerar coidadosamente estes parámetros e usar liñas de microondas como unidade básica para outros dispositivos, pódense deseñar moitos dispositivos e compoñentes de microondas impresos, como filtros, acopladores, divisores/combinadores de potencia, mesturadores, etc. Non obstante, a medida que a frecuencia aumenta (cando se pasa a frecuencias de microondas relativamente altas), as perdas de transmisión aumentan e prodúcese radiación. Polo tanto, prefírense as guías de onda de tubo oco, como as guías de onda rectangulares, debido ás menores perdas a frecuencias máis altas (sen radiación). O interior da guía de ondas adoita ser aire. Pero se se desexa, pódese encher con material dieléctrico, dándolle unha sección transversal menor que a dunha guía de ondas chea de gas. Non obstante, as guías de ondas de tubo oco adoitan ser voluminosas, poden ser pesadas especialmente a frecuencias máis baixas, requiren uns requisitos de fabricación máis elevados e son caras, e non se poden integrar con estruturas impresas planas.
PRODUTOS DE ANTENA DE MICROSTRIP RFMISO:
RM-MA25527-22, 25,5-27 GHz
RM-MA425435-22, 4,25-4,35 GHz
A outra é unha estrutura de guía híbrida entre unha estrutura de microstrip e unha guía de ondas, chamada guía de ondas integrada con substrato (SIW). Unha SIW é unha estrutura integrada similar a unha guía de ondas fabricada sobre un material dieléctrico, con condutores na parte superior e inferior e unha matriz lineal de dúas vías metálicas que forman as paredes laterais. En comparación coas estruturas de microstrip e guía de ondas, a SIW é rendible, ten un proceso de fabricación relativamente sinxelo e pódese integrar con dispositivos planares. Ademais, o rendemento a altas frecuencias é mellor que o das estruturas de microstrip e ten propiedades de dispersión de guía de ondas. Como se mostra na Figura 1;
Directrices de deseño SIW
As guías de onda integradas con substrato (SIW, polas súas siglas en inglés) son estruturas integradas de tipo guía de onda fabricadas mediante dúas filas de vías metálicas incrustadas nun dieléctrico que conectan dúas placas metálicas paralelas. Filas de orificios pasantes de metal forman as paredes laterais. Esta estrutura ten as características das liñas de microbanda e das guías de onda. O proceso de fabricación tamén é similar ao doutras estruturas planas impresas. Unha xeometría SIW típica móstrase na Figura 2.1, onde a súa anchura (é dicir, a separación entre as vías na dirección lateral (as)), o diámetro das vías (d) e a lonxitude do paso (p) se usan para deseñar a estrutura SIW. Os parámetros xeométricos máis importantes (mostrados na Figura 2.1) explicaranse na seguinte sección. Teña en conta que o modo dominante é TE10, igual que a guía de onda rectangular. A relación entre a frecuencia de corte fc das guías de onda cheas de aire (AFWG) e as guías de onda cheas de dieléctrico (DFWG) e as dimensións a e b é o primeiro punto do deseño SIW. Para as guías de onda cheas de aire, a frecuencia de corte móstrase na fórmula seguinte.
Estrutura básica e fórmula de cálculo de SIW [1]
onde c é a velocidade da luz no espazo libre, m e n son os modos, a é o tamaño da guía de ondas máis longo e b é o tamaño da guía de ondas máis curto. Cando a guía de ondas funciona en modo TE10, pódese simplificar a fc=c/2a; cando a guía de ondas está chea de dieléctrico, a lonxitude do lado ancho a calcúlase mediante ad=a/Sqrt(εr), onde εr é a constante dieléctrica do medio; para que a SIW funcione en modo TE10, o espazado entre orificios p, o diámetro d e o lado ancho as deben cumprir a fórmula da parte superior dereita da figura seguinte, e tamén hai fórmulas empíricas de d<λg e p<2d [2];
onde λg é a lonxitude de onda da onda guiada: Ao mesmo tempo, o grosor do substrato non afectará o deseño do tamaño SIW, pero si afectará a perda da estrutura, polo que se deben considerar as vantaxes de baixa perda dos substratos de alto grosor.
Conversión de microstrip a SIW
Cando se precisa conectar unha estrutura de microstrip a unha SIW, a transición de microstrip cónica é un dos principais métodos de transición preferidos, e a transición cónica adoita proporcionar unha coincidencia de banda ancha en comparación con outras transicións impresas. Unha estrutura de transición ben deseñada ten reflexións moi baixas, e a perda de inserción débese principalmente ás perdas dieléctricas e de condutores. A selección do substrato e dos materiais condutores determina principalmente a perda da transición. Dado que o grosor do substrato dificulta o ancho da liña de microstrip, os parámetros da transición cónica deben axustarse cando cambia o grosor do substrato. Outro tipo de guía de ondas coplanar conectada a terra (GCPW) tamén é unha estrutura de liña de transmisión amplamente utilizada en sistemas de alta frecuencia. Os condutores laterais próximos á liña de transmisión intermedia tamén serven como terra. Axustando o ancho do alimentador principal e a separación coa terra lateral, pódese obter a impedancia característica requirida.
Microstrip a SIW e GCPW a SIW
A figura seguinte é un exemplo do deseño dunha microstrip para SIW. O medio empregado é Rogers3003, a constante dieléctrica é de 3,0, o valor de perda real é de 0,001 e o grosor é de 0,127 mm. O ancho do alimentador en ambos extremos é de 0,28 mm, o que coincide co ancho do alimentador da antena. O diámetro do orificio pasante é d=0,4 mm e o espazado p=0,6 mm. O tamaño da simulación é de 50 mm*12 mm*0,127 mm. A perda global na banda de paso é duns 1,5 dB (que se pode reducir aínda máis optimizando o espazado do lado ancho).
Estrutura SIW e os seus parámetros S
Distribución do campo eléctrico a 79 GHz
Data de publicación: 18 de xaneiro de 2024
