اخبار - تبدیل انرژی در آنتن‌های رادار

در مدارها یا سیستم‌های مایکروویو، کل مدار یا سیستم اغلب از بسیاری از دستگاه‌های مایکروویو پایه مانند فیلترها، کوپلرها، تقسیم‌کننده‌های توان و غیره تشکیل شده است. امید است که از طریق این دستگاه‌ها، بتوان توان سیگنال را با حداقل تلفات از یک نقطه به نقطه دیگر به طور مؤثر منتقل کرد.

در کل سیستم رادار خودرو، تبدیل انرژی عمدتاً شامل انتقال انرژی از تراشه به تغذیه‌کننده روی برد PCB، انتقال تغذیه‌کننده به بدنه آنتن و تابش کارآمد انرژی توسط آنتن است. در کل فرآیند انتقال انرژی، بخش مهمی از طراحی مبدل است. مبدل‌ها در سیستم‌های موج میلی‌متری عمدتاً شامل تبدیل میکرواستریپ به موجبر مجتمع زیرلایه (SIW)، تبدیل میکرواستریپ به موجبر، تبدیل SIW به موجبر، تبدیل کواکسیال به موجبر، تبدیل موجبر به موجبر و انواع مختلف تبدیل موجبر هستند. این شماره بر طراحی تبدیل SIW میکروباند تمرکز خواهد کرد.

انواع سازه‌های حمل و نقل

میکرواستریپیکی از پرکاربردترین ساختارهای هادی در فرکانس‌های مایکروویو نسبتاً پایین است. مزایای اصلی آن ساختار ساده، هزینه کم و ادغام بالا با اجزای نصب سطحی است. یک خط میکرواستریپ معمولی با استفاده از هادی‌هایی در یک طرف یک زیرلایه لایه دی‌الکتریک تشکیل می‌شود که یک صفحه زمین واحد را در طرف دیگر تشکیل می‌دهد و هوا در بالای آن قرار دارد. هادی بالایی اساساً یک ماده رسانا (معمولاً مس) است که به شکل یک سیم باریک شکل گرفته است. عرض خط، ضخامت، گذردهی نسبی و تانژانت تلفات دی‌الکتریک زیرلایه پارامترهای مهمی هستند. علاوه بر این، ضخامت هادی (یعنی ضخامت فلزکاری) و رسانایی هادی نیز در فرکانس‌های بالاتر بسیار مهم هستند. با در نظر گرفتن دقیق این پارامترها و استفاده از خطوط میکرواستریپ به عنوان واحد پایه برای سایر دستگاه‌ها، می‌توان بسیاری از دستگاه‌ها و اجزای مایکروویو چاپ شده مانند فیلترها، کوپلرها، تقسیم‌کننده‌ها/ترکیب‌کننده‌های توان، میکسرها و غیره را طراحی کرد. با این حال، با افزایش فرکانس (هنگام حرکت به فرکانس‌های مایکروویو نسبتاً بالا)، تلفات انتقال افزایش می‌یابد و تابش رخ می‌دهد. بنابراین، موجبرهای لوله توخالی مانند موجبرهای مستطیلی به دلیل تلفات کمتر در فرکانس‌های بالاتر (بدون تابش) ترجیح داده می‌شوند. داخل موجبر معمولاً هوا است. اما در صورت تمایل، می‌توان آن را با مواد دی‌الکتریک پر کرد که به آن سطح مقطع کوچکتری نسبت به موجبر پر از گاز می‌دهد. با این حال، موجبرهای لوله توخالی اغلب حجیم هستند، می‌توانند به خصوص در فرکانس‌های پایین‌تر سنگین باشند، به الزامات تولید بالاتری نیاز دارند و پرهزینه هستند و نمی‌توان آنها را با ساختارهای چاپی مسطح ادغام کرد.

محصولات آنتن میکرواستریپ RFMISO：

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22،4.25-4.35GHz

مورد دیگر، یک ساختار هدایت ترکیبی بین یک ساختار میکرواستریپ و یک موجبر است که موجبر یکپارچه با زیرلایه (SIW) نامیده می‌شود. SIW یک ساختار شبه موجبر یکپارچه است که بر روی یک ماده دی‌الکتریک ساخته شده است، با هادی‌هایی در بالا و پایین و یک آرایه خطی از دو وایای فلزی که دیواره‌های جانبی را تشکیل می‌دهند. در مقایسه با ساختارهای میکرواستریپ و موجبر، SIW مقرون به صرفه است، فرآیند تولید نسبتاً آسانی دارد و می‌تواند با دستگاه‌های مسطح ادغام شود. علاوه بر این، عملکرد در فرکانس‌های بالا بهتر از ساختارهای میکرواستریپ است و دارای خواص پراکندگی موجبر است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است؛

