En los circuitos o sistemas de microondas, todo el circuito o sistema a menudo está compuesto por muchos dispositivos básicos de microondas, como filtros, acopladores, divisores de potencia, etc. Se espera que a través de estos dispositivos, sea posible transmitir eficientemente la potencia de la señal de un punto a otro con una pérdida mínima;
En todo el sistema de radar vehicular, la conversión de energía implica principalmente la transferencia de energía del chip al alimentador en la placa PCB, la transferencia del alimentador al cuerpo de la antena y la radiación eficiente de energía por parte de la antena. En todo el proceso de transferencia de energía, un aspecto importante es el diseño del convertidor. Los convertidores en sistemas de ondas milimétricas incluyen principalmente la conversión de microbanda a guía de onda integrada (SIW), la conversión de microbanda a guía de onda, la conversión de SIW a guía de onda, la conversión de coaxial a guía de onda, la conversión de guía de onda a guía de onda y diferentes tipos de conversión de guía de onda. Este número se centrará en el diseño de la conversión de SIW de microbanda.
Diferentes tipos de estructuras de transporte
MicrobandaEs una de las estructuras de guía más utilizadas a frecuencias de microondas relativamente bajas. Sus principales ventajas son su estructura simple, bajo costo y alta integración con componentes de montaje superficial. Una línea de microbanda típica se forma utilizando conductores en un lado de un sustrato de capa dieléctrica, formando un único plano de tierra en el otro lado, con aire sobre él. El conductor superior es básicamente un material conductor (generalmente cobre) conformado en un cable estrecho. El ancho de línea, el grosor, la permitividad relativa y la tangente de pérdida dieléctrica del sustrato son parámetros importantes. Además, el grosor del conductor (es decir, el grosor de metalización) y su conductividad también son críticos a frecuencias más altas. Al considerar cuidadosamente estos parámetros y utilizar líneas de microbanda como unidad básica para otros dispositivos, se pueden diseñar muchos dispositivos y componentes de microondas impresos, como filtros, acopladores, divisores/combinadores de potencia, mezcladores, etc. Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia (al pasar a frecuencias de microondas relativamente altas), aumentan las pérdidas de transmisión y se produce radiación. Por lo tanto, se prefieren las guías de onda de tubo hueco, como las guías de onda rectangulares, debido a sus menores pérdidas a frecuencias más altas (sin radiación). El interior de la guía de onda suele ser de aire. Sin embargo, si se desea, se puede rellenar con material dieléctrico, lo que le confiere una sección transversal menor que la de una guía de onda de gas. Sin embargo, las guías de onda de tubo hueco suelen ser voluminosas, pueden ser pesadas, especialmente a bajas frecuencias, requieren mayores requisitos de fabricación, son costosas y no pueden integrarse con estructuras planas impresas.
PRODUCTOS DE ANTENA DE MICROBANDA RFMISO:
RM-MA25527-22,25,5-27 GHz
RM-MA425435-22, 4,25-4,35 GHz
La otra es una estructura de guía híbrida entre una estructura de microcinta y una guía de ondas, denominada guía de ondas integrada en sustrato (SIW). Una SIW es una estructura integrada similar a una guía de ondas, fabricada sobre un material dieléctrico, con conductores en la parte superior e inferior y una matriz lineal de dos vías metálicas que forman las paredes laterales. En comparación con las estructuras de microcinta y guía de ondas, la SIW es rentable, presenta un proceso de fabricación relativamente sencillo y puede integrarse con dispositivos planos. Además, su rendimiento a altas frecuencias es superior al de las estructuras de microcinta y posee las propiedades de dispersión de una guía de ondas. Como se muestra en la Figura 1;
Directrices de diseño de SIW
Las guías de onda integradas en sustrato (SIW) son estructuras integradas similares a guías de onda fabricadas mediante el uso de dos filas de vías metálicas incrustadas en un dieléctrico que conecta dos placas metálicas paralelas. Las filas de orificios pasantes de metal forman las paredes laterales. Esta estructura tiene las características de las líneas de microcinta y las guías de onda. El proceso de fabricación también es similar a otras estructuras planas impresas. Una geometría típica de SIW se muestra en la Figura 2.1, donde su ancho (es decir, la separación entre vías en la dirección lateral (as)), el diámetro de las vías (d) y la longitud de paso (p) se utilizan para diseñar la estructura SIW. Los parámetros geométricos más importantes (mostrados en la Figura 2.1) se explicarán en la siguiente sección. Tenga en cuenta que el modo dominante es TE10, al igual que la guía de onda rectangular. La relación entre la frecuencia de corte fc de las guías de onda rellenas de aire (AFWG) y las guías de onda rellenas de dieléctrico (DFWG) y las dimensiones a y b es el primer punto del diseño de SIW. Para guías de ondas llenas de aire, la frecuencia de corte es la que se muestra en la fórmula siguiente.
