اخبار - تبدیل انرژی در آنتن های رادار

در مدارها یا سیستم‌های مایکروویو، کل مدار یا سیستم اغلب از بسیاری از دستگاه‌های اصلی مایکروویو مانند فیلترها، کوپلرها، تقسیم‌کننده‌های برق و غیره تشکیل شده است که امید است از طریق این دستگاه‌ها بتوان توان سیگنال را به طور موثر از یک نقطه به نقطه انتقال داد. دیگری با حداقل ضرر؛

در کل سیستم رادار خودرو، تبدیل انرژی عمدتاً شامل انتقال انرژی از تراشه به فیدر روی برد PCB، انتقال فیدر 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 بستر یکپارچه (SIW)، تبدیل میکرواستریپ به موجبر، تبدیل SIW به موجبر، تبدیل هم محور به موجبر، تبدیل موجبر به موجبر و انواع مختلف تبدیل موجبر می‌شوند. این شماره بر روی طراحی تبدیل میکروباند SIW تمرکز خواهد کرد.

انواع سازه های حمل و نقل

میکرواستریپیکی از پرکاربردترین سازه های راهنما در فرکانس های مایکروویو نسبتا پایین است. مزایای اصلی آن ساختار ساده، هزینه کم و ادغام بالا با اجزای نصب سطحی است. یک خط میکرو نوار معمولی با استفاده از رساناها در یک طرف یک لایه دی الکتریک تشکیل می شود که یک صفحه زمین را در طرف دیگر تشکیل می دهد که هوا در بالای آن قرار دارد. هادی بالایی اساساً یک ماده رسانا (معمولا مس) است که به شکل سیم باریکی شکل می گیرد. عرض خط، ضخامت، گذردهی نسبی و مماس از دست دادن دی الکتریک زیرلایه پارامترهای مهمی هستند. علاوه بر این، ضخامت هادی (یعنی ضخامت فلزی شدن) و رسانایی هادی نیز در فرکانس های بالاتر بسیار مهم است. با در نظر گرفتن دقیق این پارامترها و استفاده از خطوط میکرواستریپ به عنوان واحد پایه برای سایر دستگاه ها، می توان بسیاری از دستگاه ها و اجزای مایکروویو چاپی مانند فیلترها، کوپلرها، تقسیم کننده/کمبینرها، میکسرها و غیره را طراحی کرد. اما با افزایش فرکانس (هنگام حرکت به فرکانس های مایکروویو نسبتاً بالا) تلفات انتقال افزایش می یابد و تشعشع رخ می دهد. بنابراین، موجبرهای لوله توخالی مانند موجبرهای مستطیلی به دلیل تلفات کمتر در فرکانس‌های بالاتر (بدون تشعشع) ترجیح داده می‌شوند. فضای داخلی موجبر معمولاً هوا است. اما در صورت تمایل، می توان آن را با مواد دی الکتریک پر کرد و به آن سطح مقطع کوچکتری نسبت به یک موجبر پر از گاز می دهد. با این حال، موجبرهای لوله توخالی اغلب حجیم هستند، به ویژه در فرکانس‌های پایین‌تر می‌توانند سنگین باشند، نیاز به تولید بالاتری دارند و گران هستند و نمی‌توانند با ساختارهای چاپی مسطح ادغام شوند.

محصولات آنتن میکرواستریپ RFMISO:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35 گیگاهرتز

دیگری یک ساختار هدایت ترکیبی بین یک ساختار میکرو نواری و یک موجبر است که موجبر یکپارچه بستر (SIW) نامیده می شود. SIW یک ساختار یکپارچه مانند موجبر است که بر روی یک ماده دی الکتریک ساخته شده است، با رساناها در بالا و پایین و یک آرایه خطی از دو دریچه فلزی که دیواره های جانبی را تشکیل می دهند. در مقایسه با ساختارهای microstrip و waveguide، SIW مقرون به صرفه است، فرآیند ساخت نسبتا آسانی دارد و می تواند با دستگاه های 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؛

