Um die Anforderungen an den Antennenwinkel des neuen Produkts zu erfüllen und die Leiterplattenform der vorherigen Generation weiterzuverwenden, kann das folgende Antennenlayout verwendet werden, um eine Antennenverstärkung von 14 dBi bei 77 GHz und eine Strahlungsleistung von 3 dB_E/H_Beamwidth = 40° zu erzielen. Verwendet wird eine Rogers 4830-Platte mit einer Dicke von 0,127 mm, Dk = 3,25 und Df = 0,0033.
Antennenanordnung
In der obigen Abbildung ist eine Mikrostreifen-Gitterantenne dargestellt. Diese Antennenform besteht aus kaskadierten Strahlungselementen und Übertragungsleitungen, die aus N Mikrostreifenringen gebildet werden. Sie zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, hohe Verstärkung, einfache Speisung und leichte Herstellbarkeit sowie weitere Vorteile aus. Die Hauptpolarisationsmethode ist die lineare Polarisation, ähnlich wie bei herkömmlichen Mikrostreifenantennen, und kann mittels Ätztechnik realisiert werden. Die Impedanz des Gitters, die Position der Speisepunkte und die Verbindungsstruktur bestimmen gemeinsam die Stromverteilung im Array, und die Strahlungseigenschaften hängen von der Gittergeometrie ab. Die Mittenfrequenz der Antenne wird durch eine einheitliche Gittergröße bestimmt.
RFMISO-Array-Antennenserienprodukte:
RM-PA7087-43
RM-PA1075145-32
RM-SWA910-22
RM-PA10145-30
Prinzipienanalyse
Der Strom, der in vertikaler Richtung durch das Array-Element fließt, hat gleiche Amplitude und ist entgegengesetzt gerichtet. Seine Strahlungsleistung ist gering, hat aber nur geringen Einfluss auf die Antennenleistung. Die Zellenbreite l1 wird auf die halbe Wellenlänge eingestellt, und die Zellenhöhe (h) wird so angepasst, dass eine Phasendifferenz von 180° zwischen a0 und b0 erreicht wird. Bei Breitseitenabstrahlung beträgt die Phasendifferenz zwischen den Punkten a1 und b1 0°.
Array-Elementstruktur
Futterstruktur
Gitterantennen verwenden üblicherweise eine koaxiale Speisestruktur, wobei die Speiseleitung an der Rückseite der Leiterplatte angeschlossen wird. Daher muss die Speiseleitung durch mehrere Lagen geführt werden. Bei der praktischen Fertigung treten gewisse Ungenauigkeiten auf, die die Leistung beeinträchtigen. Um die in der obigen Abbildung dargestellten Phaseninformationen zu erreichen, kann eine planare Differenzial-Speisestruktur verwendet werden, bei der die beiden Anschlüsse mit gleicher Amplitude, aber einer Phasendifferenz von 180° angeregt werden.
Koaxiale Speisestruktur[1]
Die meisten Mikrostreifen-Gitterantennen verwenden Koaxialkabel zur Speisung. Die Speisepositionen der Gitterantenne lassen sich im Wesentlichen in zwei Typen unterteilen: Mittelspeisung (Speisepunkt 1) und Randspeisung (Speisepunkt 2 und Speisepunkt 3).
Typische Gitterstruktur
Bei der Kantenspeisung breiten sich Wanderwellen über das gesamte Gitter der Gitterantenne aus. Diese ist eine nicht-resonante, unidirektionale Endfeuerantenne. Die Gitterantenne kann sowohl als Wanderwellenantenne als auch als Resonanzantenne eingesetzt werden. Durch die Wahl der geeigneten Frequenz, des Speisepunkts und der Gittergröße kann die Antenne in verschiedenen Zuständen betrieben werden: als Wanderwellenantenne (Frequenzdurchlauf) und als Resonanzantenne (Kantenabstrahlung). Als Wanderwellenantenne verwendet die Gitterantenne eine Kantenspeisung. Die kurze Seite des Gitters ist etwas länger als ein Drittel der Wellenlänge, die lange Seite zwei- bis dreimal so lang. Der Strom auf der kurzen Seite wird auf die andere Seite übertragen, wobei eine Phasenverschiebung zwischen den kurzen Seiten besteht. Wanderwellenantennen (nicht-resonante Gitterantennen) strahlen geneigte Strahlen ab, die von der Normalen der Gitterebene abweichen. Die Strahlrichtung ändert sich mit der Frequenz und kann zum Frequenzscan genutzt werden. Wird die Gitterantenne als Resonanzantenne eingesetzt, sind die lange und die kurze Seite des Gitters so ausgelegt, dass sie jeweils einer bzw. der halben Wellenlänge der Mittenfrequenz entsprechen. Die Speisung erfolgt zentral. Im Resonanzzustand weist der Momentanstrom der Gitterantenne eine stehende Wellenverteilung auf. Die Strahlung wird hauptsächlich von den kurzen Seiten erzeugt, während die langen Seiten als Übertragungsleitungen fungieren. Die Gitterantenne erzielt eine optimale Strahlungswirkung; die maximale Strahlung tritt im Bereich der breiten Seite auf, und die Polarisation verläuft parallel zur kurzen Seite des Gitters. Weicht die Frequenz von der vorgesehenen Mittenfrequenz ab, entspricht die kurze Seite des Gitters nicht mehr der halben Wellenlänge, und es kommt zu einer Strahlaufspaltung. [2]
Array-Modell und sein 3D-Muster
Wie in der obigen Abbildung der Antennenstruktur dargestellt, wobei P1 und P2 um 180° phasenverschoben sind, kann ADS für eine schematische Simulation verwendet werden (nicht in diesem Artikel modelliert). Durch differentielle Speisung des Speiseanschlusses lässt sich die Stromverteilung auf einem einzelnen Gitterelement beobachten, wie in der Prinzipanalyse gezeigt. Die Ströme in Längsrichtung sind entgegengesetzt gerichtet (Auslöschung), und die Ströme in Querrichtung sind gleich stark und in Phase (Überlagerung).
Aktuelle Verteilung auf verschiedene Arme1
Stromverteilung auf die verschiedenen Arme 2
Die obige Beschreibung bietet eine kurze Einführung in die Gitterantenne und beschreibt den Entwurf einer Antennenanordnung mit Mikrostreifen-Speisestruktur für eine Betriebsfrequenz von 77 GHz. Entsprechend den Anforderungen an die Radarerfassung lässt sich die Anzahl der Gitterpunkte in vertikaler und horizontaler Richtung reduzieren oder erhöhen, um eine Antenne mit einem bestimmten Winkel zu realisieren. Zusätzlich kann die Länge der Mikrostreifen-Übertragungsleitung im Differenzial-Speisenetzwerk angepasst werden, um die gewünschte Phasenverschiebung zu erreichen.
Veröffentlichungsdatum: 24. Januar 2024
