V mikrovlnných obvodoch alebo systémoch sa celý obvod alebo systém často skladá z mnohých základných mikrovlnných zariadení, ako sú filtre, spojky, deliče výkonu atď. Dúfa sa, že prostredníctvom týchto zariadení bude možné efektívne prenášať signálový výkon z jedného bodu do druhého s minimálnymi stratami;
V celom radarovom systéme vozidla zahŕňa konverzia energie hlavne prenos energie z čipu do napájača na doske plošných spojov, prenos napájača do tela antény a efektívne vyžarovanie energie anténou. V celom procese prenosu energie je dôležitou súčasťou návrh prevodníka. Prevodníky v milimetrových vlnových systémoch zahŕňajú najmä konverziu z mikropáskového integrovaného vlnovodu na substrát (SIW), konverziu z mikropáskového vlnovodu, konverziu SIW do vlnovodu, konverziu z koaxiálneho vodiča na vlnovod, konverziu z vlnovodu na vlnovod a rôzne typy konverzie vlnovodov. Toto číslo sa zameria na návrh konverzie mikropásmového SIW.
Rôzne typy dopravných štruktúr
Mikropáskovýje jednou z najpoužívanejších vodiacich štruktúr pri relatívne nízkych mikrovlnných frekvenciách. Jej hlavnými výhodami sú jednoduchá štruktúra, nízke náklady a vysoká integrácia s povrchovo montovanými komponentmi. Typické mikropáskové vedenie je vytvorené pomocou vodičov na jednej strane dielektrickej vrstvy substrátu, ktoré tvoria jednu zemniacu rovinu na druhej strane so vzduchom nad ňou. Vrchný vodič je v podstate vodivý materiál (zvyčajne meď) tvarovaný do úzkeho drôtu. Dôležitými parametrami sú šírka vedenia, hrúbka, relatívna permitivita a tangens dielektrických strát substrátu. Okrem toho je pri vyšších frekvenciách kritická aj hrúbka vodiča (t. j. hrúbka metalizácie) a vodivosť vodiča. Starostlivým zvážením týchto parametrov a použitím mikropáskových vedení ako základnej jednotky pre iné zariadenia je možné navrhnúť mnoho tlačených mikrovlnných zariadení a komponentov, ako sú filtre, spojky, deliče/zlučovače výkonu, mixéry atď. Avšak so zvyšujúcou sa frekvenciou (pri prechode na relatívne vysoké mikrovlnné frekvencie) sa zvyšujú prenosové straty a dochádza k žiareniu. Preto sú uprednostňované vlnovody s dutými trubicami, ako sú obdĺžnikové vlnovody, kvôli menším stratám pri vyšších frekvenciách (žiadne žiarenie). Vnútro vlnovodu je zvyčajne vzduch. Ak je to žiaduce, môže byť vyplnený dielektrickým materiálom, čím sa dosiahne menší prierez ako vlnovod plnený plynom. Duté trubicové vlnovody sú však často objemné, môžu byť ťažké, najmä pri nižších frekvenciách, vyžadujú vyššie výrobné požiadavky a sú drahé a nemožno ich integrovať s planárnymi tlačenými štruktúrami.