دستورالعمل های طراحی SIW

موجبرهای یکپارچه زیرلایه (SIWs) سازه های موجبر مانند یکپارچه هستند که با استفاده از دو ردیف گذرگاه فلزی تعبیه شده در یک دی الکتریک که دو صفحه فلزی موازی را به هم متصل می کند، ساخته می شوند. ردیف هایی از سوراخ های فلزی دیوارهای جانبی را تشکیل می دهند. این ساختار دارای خصوصیات خطوط میکرو نواری و موجبر است. فرآیند ساخت نیز مشابه سایر سازه های تخت چاپی است. یک هندسه معمولی SIW در شکل 2.1 نشان داده شده است، که در آن از عرض آن (یعنی جدایی بین دریچه ها در جهت جانبی (مانند))، قطر دریچه ها (d) و طول گام (p) برای طراحی ساختار SIW استفاده شده است. مهمترین پارامترهای هندسی (نشان داده شده در شکل 2.1) در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد. توجه داشته باشید که حالت غالب TE10 است، درست مانند موجبر مستطیلی. رابطه بین فرکانس قطع fc موجبرهای پر شده با هوا (AFWG) و موجبرهای پر شده با دی الکتریک (DFWG) و ابعاد a و b اولین نقطه 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 حالت ها، a اندازه موجبر طولانی تر، و b اندازه موجبر کوتاه تر است. هنگامی که موجبر در حالت TE10 کار می کند، می توان آن را به fc=c/2a ساده کرد. هنگامی که موجبر با دی الکتریک پر می شود، طول پهن a با ad=a/Sqrt(εr) محاسبه می شود، جایی که εr ثابت دی الکتریک محیط است. برای اینکه SIW در حالت TE10 کار کند، فاصله سوراخ از طریق p، قطر d و ضلع عریض باید فرمول سمت راست بالای شکل زیر را برآورده کند، و همچنین فرمول های تجربی d<λg و p<2d [ 2]؛

که در آن λg طول موج هدایت‌شونده است: در عین حال، ضخامت زیرلایه بر طراحی اندازه SIW تأثیر نمی‌گذارد، اما بر از دست دادن ساختار تأثیر می‌گذارد، بنابراین مزایای کم تلفات بسترهای با ضخامت بالا باید در نظر گرفته شود. .

تبدیل میکرواستریپ به SIW
هنگامی که یک ساختار میکرواستریپ باید به یک SIW متصل شود، انتقال میکرو نوار مخروطی یکی از روش‌های انتقال ترجیحی اصلی است و انتقال مخروطی معمولاً یک تطابق باند پهن را در مقایسه با سایر انتقال‌های چاپی فراهم می‌کند. یک ساختار انتقالی که به خوبی طراحی شده باشد بازتاب بسیار کمی دارد و تلفات درج عمدتاً ناشی از تلفات دی الکتریک و هادی است. انتخاب مواد بستر و رسانا عمدتاً تعیین کننده از دست دادن انتقال است. از آنجایی که ضخامت زیرلایه مانع از عرض خط میکرواستریپ می شود، پارامترهای انتقال مخروطی باید هنگام تغییر ضخامت بستر تنظیم شوند. نوع دیگری از موجبر همسطح زمینی (GCPW) نیز یک ساختار خط انتقال پرکاربرد در سیستم های فرکانس بالا است. هادی های جانبی نزدیک به خط انتقال میانی نیز به عنوان زمین عمل می کنند. با تنظیم عرض فیدر اصلی و شکاف به زمین جانبی می توان امپدانس مشخصه مورد نیاز را بدست آورد.

Microstrip به SIW و GCPW به SIW

شکل زیر نمونه ای از طراحی میکرواستریپ به SIW است. محیط مورد استفاده Rogers3003، ثابت دی الکتریک 3.0، مقدار تلفات واقعی 0.001، و ضخامت 0.127 میلی متر است. عرض فیدر در هر دو انتها 0.28 میلی متر است که با عرض فیدر آنتن مطابقت دارد. قطر سوراخ d=0.4mm و فاصله p=0.6mm است. اندازه شبیه سازی 50mm*12mm*0.127mm است. تلفات کلی در باند عبور حدود 1.5 دسی بل است (که می توان با بهینه سازی فاصله ضلع عریض بیشتر کاهش داد).