Estructura básica y fórmula de cálculo de SIW[1]
Donde c es la velocidad de la luz en el espacio libre, m y n son los modos, a es el tamaño de la guía de onda más grande y b es el tamaño de la guía de onda más pequeña. Cuando la guía de onda funciona en modo TE10, se puede simplificar a fc = c/2a; cuando la guía de onda está llena de dieléctrico, la longitud del lado ancho a se calcula mediante ad = a/Sqrt(εr), donde εr es la constante dieléctrica del medio. Para que la SIW funcione en modo TE10, la separación de agujeros pasantes p, el diámetro d y el lado ancho as deben cumplir la fórmula en la esquina superior derecha de la figura inferior, y también existen fórmulas empíricas de d < λg y p < 2d [2];
donde λg es la longitud de onda de la onda guiada: Al mismo tiempo, el espesor del sustrato no afectará el diseño del tamaño de SIW, pero afectará la pérdida de la estructura, por lo que se deben considerar las ventajas de baja pérdida de los sustratos de alto espesor.
Conversión de microcinta a SIW
Cuando es necesario conectar una estructura de microcinta a una SIW, la transición de microcinta cónica es uno de los métodos de transición preferidos, y suele proporcionar una adaptación de banda ancha en comparación con otras transiciones impresas. Una estructura de transición bien diseñada presenta reflexiones muy bajas, y la pérdida de inserción se debe principalmente a pérdidas dieléctricas y del conductor. La selección del sustrato y los materiales del conductor determina principalmente la pérdida de la transición. Dado que el grosor del sustrato afecta el ancho de la línea de microcinta, los parámetros de la transición cónica deben ajustarse cuando cambia el grosor del sustrato. Otro tipo de guía de onda coplanar conectada a tierra (GCPW) es una estructura de línea de transmisión ampliamente utilizada en sistemas de alta frecuencia. Los conductores laterales cercanos a la línea de transmisión intermedia también sirven como tierra. Ajustando el ancho del alimentador principal y la separación con la tierra lateral, se puede obtener la impedancia característica requerida.
Microstrip a SIW y GCPW a SIW
La figura a continuación muestra un ejemplo del diseño de una microbanda para SIW. El material utilizado es Rogers3003, la constante dieléctrica es de 3,0, el valor de pérdida real es de 0,001 y el espesor es de 0,127 mm. El ancho del alimentador en ambos extremos es de 0,28 mm, que coincide con el ancho del alimentador de la antena. El diámetro del orificio pasante es d = 0,4 mm y el espaciado p = 0,6 mm. El tamaño de la simulación es de 50 mm x 12 mm x 0,127 mm. La pérdida total en la banda de paso es de aproximadamente 1,5 dB (que puede reducirse aún más optimizando el espaciado del lado ancho).
Estructura SIW y sus parámetros S
Distribución del campo eléctrico a 79 GHz
Hora de publicación: 18 de enero de 2024