PRODUKTY MIKRO PÁSKOVÝCH ANTÉN RFMISO：
RM-MA25527-22,25,5-27 GHz
RM-MA425435-22,4,25 – 4,35 GHz
Druhou je hybridná vodiaca štruktúra medzi mikropáskovou štruktúrou a vlnovodom, nazývaná vlnovod integrovaný do substrátu (SIW). SIW je integrovaná štruktúra podobná vlnovodu vyrobená na dielektrickom materiáli s vodičmi na vrchu a spodnej strane a lineárnym usporiadaním dvoch kovových priechodov tvoriacich bočné steny. V porovnaní s mikropáskovými a vlnovodovými štruktúrami je SIW nákladovo efektívny, má relatívne jednoduchý výrobný proces a možno ho integrovať s planárnymi zariadeniami. Okrem toho má lepší výkon pri vysokých frekvenciách ako mikropáskové štruktúry a má disperzné vlastnosti vlnovodu. Ako je znázornené na obrázku 1;
Pokyny pre návrh SIW
Vlnovody integrované so substrátom (SIW) sú integrované štruktúry podobné vlnovodom vyrobené pomocou dvoch radov kovových priechodiek zabudovaných do dielektrika spájajúceho dva rovnobežné kovové platne. Bočné steny tvoria rady kovových priechodiek. Táto štruktúra má vlastnosti mikropáskových vedení a vlnovodov. Výrobný proces je podobný aj iným tlačeným plochým štruktúram. Typická geometria SIW je znázornená na obrázku 2.1, kde sa na návrh štruktúry SIW používa jej šírka (t. j. vzdialenosť medzi priechodkami v bočnom smere (as)), priemer priechodiek (d) a dĺžka rozstupu (p). Najdôležitejšie geometrické parametre (znázornené na obrázku 2.1) budú vysvetlené v ďalšej časti. Všimnite si, že dominantným módom je TE10, rovnako ako pri obdĺžnikovom vlnovode. Vzťah medzi medznou frekvenciou fc vlnovodov plnených vzduchom (AFWG) a vlnovodov plnených dielektrikom (DFWG) a rozmermi a a b je prvým bodom návrhu SIW. Pre vlnovody plnené vzduchom je medzná frekvencia uvedená vo vzorci nižšie.
Základná štruktúra SIW a vzorec pre výpočet[1]
kde c je rýchlosť svetla vo voľnom priestore, m a n sú módy, a je dlhšia veľkosť vlnovodu a b je kratšia veľkosť vlnovodu. Keď vlnovod pracuje v móde TE10, možno to zjednodušiť na fc=c/2a; keď je vlnovod vyplnený dielektrikom, dĺžka širokej strany a sa vypočíta podľa ad=a/Sqrt(εr), kde εr je dielektrická konštanta média; aby SIW pracovalo v móde TE10, rozstup priechodných otvorov p, priemer d a široká strana as by mali spĺňať vzorec v pravom hornom rohu obrázku nižšie a existujú aj empirické vzorce d<λg a p<2d [2];
kde λg je vlnová dĺžka vedenej vlny: Zároveň hrúbka substrátu neovplyvní návrh veľkosti SIW, ale ovplyvní straty štruktúry, preto by sa mali zvážiť výhody nízkych strát pri substrátoch s vysokou hrúbkou.
Konverzia mikropáskového na SIW
Keď je potrebné pripojiť mikropáskovú štruktúru k SIW (simulovanému vlnovodu), zúžený mikropáskový prechod je jednou z hlavných preferovaných metód prechodu a zúžený prechod zvyčajne poskytuje širokopásmové prispôsobenie v porovnaní s inými tlačenými prechodmi. Dobre navrhnutá prechodová štruktúra má veľmi nízke odrazy a vložené straty sú primárne spôsobené dielektrickými a vodičovými stratami. Výber substrátových a vodičových materiálov určuje hlavne straty prechodu. Keďže hrúbka substrátu obmedzuje šírku mikropáskového vedenia, parametre zúženého prechodu by sa mali upraviť pri zmene hrúbky substrátu. Ďalší typ uzemneného koplanárneho vlnovodu (GCPW) je tiež široko používaná štruktúra prenosového vedenia vo vysokofrekvenčných systémoch. Bočné vodiče v blízkosti medziľahlého prenosového vedenia slúžia aj ako zem. Úpravou šírky hlavného napájača a medzery k bočnému uzemneniu je možné dosiahnuť požadovanú charakteristickú impedanciu.
Mikropáskový kábel do SIW a GCPW do SIW
Obrázok nižšie je príkladom návrhu mikropáskového vodiča pre SIW. Použité médium je Rogers3003, dielektrická konštanta je 3,0, skutočná hodnota strát je 0,001 a hrúbka je 0,127 mm. Šírka napájača na oboch koncoch je 0,28 mm, čo zodpovedá šírke napájača antény. Priemer priechodného otvoru je d = 0,4 mm a rozstup p = 0,6 mm. Simulačná veľkosť je 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Celková strata v priepustnom pásme je približne 1,5 dB (čo sa dá ďalej znížiť optimalizáciou rozstupu na širokých stranách).
Štruktúra SIW a jej S parametre
Rozloženie elektrického poľa pri 79 GHz
Čas uverejnenia: 18. januára 2024
