I mikrobølgekredsløb eller -systemer er hele kredsløbet eller systemet ofte sammensat af mange grundlæggende mikrobølgeenheder såsom filtre, koblere, effektdelere osv. Det er håbet, at det gennem disse enheder er muligt effektivt at overføre signaleffekt fra et punkt til et andet med minimalt tab;
I hele køretøjets radarsystem involverer energikonvertering primært overførsel af energi fra chippen til feederen på printkortet, overførsel af feederen til antennehuset og effektiv udstråling af energi fra antennen. I hele energioverføringsprocessen er konverterens design en vigtig del. Konverterne i millimeterbølgesystemer omfatter primært mikrostrip til substrat integreret bølgeleder (SIW) konvertering, mikrostrip til bølgeleder konvertering, SIW til bølgeleder konvertering, koaksial til bølgeleder konvertering, bølgeleder til bølgeleder konvertering og forskellige typer bølgelederkonvertering. Dette nummer vil fokusere på design af mikrobånds SIW konvertering.
Forskellige typer transportstrukturer
Mikrostriper en af de mest anvendte lederstrukturer ved relativt lave mikrobølgefrekvenser. Dens vigtigste fordele er enkel struktur, lave omkostninger og høj integration med overflademonterede komponenter. En typisk mikrostriplinje dannes ved hjælp af ledere på den ene side af et dielektrisk lagsubstrat, der danner et enkelt jordplan på den anden side med luft over. Den øverste leder er dybest set et ledende materiale (normalt kobber) formet til en smal ledning. Linjebredde, tykkelse, relativ permittivitet og dielektrisk tabstangent for substratet er vigtige parametre. Derudover er lederens tykkelse (dvs. metalliseringstykkelse) og lederens ledningsevne også kritiske ved højere frekvenser. Ved nøje at overveje disse parametre og bruge mikrostriplinjer som den grundlæggende enhed for andre enheder kan mange trykte mikrobølgeenheder og -komponenter designes, såsom filtre, koblere, effektdelere/kombinatorer, mixere osv. Men når frekvensen stiger (ved overgang til relativt høje mikrobølgefrekvenser) øges transmissionstabene, og der opstår stråling. Derfor foretrækkes hulrørsbølgeledere, såsom rektangulære bølgeledere, på grund af mindre tab ved højere frekvenser (ingen stråling). Bølgelederens indre er normalt luft. Men hvis det ønskes, kan den fyldes med dielektrisk materiale, hvilket giver den et mindre tværsnit end en gasfyldt bølgeleder. Hulrørsbølgeledere er dog ofte klodsede, kan være tunge, især ved lavere frekvenser, kræver højere fremstillingskrav og er dyre og kan ikke integreres med plane, trykte strukturer.
RFMISO MIKROSTRIP ANTENNEPRODUKTER:
RM-MA25527-22,25,5-27 GHz
RM-MA425435-22, 4,25-4,35 GHz
Den anden er en hybrid styringsstruktur mellem en mikrostripstruktur og en bølgeleder, kaldet en substratintegreret bølgeleder (SIW). En SIW er en integreret bølgelederlignende struktur fremstillet på et dielektrisk materiale med ledere på toppen og bunden og et lineært netværk af to metalvias, der danner sidevæggene. Sammenlignet med mikrostrip- og bølgelederstrukturer er SIW omkostningseffektiv, har en relativt nem fremstillingsproces og kan integreres med plane enheder. Derudover er ydeevnen ved høje frekvenser bedre end mikrostripstrukturers og har bølgelederdispersionsegenskaber. Som vist i figur 1;
SIW-designretningslinjer
Substratintegrerede bølgeledere (SIW'er) er integrerede bølgelederlignende strukturer fremstillet ved hjælp af to rækker metalvias indlejret i et dielektrikum, der forbinder to parallelle metalplader. Rækker af metalgennemgående huller danner sidevæggene. Denne struktur har karakteristika for mikrostriplinjer og bølgeledere. Fremstillingsprocessen ligner også andre trykte flade strukturer. En typisk SIW-geometri er vist i figur 2.1, hvor dens bredde (dvs. afstanden mellem vias i den laterale retning (as)), diameteren af vias (d) og stigningslængden (p) bruges til at designe SIW-strukturen. De vigtigste geometriske parametre (vist i figur 2.1) vil blive forklaret i næste afsnit. Bemærk, at den dominerende tilstand er TE10, ligesom den rektangulære bølgeleder. Forholdet mellem afskæringsfrekvensen fc for luftfyldte bølgeledere (AFWG) og dielektrikumfyldte bølgeledere (DFWG) og dimensionerne a og b er det første punkt i SIW-design. For luftfyldte bølgeledere er afskæringsfrekvensen som vist i formlen nedenfor.
SIW's grundlæggende struktur og beregningsformel[1]
hvor c er lysets hastighed i det frie rum, m og n er modierne, a er den længere bølgelederstørrelse, og b er den kortere bølgelederstørrelse. Når bølgelederen arbejder i TE10-tilstand, kan det forenkles til fc = c / 2a; når bølgelederen er fyldt med dielektrikum, beregnes bredsidelængden a ved ad = a / Sqrt(εr), hvor εr er mediets dielektriske konstant; for at få SIW til at fungere i TE10-tilstand, skal den gennemgående hulafstand p, diameteren d og den brede side opfylde formlen øverst til højre i figuren nedenfor, og der er også empiriske formler for d < λ g og p < 2d [2];
hvor λg er den guidede bølgelængde: Samtidig vil substratets tykkelse ikke påvirke SIW-størrelsesdesignet, men det vil påvirke strukturtabet, så fordelene ved lavt tab ved substrater med høj tykkelse bør overvejes.
Konvertering fra mikrostrip til SIW
Når en mikrostripstruktur skal tilsluttes en SIW, er den koniske mikrostripovergang en af de foretrukne overgangsmetoder, og den koniske overgang giver normalt en bredbåndstilpasning sammenlignet med andre printede overgange. En veldesignet overgangsstruktur har meget lave refleksioner, og indsættelsestab skyldes primært dielektriske tab og ledertab. Valget af substrat- og ledermaterialer bestemmer primært tabet af overgangen. Da substratets tykkelse begrænser bredden af mikrostriplinjen, bør parametrene for den koniske overgang justeres, når substratets tykkelse ændrer sig. En anden type jordet koplanær bølgeleder (GCPW) er også en meget anvendt transmissionslinjestruktur i højfrekvente systemer. Sidelederne tæt på den mellemliggende transmissionslinje fungerer også som jord. Ved at justere bredden af hovedføderen og mellemrummet til sidejorden kan den nødvendige karakteristiske impedans opnås.
Mikrostrip til SIW og GCPW til SIW
Figuren nedenfor er et eksempel på designet af en mikrostrip til SIW. Det anvendte medium er Rogers3003, den dielektriske konstant er 3,0, den sande tabsværdi er 0,001, og tykkelsen er 0,127 mm. Feederbredden i begge ender er 0,28 mm, hvilket matcher bredden af antennefeederen. Gennemgangshullets diameter er d = 0,4 mm, og afstanden p = 0,6 mm. Simuleringsstørrelsen er 50 mm * 12 mm * 0,127 mm. Det samlede tab i pasbåndet er omkring 1,5 dB (hvilket kan reduceres yderligere ved at optimere afstanden på den brede side).
SIW-struktur og dens S-parametre
Elektrisk feltfordeling@79GHz
Opslagstidspunkt: 18. januar 2024