دستورالعمل‌های طراحی SIW

موجبرهای مجتمع‌شده با زیرلایه (SIW) ساختارهایی شبیه به موجبر مجتمع هستند که با استفاده از دو ردیف از وایاهای فلزی تعبیه‌شده در یک دی‌الکتریک که دو صفحه فلزی موازی را به هم متصل می‌کنند، ساخته می‌شوند. ردیف‌هایی از سوراخ‌های فلزی، دیواره‌های جانبی را تشکیل می‌دهند. این ساختار دارای ویژگی‌های خطوط میکرواستریپ و موجبرهای موج است. فرآیند تولید نیز مشابه سایر ساختارهای مسطح چاپ‌شده است. هندسه معمولی SIW در شکل 2.1 نشان داده شده است، که در آن از عرض آن (یعنی جدایی بین وایاها در جهت جانبی (as))، قطر وایاها (d) و طول گام (p) برای طراحی ساختار SIW استفاده می‌شود. مهم‌ترین پارامترهای هندسی (نشان داده شده در شکل 2.1) در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد. توجه داشته باشید که مد غالب TE10 است، درست مانند موجبر مستطیلی. رابطه بین فرکانس قطع fc موجبرهای پر از هوا (AFWG) و موجبرهای پر از دی‌الکتریک (DFWG) و ابعاد a و b اولین نکته طراحی SIW است. برای موجبرهای پر از هوا، فرکانس قطع مطابق فرمول زیر است.

ساختار پایه و فرمول محاسبه SIW[1]

که در آن c سرعت نور در فضای آزاد، m و n مدها، a اندازه موجبر بلندتر و b اندازه موجبر کوتاه‌تر است. هنگامی که موجبر در حالت TE10 کار می‌کند، می‌توان آن را به صورت fc=c/2a ساده کرد. هنگامی که موجبر با دی‌الکتریک پر شده است، طول ضلع پهن a با استفاده از ad=a/Sqrt(εr) محاسبه می‌شود، که در آن εr ثابت دی‌الکتریک محیط است. برای اینکه SIW در حالت TE10 کار کند، فاصله سوراخ‌های عبوری p، قطر d و ضلع پهن as باید فرمول بالا سمت راست شکل زیر را برآورده کنند، و همچنین فرمول‌های تجربی d<λg و p<2d [2] نیز وجود دارد.

که در آن λg طول موج موج هدایت‌شده است: در عین حال، ضخامت زیرلایه بر طراحی اندازه SIW تأثیری نخواهد داشت، اما بر اتلاف ساختار تأثیر می‌گذارد، بنابراین مزایای کم اتلاف زیرلایه‌های با ضخامت بالا باید در نظر گرفته شود.

تبدیل میکرواستریپ به SIW
وقتی یک ساختار میکرواستریپ نیاز به اتصال به یک SIW دارد، گذار میکرواستریپ مخروطی یکی از روش‌های اصلی گذار ترجیحی است و گذار مخروطی معمولاً در مقایسه با سایر گذارهای چاپی، تطابق پهنای باند را فراهم می‌کند. یک ساختار گذار با طراحی خوب، بازتاب‌های بسیار کمی دارد و تلفات درج در درجه اول ناشی از تلفات دی‌الکتریک و رسانا است. انتخاب مواد زیرلایه و رسانا عمدتاً تلفات گذار را تعیین می‌کند. از آنجایی که ضخامت زیرلایه مانع از عرض خط میکرواستریپ می‌شود، پارامترهای گذار مخروطی باید هنگام تغییر ضخامت زیرلایه تنظیم شوند. نوع دیگری از موجبر همسطح زمین‌شده (GCPW) نیز یک ساختار خط انتقال پرکاربرد در سیستم‌های فرکانس بالا است. رساناهای جانبی نزدیک به خط انتقال میانی نیز به عنوان زمین عمل می‌کنند. با تنظیم عرض تغذیه‌کننده اصلی و فاصله تا زمین جانبی، می‌توان امپدانس مشخصه مورد نیاز را بدست آورد.

میکرواستریپ به SIW و GCPW به SIW

شکل زیر نمونه‌ای از طراحی میکرواستریپ به SIW است. محیط مورد استفاده Rogers3003، ثابت دی‌الکتریک 3.0، مقدار تلفات واقعی 0.001 و ضخامت 0.127 میلی‌متر است. عرض تغذیه‌کننده در هر دو انتها 0.28 میلی‌متر است که با عرض تغذیه‌کننده آنتن مطابقت دارد. قطر سوراخ عبوری d=0.4 میلی‌متر و فاصله p=0.6 میلی‌متر است. اندازه شبیه‌سازی 50 میلی‌متر * 12 میلی‌متر * 0.127 میلی‌متر است. تلفات کلی در باند عبور حدود 1.5 دسی‌بل است (که می‌توان با بهینه‌سازی فاصله ضلع پهن، آن را بیشتر کاهش داد).