Notícias - Conversão de energia em antenas de radar

Em circuitos ou sistemas de micro-ondas, todo o circuito ou sistema é frequentemente composto por muitos dispositivos básicos de micro-ondas, como filtros, acopladores, divisores de potência, etc. Espera-se que, por meio desses dispositivos, seja possível transmitir a potência do sinal de forma eficiente 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 de circuito impresso (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 a conversão de microfita para guia de onda integrado ao substrato (SIW), a conversão de microfita para guia de onda, a conversão de SIW para guia de onda, a conversão de coaxial para guia de onda, a conversão de guia de onda para guia de onda e diferentes tipos de conversão de guia de onda. Este artigo se concentrará no projeto de conversão SIW em microbanda.

Diferentes tipos de estruturas de transporte

MicrofitaA microfita é uma das estruturas de guia de onda mais 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 utilizando condutores em um lado de um substrato com camada dielétrica, formando um plano de aterramento único no outro lado, com ar acima. 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 perda dielétrica 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. Considerando cuidadosamente esses parâmetros e utilizando linhas de microfita como 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 tubulares ocos, como guias de onda retangulares, são preferidos devido às menores perdas em frequências mais altas (sem radiação). O interior do guia de onda é geralmente preenchido com ar. Mas, se desejado, pode ser preenchido com material dielétrico, resultando em uma seção transversal menor do que a de um guia de ondas preenchido com gás. No entanto, os guias de ondas de tubo oco costumam ser volumosos, podem ser pesados, especialmente em frequências mais baixas, exigem requisitos de fabricação mais rigorosos, são caros e não podem ser integrados a estruturas planas impressas.

PRODUTOS DE ANTENA MICROSTRIP RFMISO:

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

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

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 dois furos metálicos formando as paredes laterais. Comparado com as estruturas de microfita e guia de ondas, o SIW é econômico, possui um processo de fabricação relativamente fácil e pode ser integrado com dispositivos planares. Além disso, o desempenho em altas frequências é melhor do que o das estruturas de microfita e possui propriedades de dispersão de guia de ondas. Como mostrado na Figura 1;

Diretrizes de projeto SIW

Guias de onda integrados em substrato (SIWs) são estruturas integradas semelhantes a guias de onda, fabricadas utilizando duas fileiras de vias metálicas embutidas em um dielétrico que conecta duas placas metálicas paralelas. Fileiras de furos metálicos formam as paredes laterais. Essa estrutura possui características tanto de linhas de microfita quanto de guias de onda. O processo de fabricação também é similar ao de outras estruturas planas impressas. Uma geometria típica de SIW é mostrada na Figura 2.1, onde sua largura (ou seja, a separação entre as vias na direção lateral (as)), o diâmetro das vias (d) e o comprimento do passo (p) são utilizados para projetar a estrutura do SIW. Os parâmetros geométricos mais importantes (mostrados na Figura 2.1) serão explicados na próxima seção. Observe que o modo dominante é o TE10, assim como no guia de onda retangular. A relação entre a frequência de corte fc dos guias de onda preenchidos com ar (AFWG) e dos guias de onda preenchidos com dielétrico (DFWG) e as dimensões a e b é o primeiro ponto do projeto de SIW. Para guias de onda preenchidos com ar, a frequência de corte é dada pela fórmula abaixo.

Estrutura básica SIW e fórmula de cálculo[1]

onde c é a velocidade da luz no espaço livre, m e n são os modos, a é o tamanho maior do guia de onda e b é o tamanho menor do guia de onda. Quando o guia de onda funciona no modo TE10, 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 as devem satisfazer a fórmula no canto superior direito da figura abaixo, e também existem 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 da SIW, mas afetará a perda da estrutura, portanto, as vantagens de baixa perda dos substratos de alta espessura devem ser consideradas.

Conversão de microfita para SIW
Quando uma estrutura de microfita precisa ser conectada a uma SIW (linha de transmissão integrada), a transição de microfita cônica é um dos principais métodos de transição preferidos, geralmente proporcionando uma adaptação de banda larga em comparação com outras transições impressas. Uma estrutura de transição bem projetada apresenta baixíssima reflexão, e a perda de inserção é causada principalmente por perdas dielétricas e do condutor. A seleção dos materiais do substrato e do condutor determina principalmente a perda da transição. Como a espessura do substrato limita a largura da linha de microfita, os parâmetros da transição cônica devem ser ajustados quando a espessura do substrato varia. 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 terra. Ajustando a largura do alimentador principal e a distância até o terra lateral, a impedância característica desejada pode ser obtida.

Microfita para SIW e GCPW para SIW

A figura abaixo é um exemplo do projeto de uma microfita para SIW (Sistema Integrado de Ondas). O material utilizado é o Rogers3003, com constante dielétrica de 3,0, perda real de 0,001 e espessura de 0,127 mm. A largura do alimentador em ambas as extremidades é de 0,28 mm, correspondendo à largura do alimentador da antena. O diâmetro do furo passante é d = 0,4 mm e o espaçamento p = 0,6 mm. As dimensões da simulação são 50 mm × 12 mm × 0,127 mm. A perda total na banda de passagem é de aproximadamente 1,5 dB (que pode ser ainda mais reduzida otimizando o espaçamento lateral).