Tin tức - Chuyển đổi năng lượng trong ăng-ten radar

Trong các mạch hoặc hệ thống vi sóng, toàn bộ mạch hoặc hệ thống thường bao gồm nhiều thiết bị vi sóng cơ bản như bộ lọc, bộ ghép nối, bộ chia công suất, v.v. Người ta hy vọng rằng thông qua các thiết bị này, có thể truyền tải hiệu quả công suất tín hiệu từ điểm này đến điểm khác với mức suy hao tối thiểu;

Trong toàn bộ hệ thống radar xe, việc chuyển đổi năng lượng chủ yếu liên quan đến việc truyền năng lượng từ chip đến bộ cấp nguồn trên bảng mạch in (PCB), truyền bộ cấp nguồn đến thân ăng-ten và bức xạ năng lượng hiệu quả của ăng-ten. Trong toàn bộ quá trình truyền năng lượng, thiết kế bộ chuyển đổi đóng vai trò quan trọng. Các bộ chuyển đổi trong hệ thống sóng milimet chủ yếu bao gồm chuyển đổi ống dẫn sóng tích hợp vi dải sang đế (SIW), chuyển đổi vi dải sang ống dẫn sóng, chuyển đổi SIW sang ống dẫn sóng, chuyển đổi đồng trục sang ống dẫn sóng, chuyển đổi ống dẫn sóng sang ống dẫn sóng và các loại chuyển đổi ống dẫn sóng khác nhau. Bài viết này sẽ tập trung vào thiết kế chuyển đổi SIW băng tần vi mô.

Các loại cấu trúc vận chuyển khác nhau

Vi dảilà một trong những cấu trúc dẫn hướng được sử dụng rộng rãi nhất ở tần số vi sóng tương đối thấp. Ưu điểm chính của nó là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và khả năng tích hợp cao với các linh kiện gắn trên bề mặt. Một đường vi dải điển hình được hình thành bằng cách sử dụng các dây dẫn ở một mặt của lớp nền điện môi, tạo thành một mặt phẳng tiếp địa duy nhất ở mặt còn lại, với không khí ở phía trên. Dây dẫn trên cùng về cơ bản là một vật liệu dẫn điện (thường là đồng) được định hình thành một sợi dây hẹp. Độ rộng, độ dày, hằng số điện môi tương đối và tiếp tuyến tổn thất điện môi của lớp nền là những thông số quan trọng. Ngoài ra, độ dày của dây dẫn (tức là độ dày lớp kim loại hóa) và độ dẫn điện của dây dẫn cũng rất quan trọng ở tần số cao hơn. Bằng cách xem xét cẩn thận các thông số này và sử dụng đường vi dải làm đơn vị cơ bản cho các thiết bị khác, nhiều thiết bị và linh kiện vi sóng in có thể được thiết kế, chẳng hạn như bộ lọc, bộ ghép, bộ chia/kết hợp công suất, bộ trộn, v.v. Tuy nhiên, khi tần số tăng (khi chuyển sang tần số vi sóng tương đối cao), tổn thất truyền dẫn tăng lên và bức xạ xảy ra. Do đó, các ống dẫn sóng ống rỗng như ống dẫn sóng hình chữ nhật được ưa chuộng hơn vì tổn thất nhỏ hơn ở tần số cao hơn (không có bức xạ). Phần bên trong của ống dẫn sóng thường là không khí. Tuy nhiên, nếu muốn, nó có thể được lấp đầy bằng vật liệu điện môi, giúp tiết diện nhỏ hơn so với ống dẫn sóng chứa khí. Tuy nhiên, ống dẫn sóng ống rỗng thường cồng kềnh, nặng, đặc biệt là ở tần số thấp, đòi hỏi yêu cầu sản xuất cao hơn và chi phí cao, đồng thời không thể tích hợp với các cấu trúc in phẳng.

SẢN PHẨM ĂNG TEN VI SÓNG RFMISO:

RM-MA25527-22,25,5-27GHz

RM-MA425435-22,4,25-4,35GHz

Cấu trúc dẫn hướng còn lại là cấu trúc dẫn hướng lai giữa cấu trúc vi dải và ống dẫn sóng, được gọi là ống dẫn sóng tích hợp nền (SIW). SIW là một cấu trúc giống như ống dẫn sóng tích hợp được chế tạo trên vật liệu điện môi, với các dây dẫn ở trên và dưới, cùng một mảng tuyến tính gồm hai lỗ kim loại tạo thành các vách bên. So với cấu trúc vi dải và ống dẫn sóng, SIW tiết kiệm chi phí, có quy trình sản xuất tương đối dễ dàng và có thể tích hợp với các thiết bị phẳng. Ngoài ra, hiệu suất ở tần số cao tốt hơn cấu trúc vi dải và có đặc tính phân tán ống dẫn sóng. Như thể hiện trong Hình 1;

