Noticias - Conversión de energía en antenas de radar

En los circuitos o sistemas de microondas, el circuito o sistema completo suele estar 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 del vehículo, la conversión de energía implica principalmente la transferencia de energía desde el chip al alimentador en la placa PCB, la transferencia del alimentador al cuerpo de la antena y la radiación eficiente de energía por la antena. En todo el proceso de transferencia de energía, una parte importante es el diseño del convertidor. Los convertidores en sistemas de ondas milimétricas incluyen principalmente la conversión de microcinta a guía de onda integrada en sustrato (SIW), la conversión de microcinta 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 artículo se centrará en el diseño de conversión SIW de microbanda.

Diferentes tipos de estructuras de transporte

Microtiraes una de las estructuras de guía más utilizadas en frecuencias de microondas relativamente bajas. Sus principales ventajas son su estructura simple, bajo costo y alta integración con componentes de montaje superficial. Una línea microstrip 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 por encima. El conductor superior es básicamente un material conductor (generalmente cobre) con forma de hilo delgado. El ancho de línea, el espesor, la permitividad relativa y la tangente de pérdida dieléctrica del sustrato son parámetros importantes. Además, el espesor del conductor (es decir, el espesor de la metalización) y la conductividad del conductor también son críticos a frecuencias más altas. Al considerar cuidadosamente estos parámetros y utilizar líneas microstrip 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), las pérdidas de transmisión aumentan y se produce radiación. Por lo tanto, se prefieren las guías de onda de tubo hueco, como las guías de onda rectangulares, debido a las menores pérdidas a frecuencias más altas (sin radiación). El interior de la guía de onda suele ser aire. Si se desea, se puede rellenar con material dieléctrico, lo que le confiere una sección transversal menor que la de una guía de ondas rellena de gas. Sin embargo, las guías de ondas tubulares huecas suelen ser voluminosas, pesadas (especialmente a bajas frecuencias), requieren procesos de fabricación más exigentes, son costosas y no se pueden integrar con estructuras planas impresas.

PRODUCTOS DE ANTENAS MICROSTRIP DE RFMISO:

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

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 onda, llamada guía de onda integrada en sustrato (SIW). Una SIW es una estructura integrada similar a una guía de onda 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 onda, la SIW es rentable, tiene un proceso de fabricación relativamente sencillo y se puede integrar con dispositivos planares. Además, el rendimiento a altas frecuencias es mejor que el de las estructuras de microcinta y tiene propiedades de dispersión de guía de onda. 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 dos filas de vías metálicas incrustadas en un dieléctrico que conecta dos placas metálicas paralelas. Las paredes laterales están formadas por filas de orificios pasantes metálicos. Esta estructura presenta características tanto de líneas microstrip como de guías de onda. El proceso de fabricación es similar al de otras estructuras planas impresas. En la Figura 2.1 se muestra una geometría típica de SIW, 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. Cabe destacar que el modo dominante es TE10, al igual que en 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 las guías de onda rellenas de aire, la frecuencia de corte 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 larga y b es el tamaño de la guía de onda más corta. 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 SIW funcione en modo TE10, el espaciado del orificio pasante p, el diámetro d y el lado ancho as deben satisfacer la fórmula en la parte superior derecha de la figura siguiente, y también hay 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 SIW, pero sí afectará la pérdida de la estructura, por lo que se deben considerar las ventajas de baja pérdida de los sustratos de gran espesor.

Conversión de microcinta a SIW
Cuando se necesita conectar una estructura de microcinta a una SIW, la transición de microcinta cónica es uno de los métodos de transición preferidos, y generalmente proporciona una adaptación de banda ancha en comparación con otras transiciones impresas. Una estructura de transición bien diseñada tiene reflexiones muy bajas, y la pérdida de inserción se debe principalmente a las pérdidas dieléctricas y del conductor. La selección de los materiales del sustrato y del conductor determina principalmente la pérdida de la transición. Dado que el grosor del sustrato limita 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 con tierra (GCPW) también 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 a la tierra lateral, se puede obtener la impedancia característica requerida.

Microcinta a SIW y GCPW a SIW

La figura siguiente muestra un ejemplo del diseño de una microcinta a SIW. El medio utilizado es Rogers3003, con una constante dieléctrica de 3,0, una pérdida real de 0,001 y un espesor de 0,127 mm. El ancho del alimentador en ambos extremos es de 0,28 mm, lo que coincide con el ancho del alimentador de la antena. El diámetro del orificio pasante es d = 0,4 mm y la separación p = 0,6 mm. El tamaño de la simulación es de 50 mm × 12 mm × 0,127 mm. La pérdida total en la banda de paso es de aproximadamente 1,5 dB (que puede reducirse aún más optimizando la separación del lado más ancho).