Notícias - Conversão de energia em antenas de radar

Em circuitos ou sistemas de micro-ondas, todo o circuito ou sistema é frequentemente composto de muitos dispositivos básicos de micro-ondas, como filtros, acopladores, divisores de potência, etc. Espera-se que, por meio desses dispositivos, seja possível transmitir eficientemente a potência do sinal de um ponto a outro com perda mínima;

Em todo o sistema de radar veicular, a conversão de energia envolve principalmente a transferência de energia do chip para o alimentador na placa PCB, a transferência do alimentador para o corpo da antena e a radiação eficiente de energia pela antena. Em todo o processo de transferência de energia, uma parte importante é o projeto do conversor. Os conversores em sistemas de ondas milimétricas incluem principalmente conversão de microfita para guia de onda integrado ao substrato (SIW), conversão de microfita para guia de onda, conversão de SIW para guia de onda, conversão de coaxial para guia de onda, conversão de guia de onda para guia de onda e diferentes tipos de conversão de guia de onda. Esta edição se concentrará no projeto de conversão de SIW em microbanda.

Diferentes tipos de estruturas de transporte

Microstripé uma das estruturas de guia mais amplamente utilizadas em frequências de micro-ondas relativamente baixas. Suas principais vantagens são a estrutura simples, o baixo custo e a alta integração com componentes de montagem em superfície. Uma linha de microfita típica é formada usando condutores em um lado de um substrato de camada dielétrica, formando um único plano de aterramento no outro lado, com ar acima dele. O condutor superior é basicamente um material condutor (geralmente cobre) moldado em um fio estreito. A largura da linha, a espessura, a permissividade relativa e a tangente de perdas dielétricas do substrato são parâmetros importantes. Além disso, a espessura do condutor (ou seja, a espessura da metalização) e a condutividade do condutor também são críticas em frequências mais altas. Ao considerar cuidadosamente esses parâmetros e usar linhas de micro-fita como a unidade básica para outros dispositivos, muitos dispositivos e componentes de micro-ondas impressos podem ser projetados, como filtros, acopladores, divisores/combinadores de potência, misturadores, etc. No entanto, à medida que a frequência aumenta (ao passar para frequências de micro-ondas relativamente altas), as perdas de transmissão aumentam e ocorre radiação. Portanto, guias de onda de tubo oco, como guias de onda retangulares, são preferidos devido às menores perdas em frequências mais altas (sem radiação). O interior do guia de ondas geralmente é composto de ar. Mas, se desejado, ele pode ser preenchido com material dielétrico, o que lhe confere uma seção transversal menor do que um guia de ondas preenchido com gás. No entanto, guias de ondas de tubo oco costumam ser volumosos, podem ser pesados, especialmente em frequências mais baixas, exigem requisitos de fabricação mais elevados, são caros e não podem ser integrados a estruturas impressas planas.

PRODUTOS DE ANTENA MICROSTRIP RFMISO:

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

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

A outra é uma estrutura de guia híbrida entre uma estrutura de microfita e um guia de ondas, chamada de guia de ondas integrado ao substrato (SIW). Um SIW é uma estrutura integrada semelhante a um guia de ondas, fabricada em um material dielétrico, com condutores na parte superior e inferior e uma matriz linear de duas vias metálicas formando as paredes laterais. Comparado às estruturas de microfita e guia de ondas, o SIW é econômico, possui um processo de fabricação relativamente fácil e pode ser integrado a dispositivos planares. Além disso, o desempenho em altas frequências é superior ao das estruturas de microfita e possui propriedades de dispersão de guia de ondas. Conforme mostrado na Figura 1;

Diretrizes de projeto SIW

Guias de onda integrados ao substrato (SIWs) são estruturas integradas semelhantes a guias de onda fabricadas usando duas fileiras de vias metálicas embutidas em um dielétrico conectando duas placas metálicas paralelas. Fileiras de furos passantes de metal formam as paredes laterais. Essa estrutura tem as características de linhas de microfita e guias de onda. O processo de fabricação também é semelhante a outras estruturas planas impressas. Uma geometria SIW típica é mostrada na Figura 2.1, onde sua largura (ou seja, a separação entre vias na direção lateral (as)), o diâmetro das vias (d) e o comprimento do passo (p) são usados para projetar a estrutura SIW. Os parâmetros geométricos mais importantes (mostrados na Figura 2.1) serão explicados na próxima seção. Observe que o modo dominante é TE10, assim como o guia de onda retangular. A relação entre a frequência de corte fc de guias de onda preenchidos com ar (AFWG) e guias de onda preenchidos com dielétrico (DFWG) e as dimensões a e b é o primeiro ponto do projeto SIW. Para guias de onda cheios de ar, a frequência de corte é mostrada na fórmula abaixo

Estrutura básica e fórmula de cálculo do SIW[1]

onde c é a velocidade da luz no espaço livre, m e n são os modos, a é o tamanho do guia de onda maior e b é o tamanho do guia de onda menor. Quando o guia de onda funciona no modo TE10, ele pode ser simplificado para fc = c / 2a; quando o guia de onda é preenchido com dielétrico, o comprimento do lado largo a é calculado por ad = a / Sqrt (εr), onde εr é a constante dielétrica do meio; para fazer o SIW funcionar no modo TE10, o espaçamento do furo passante p, o diâmetro d e o lado largo como devem satisfazer a fórmula no canto superior direito da figura abaixo, e também há fórmulas empíricas de d < λg e p < 2d [2];

onde λg é o comprimento de onda da onda guiada: Ao mesmo tempo, a espessura do substrato não afetará o projeto do tamanho do SIW, mas afetará a perda da estrutura, portanto, as vantagens de baixa perda de substratos de alta espessura devem ser consideradas.

Conversão de microfita para SIW
Quando uma estrutura de microfita precisa ser conectada a um SIW, a transição de microfita cônica é um dos principais métodos de transição preferidos, e a transição cônica geralmente fornece uma correspondência de banda larga em comparação com outras transições impressas. Uma estrutura de transição bem projetada tem reflexões muito baixas, e a perda de inserção é causada principalmente por perdas dielétricas e no condutor. A seleção do substrato e dos materiais condutores determina principalmente a perda da transição. Como a espessura do substrato dificulta a largura da linha de microfita, os parâmetros da transição cônica devem ser ajustados quando a espessura do substrato muda. Outro tipo de guia de onda coplanar aterrado (GCPW) também é uma estrutura de linha de transmissão amplamente utilizada em sistemas de alta frequência. Os condutores laterais próximos à linha de transmissão intermediária também servem como aterramento. Ajustando a largura do alimentador principal e a lacuna para o aterramento lateral, a impedância característica necessária pode ser obtida.

Microstrip para SIW e GCPW para SIW

A figura abaixo é um exemplo do projeto de microfita para SIW. O meio utilizado é Rogers3003, a constante dielétrica é 3,0, o valor da perda real é 0,001 e a espessura é 0,127 mm. A largura do alimentador em ambas as extremidades é de 0,28 mm, que corresponde à largura do alimentador da antena. O diâmetro do furo passante é d = 0,4 mm e o espaçamento p = 0,6 mm. O tamanho da simulação é 50 mm x 12 mm x 0,127 mm. A perda total na banda passante é de cerca de 1,5 dB (que pode ser ainda mais reduzida otimizando o espaçamento lateral largo).