In Mikrowellenschaltungen oder -systemen besteht die gesamte Schaltung oder das gesamte System oft aus vielen grundlegenden Mikrowellengeräten wie Filtern, Kopplern, Leistungsteilern usw. Es besteht die Hoffnung, dass es durch diese Geräte möglich ist, Signalleistung effizient von einem Punkt zum anderen zu übertragen ein anderer mit minimalem Verlust;
Im gesamten Fahrzeugradarsystem umfasst die Energieumwandlung hauptsächlich die Übertragung von Energie vom Chip zur Einspeisung auf der Leiterplatte, die Übertragung der Einspeisung zum Antennenkörper und die effiziente Energieabstrahlung durch die Antenne.Ein wichtiger Teil des gesamten Energieübertragungsprozesses ist die Auslegung des Wandlers.Die Konverter in Millimeterwellensystemen umfassen hauptsächlich die Umwandlung von Mikrostreifen in substratintegrierte Wellenleiter (SIW), Mikrostreifen in Wellenleiter, SIW in Wellenleiter, Koaxial- in Wellenleiter, Wellenleiter in Wellenleiter und verschiedene Arten der Wellenleiter-Umwandlung.Diese Ausgabe konzentriert sich auf das Design der Mikroband-SIW-Konvertierung.
Verschiedene Arten von Transportstrukturen
Mikrostreifenist eine der am weitesten verbreiteten Leitstrukturen bei relativ niedrigen Mikrowellenfrequenzen.Seine Hauptvorteile sind einfache Struktur, niedrige Kosten und hohe Integration mit oberflächenmontierten Komponenten.Eine typische Mikrostreifenleitung wird mithilfe von Leitern auf einer Seite eines dielektrischen Schichtsubstrats gebildet, die auf der anderen Seite eine einzelne Masseebene bilden, über der sich Luft befindet.Der obere Leiter besteht im Wesentlichen aus einem leitenden Material (normalerweise Kupfer), das zu einem schmalen Draht geformt ist.Linienbreite, Dicke, relative Permittivität und dielektrischer Verlustfaktor des Substrats sind wichtige Parameter.Darüber hinaus sind bei höheren Frequenzen auch die Dicke des Leiters (dh die Metallisierungsdicke) und die Leitfähigkeit des Leiters von entscheidender Bedeutung.Durch sorgfältige Berücksichtigung dieser Parameter und Verwendung von Mikrostreifenleitungen als Grundeinheit für andere Geräte können viele gedruckte Mikrowellengeräte und -komponenten entworfen werden, wie z. B. Filter, Koppler, Leistungsteiler/-kombinierer, Mischer usw. Mit zunehmender Frequenz (bei Umstellung auf ... (bei relativ hohen Mikrowellenfrequenzen) nehmen die Übertragungsverluste zu und es kommt zu Strahlung.Daher werden Hohlröhrenwellenleiter wie Rechteckwellenleiter wegen der geringeren Verluste bei höheren Frequenzen (keine Strahlung) bevorzugt.Das Innere des Wellenleiters besteht normalerweise aus Luft.Auf Wunsch kann er jedoch mit dielektrischem Material gefüllt werden, wodurch er einen kleineren Querschnitt als ein gasgefüllter Wellenleiter erhält.Hohlröhrenwellenleiter sind jedoch oft sperrig, können insbesondere bei niedrigeren Frequenzen schwer sein, erfordern höhere Herstellungsanforderungen und sind kostspielig und können nicht in planare gedruckte Strukturen integriert werden.
