News - Energieumwandlung in Radarantennen

In Mikrowellenschaltungen oder -systemen besteht die gesamte Schaltung oder das gesamte System häufig aus vielen grundlegenden Mikrowellengeräten wie Filtern, Kopplern, Leistungsteilern usw. Man hofft, dass es durch diese Geräte möglich ist, die Signalleistung effizient und mit minimalem Verlust von einem Punkt zum anderen zu übertragen.

Im gesamten Fahrzeugradarsystem umfasst die Energieumwandlung hauptsächlich die Energieübertragung vom Chip zum Zuleitungselement auf der Leiterplatte, die Übertragung des Zuleitungselements zum Antennenkörper und die effiziente Energieabstrahlung durch die Antenne. Ein wichtiger Aspekt des gesamten Energieübertragungsprozesses ist das Design des Konverters. Konverter in Millimeterwellensystemen umfassen hauptsächlich Mikrostreifen-zu-Substrat-integrierte Wellenleiter (SIW), Mikrostreifen-zu-Wellenleiter, SIW-zu-Wellenleiter, Koaxial-zu-Wellenleiter, Wellenleiter-zu-Wellenleiter und verschiedene Arten von Wellenleitern. Diese Ausgabe konzentriert sich auf das Design der Mikroband-SIW-Konverter.

Verschiedene Arten von Transportstrukturen

Mikrostreifenist eine der am häufigsten verwendeten Leiterstrukturen bei relativ niedrigen Mikrowellenfrequenzen. Ihre Hauptvorteile sind der einfache Aufbau, die geringen Kosten und die hohe Integrationsfähigkeit mit oberflächenmontierten Bauteilen. Eine typische Mikrostreifenleitung besteht aus Leitern auf der einen Seite eines dielektrischen Substrats, die auf der anderen Seite eine einzelne Massefläche bilden, über der sich Luft befindet. Der obere Leiter besteht im Wesentlichen aus einem leitfähigen Material (meist Kupfer), das zu einem schmalen Draht geformt ist. Leitungsbreite, Dicke, relative Permittivität und dielektrischer Verlustfaktor des Substrats sind wichtige Parameter. Auch die Dicke des Leiters (d. h. die Metallisierungsdicke) und seine Leitfähigkeit sind bei höheren Frequenzen entscheidend. Durch sorgfältige Berücksichtigung dieser Parameter und die Verwendung von Mikrostreifenleitungen als Basiseinheit für andere Bauelemente lassen sich viele gedruckte Mikrowellenbauelemente und -komponenten wie Filter, Koppler, Leistungsteiler/-kombinierer, Mischer usw. entwickeln. Mit steigender Frequenz (beim Übergang zu relativ hohen Mikrowellenfrequenzen) nehmen jedoch die Übertragungsverluste zu, und es tritt Strahlung auf. Daher werden Hohlrohrwellenleiter, wie z. B. Rechteckwellenleiter, aufgrund geringerer Verluste bei höheren Frequenzen (keine Strahlung) bevorzugt. Das Innere des Wellenleiters besteht üblicherweise aus Luft. Falls gewünscht, kann er jedoch mit dielektrischem Material gefüllt werden, wodurch er einen kleineren Querschnitt als ein gasgefüllter Wellenleiter erhält. Hohlrohrwellenleiter sind jedoch oft sperrig, können insbesondere bei niedrigeren Frequenzen schwer sein, erfordern höhere Fertigungsanforderungen und sind teuer und können nicht in planare gedruckte Strukturen integriert werden.

RFMISO-MIKROSTREIFENANTENNENPRODUKTE:

RM-MA25527-22,25,5-27 GHz

RM-MA425435-22,4,25-4,35 GHz

Die andere ist eine hybride Führungsstruktur zwischen einer Mikrostreifenstruktur und einem Wellenleiter, genannt substratintegrierter Wellenleiter (SIW). Ein SIW ist eine integrierte, wellenleiterähnliche Struktur auf einem dielektrischen Material mit Leitern an Ober- und Unterseite sowie einer linearen Anordnung von zwei metallischen Durchkontaktierungen an den Seitenwänden. Im Vergleich zu Mikrostreifen- und Wellenleiterstrukturen ist ein SIW kostengünstig, lässt sich relativ einfach herstellen und kann in planare Bauelemente integriert werden. Darüber hinaus ist die Leistung bei hohen Frequenzen besser als bei Mikrostreifenstrukturen und weist die Dispersionseigenschaften eines Wellenleiters auf. Wie in Abbildung 1 dargestellt,