Hướng dẫn thiết kế SIW

Ống dẫn sóng tích hợp nền (SIW) là cấu trúc giống ống dẫn sóng tích hợp được chế tạo bằng cách sử dụng hai hàng lỗ kim loại nhúng trong chất điện môi nối hai tấm kim loại song song. Các hàng lỗ kim loại xuyên qua tạo thành các vách bên. Cấu trúc này có các đặc điểm của đường vi dải và ống dẫn sóng. Quy trình chế tạo cũng tương tự như các cấu trúc phẳng in khác. Hình dạng SIW điển hình được thể hiện trong Hình 2.1, trong đó chiều rộng của nó (tức là khoảng cách giữa các lỗ theo hướng ngang (as)), đường kính của các lỗ (d) và chiều dài bước (p) được sử dụng để thiết kế cấu trúc SIW. Các thông số hình học quan trọng nhất (được thể hiện trong Hình 2.1) sẽ được giải thích trong phần tiếp theo. Lưu ý rằng chế độ chiếm ưu thế là TE10, giống như ống dẫn sóng hình chữ nhật. Mối quan hệ giữa tần số cắt fc của ống dẫn sóng chứa đầy không khí (AFWG) và ống dẫn sóng chứa đầy điện môi (DFWG) và các kích thước a và b là điểm đầu tiên của thiết kế SIW. Đối với ống dẫn sóng chứa đầy không khí, tần số cắt được thể hiện như trong công thức bên dưới

Cấu trúc cơ bản và công thức tính toán SIW[1]

trong đó c là tốc độ ánh sáng trong không gian tự do, m và n là các mode, a là kích thước ống dẫn sóng dài hơn và b là kích thước ống dẫn sóng ngắn hơn. Khi ống dẫn sóng hoạt động ở chế độ TE10, có thể đơn giản hóa thành fc=c/2a; khi ống dẫn sóng được lấp đầy bằng chất điện môi, chiều dài cạnh rộng a được tính bằng ad=a/Sqrt(εr), trong đó εr là hằng số điện môi của môi trường; để SIW hoạt động ở chế độ TE10, khoảng cách lỗ xuyên p, đường kính d và cạnh rộng phải thỏa mãn công thức ở góc trên bên phải của hình bên dưới, ngoài ra còn có các công thức thực nghiệm d<λg và p<2d [2];

trong đó λg là bước sóng sóng dẫn: Đồng thời, độ dày của đế sẽ không ảnh hưởng đến thiết kế kích thước SIW, nhưng nó sẽ ảnh hưởng đến tổn thất của cấu trúc, do đó cần xem xét đến lợi thế tổn thất thấp của đế có độ dày lớn.

Chuyển đổi microstrip sang SIW
Khi cần kết nối cấu trúc vi dải với SIW, chuyển tiếp vi dải thuôn nhọn là một trong những phương pháp chuyển tiếp được ưa chuộng nhất, và chuyển tiếp thuôn nhọn thường cung cấp khả năng tương thích băng thông rộng so với các chuyển tiếp in khác. Cấu trúc chuyển tiếp được thiết kế tốt có độ phản xạ rất thấp, và suy hao chèn chủ yếu do tổn hao điện môi và dây dẫn gây ra. Việc lựa chọn vật liệu nền và dây dẫn chủ yếu quyết định mức suy hao của chuyển tiếp. Do độ dày của nền cản trở độ rộng của đường vi dải, nên các thông số của chuyển tiếp thuôn nhọn cần được điều chỉnh khi độ dày của nền thay đổi. Một loại ống dẫn sóng đồng phẳng nối đất (GCPW) khác cũng là một cấu trúc đường truyền được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tần số cao. Các dây dẫn bên gần đường truyền trung gian cũng đóng vai trò là đất. Bằng cách điều chỉnh độ rộng của bộ cấp nguồn chính và khoảng cách đến đất bên, có thể đạt được trở kháng đặc tính cần thiết.

Microstrip sang SIW và GCPW sang SIW

Hình dưới đây là một ví dụ về thiết kế vi dải theo chuẩn SIW. Môi trường sử dụng là Rogers3003, hằng số điện môi là 3.0, giá trị suy hao thực tế là 0.001 và độ dày là 0.127mm. Chiều rộng bộ cấp nguồn ở cả hai đầu là 0.28mm, phù hợp với chiều rộng của bộ cấp nguồn ăng-ten. Đường kính lỗ xuyên là d = 0.4mm, và khoảng cách p = 0.6mm. Kích thước mô phỏng là 50mm*12mm*0.127mm. Tổng suy hao trong dải thông là khoảng 1.5dB (có thể giảm hơn nữa bằng cách tối ưu hóa khoảng cách hai bên rộng).