RFMISO MICROSTRIP-ANTENNENPRODUKTE:
RM-MA25527-22,25,5-27GHz
RM-MA425435-22,4,25-4,35 GHz
Die andere ist eine hybride Führungsstruktur zwischen einer Mikrostreifenstruktur und einem Wellenleiter, die als substratintegrierter Wellenleiter (SIW) bezeichnet wird.Ein SIW ist eine integrierte wellenleiterartige Struktur, die auf einem dielektrischen Material hergestellt wird, mit Leitern oben und unten und einer linearen Anordnung aus zwei Metalldurchkontaktierungen, die die Seitenwände bilden.Im Vergleich zu Mikrostreifen- und Wellenleiterstrukturen ist SIW kostengünstig, lässt sich relativ einfach herstellen und kann in planare Geräte integriert werden.Darüber hinaus ist die Leistung bei hohen Frequenzen besser als die von Mikrostreifenstrukturen und weist Wellenleiterdispersionseigenschaften auf.Wie in Abbildung 1 dargestellt;
SIW-Designrichtlinien
Substratintegrierte Wellenleiter (SIWs) sind integrierte wellenleiterähnliche Strukturen, die aus zwei Reihen von Metalldurchkontaktierungen hergestellt werden, die in ein Dielektrikum eingebettet sind, das zwei parallele Metallplatten verbindet.Reihen von Metalldurchgangslöchern bilden die Seitenwände.Diese Struktur weist die Eigenschaften von Mikrostreifenleitungen und Wellenleitern auf.Auch der Herstellungsprozess ähnelt anderen gedruckten Flächengebilden.Eine typische SIW-Geometrie ist in Abbildung 2.1 dargestellt, wobei ihre Breite (d. h. der Abstand zwischen Durchkontaktierungen in seitlicher Richtung (as)), der Durchmesser der Durchkontaktierungen (d) und die Pitchlänge (p) zum Entwurf der SIW-Struktur verwendet werden Die wichtigsten geometrischen Parameter (dargestellt in Abbildung 2.1) werden im nächsten Abschnitt erläutert.Beachten Sie, dass der dominierende Modus TE10 ist, genau wie beim rechteckigen Wellenleiter.Die Beziehung zwischen der Grenzfrequenz fc von luftgefüllten Wellenleitern (AFWG) und dielektrisch gefüllten Wellenleitern (DFWG) und den Abmessungen a und b ist der erste Punkt des SIW-Designs.Für luftgefüllte Wellenleiter ist die Grenzfrequenz wie in der folgenden Formel dargestellt
SIW-Grundstruktur und Berechnungsformel[1]
Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum, m und n die Moden, a die längere Wellenleitergröße und b die kürzere Wellenleitergröße.Wenn der Wellenleiter im TE10-Modus arbeitet, kann er zu fc=c/2a vereinfacht werden;Wenn der Wellenleiter mit Dielektrikum gefüllt ist, wird die Breitseitenlänge a durch ad=a/Sqrt(εr) berechnet, wobei εr die Dielektrizitätskonstante des Mediums ist;Damit SIW im TE10-Modus funktioniert, müssen der Durchgangslochabstand p, der Durchmesser d und die breite Seite die Formel oben rechts in der Abbildung unten erfüllen. Außerdem gibt es 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 Design der SIW-Größe, aber auf den Verlust der Struktur, sodass die verlustarmen Vorteile von Substraten mit hoher Dicke berücksichtigt werden sollten .
Mikrostreifen-zu-SIW-Konvertierung
Wenn eine Mikrostreifenstruktur mit einem SIW verbunden werden muss, ist der konische Mikrostreifenübergang eine der bevorzugten Übergangsmethoden, und der konische Übergang bietet im Vergleich zu anderen gedruckten Übergängen normalerweise eine Breitbandanpassung.Eine gut gestaltete Übergangsstruktur weist sehr geringe Reflexionen auf und Einfügungsverluste werden hauptsächlich durch dielektrische und Leiterverluste verursacht.Die Auswahl der Substrat- und Leitermaterialien bestimmt maßgeblich den Verlust des Übergangs.Da die Dicke des Substrats die Breite der Mikrostreifenleitung behindert, sollten die Parameter des konischen Übergangs angepasst werden, wenn sich die Dicke des Substrats ändert.Eine andere Art von geerdetem koplanaren Wellenleiter (GCPW) ist ebenfalls eine weit verbreitete Übertragungsleitungsstruktur in Hochfrequenzsystemen.Die seitlichen Leiter in der Nähe der Zwischenübertragungsleitung dienen auch als Erdung.Durch Anpassen der Breite der Hauptzuleitung und des Abstands zur seitlichen Erdung kann der erforderliche Wellenwiderstand erreicht werden.
Microstrip zu SIW und GCPW zu SIW
Die folgende Abbildung ist ein Beispiel für das Design von Mikrostreifen zu SIW.Das verwendete Medium ist Rogers3003, die Dielektrizitätskonstante beträgt 3,0, der wahre Verlustwert beträgt 0,001 und die Dicke beträgt 0,127 mm.Die Feeder-Breite an beiden Enden beträgt 0,28 mm, was der Breite des Antennen-Feeders entspricht.Der Durchgangslochdurchmesser beträgt d=0,4 mm und der Abstand p=0,6 mm.Die Simulationsgröße beträgt 50 mm * 12 mm * 0,127 mm.Der Gesamtverlust im Durchlassbereich beträgt etwa 1,5 dB (was durch Optimierung des Breitseitenabstands weiter reduziert werden kann).
SIW-Struktur und ihre S-Parameter
Elektrische Feldverteilung bei 79 GHz
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18.01.2024