SIW-Designrichtlinien

Substratintegrierte Wellenleiter (SIW) sind integrierte wellenleiterähnliche Strukturen, die durch die Verwendung von zwei Reihen metallischer Vias hergestellt werden, die in ein Dielektrikum eingebettet sind und zwei parallele Metallplatten verbinden. Reihen metallischer Durchgangslöcher bilden die Seitenwände. Diese Struktur weist die Eigenschaften von Mikrostreifenleitungen und Wellenleitern auf. Der Herstellungsprozess ähnelt anderen gedruckten Flachstrukturen. Abbildung 2.1 zeigt eine typische SIW-Geometrie. Die Breite (d. h. der Abstand zwischen den Vias in lateraler Richtung (as)), der Durchmesser der Vias (d) und die Pitchlänge (p) werden für die Gestaltung der SIW-Struktur verwendet. Die wichtigsten geometrischen Parameter (siehe Abbildung 2.1) werden im nächsten Abschnitt erläutert. Beachten Sie, dass der dominante Modus TE10 ist, genau wie beim rechteckigen Wellenleiter. Die Beziehung zwischen der Grenzfrequenz fc von luftgefüllten Wellenleitern (AFWG) und dielektrisch gefüllten Wellenleitern (DFWG) sowie den Abmessungen a und b ist der erste Punkt beim SIW-Design. Für luftgefüllte Wellenleiter ergibt sich die Grenzfrequenz aus der folgenden Formel.

SIW-Grundstruktur und Berechnungsformel[1]

wobei c die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum ist, m und n die Modi, a die längere Wellenleitergröße und b die kürzere Wellenleitergröße. Wenn der Wellenleiter im TE10-Modus arbeitet, kann dies zu fc=c/2a vereinfacht werden; wenn der Wellenleiter mit Dielektrikum gefüllt ist, berechnet sich die Breitseitenlänge a zu ad=a/Sqrt(εr), wobei εr die Dielektrizitätskonstante des Mediums ist; damit SIW im TE10-Modus arbeitet, müssen Durchgangslochabstand p, Durchmesser d und Breitseite as der Formel oben rechts in der folgenden Abbildung genügen, und es gibt auch empirische Formeln für d<λg und p<2d [2];

wobei λg die Wellenlänge der geführten Welle ist: Gleichzeitig hat die Dicke des Substrats keinen Einfluss auf das SIW-Größendesign, aber sie beeinflusst den Verlust der Struktur, sodass die Vorteile der geringen Verluste durch dicke Substrate berücksichtigt werden sollten.

Konvertierung von Mikrostreifen in SIW
Wenn eine Mikrostreifenstruktur mit einem SIW verbunden werden muss, ist der konische Mikrostreifenübergang eine der bevorzugten Übergangsmethoden, und der konische Übergang bietet im Allgemeinen eine Breitbandanpassung im Vergleich zu anderen gedruckten Übergängen. Eine gut konzipierte Übergangsstruktur weist sehr geringe Reflexionen auf, und Einfügungsverluste werden hauptsächlich durch dielektrische Verluste und Leiterverluste verursacht. Die Auswahl der Substrat- und Leitermaterialien bestimmt hauptsächlich die Verluste des Übergangs. Da die Dicke des Substrats die Breite der Mikrostreifenleitung einschränkt, sollten die Parameter des konischen Übergangs angepasst werden, wenn sich die Dicke des Substrats ändert. Eine andere Art von geerdeten koplanaren Wellenleitern (GCPW) ist ebenfalls eine weit verbreitete Übertragungsleitungsstruktur in Hochfrequenzsystemen. Die Seitenleiter in der Nähe der Zwischenübertragungsleitung dienen gleichzeitig als Masse. Durch Anpassung der Breite der Hauptzuleitung und des Abstands zur Seitenmasse kann die erforderliche charakteristische Impedanz erreicht werden.

Mikrostreifen zu SIW und GCPW zu SIW

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Mikrostreifenleiters für SIW. Das verwendete Medium ist Rogers3003, die Dielektrizitätskonstante beträgt 3,0, der tatsächliche Verlustwert 0,001 und die Dicke 0,127 mm. Die Zuleitungsbreite an beiden Enden beträgt 0,28 mm, was der Breite der Antennenzuleitung entspricht. Der Durchgangslochdurchmesser beträgt d = 0,4 mm, der Abstand p = 0,6 mm. Die Simulationsgröße beträgt 50 mm x 12 mm x 0,127 mm. Der Gesamtverlust im Durchlassbereich beträgt ca. 1,5 dB (kann durch Optimierung des Breitseitenabstands weiter reduziert werden).