Para atender aos requisitos de ângulo da antena do novo produto e compartilhar o molde da placa de circuito impresso da geração anterior, o seguinte layout de antena pode ser usado para atingir um ganho de 14 dBi a 77 GHz e um desempenho de radiação de 3 dB_E/H com largura de feixe de 40°. Utilizando placa Rogers 4830, com espessura de 0,127 mm, Dk = 3,25 e Df = 0,0033.
Configuração da antena
Na figura acima, é utilizada uma antena de grade microstrip. A antena de grade microstrip é uma antena formada por elementos radiantes em cascata e linhas de transmissão compostas por N anéis de microfita. Ela possui estrutura compacta, alto ganho, alimentação simples e facilidade de fabricação, entre outras vantagens. O principal método de polarização é a polarização linear, similar às antenas de microfita convencionais, e pode ser obtida por meio de tecnologia de corrosão. A impedância da grade, a localização da alimentação e a estrutura de interconexão determinam a distribuição de corrente ao longo do arranjo, e as características de radiação dependem da geometria da grade. O tamanho de cada elemento da grade determina a frequência central da antena.
Produtos da série de antenas de matriz RFMISO:
RM-PA7087-43
RM-PA1075145-32
RM-SWA910-22
RM-PA10145-30
Análise de princípios
A corrente que flui na direção vertical do elemento da matriz tem amplitude igual e direção oposta, e a capacidade de radiação é fraca, o que tem pouco impacto no desempenho da antena. Defina a largura da célula l1 como meia onda e ajuste a altura da célula (h) para obter uma diferença de fase de 180° entre a0 e b0. Para radiação perpendicular à antena, a diferença de fase entre os pontos a1 e b1 é de 0°.
Estrutura de elemento de matriz
Estrutura de alimentação
As antenas do tipo grade geralmente utilizam uma estrutura de alimentação coaxial, e o alimentador é conectado à parte traseira da placa de circuito impresso (PCB), portanto, o alimentador precisa ser projetado através de várias camadas. Na prática, haverá um certo erro de precisão, o que afetará o desempenho. Para atender às informações de fase descritas na figura acima, pode-se utilizar uma estrutura de alimentação diferencial planar, com excitação de amplitude igual nas duas portas, mas com uma diferença de fase de 180°.
Estrutura de alimentação coaxial[1]
A maioria das antenas de matriz de grade microstrip utiliza alimentação coaxial. As posições de alimentação da antena de matriz de grade são divididas principalmente em dois tipos: alimentação central (ponto de alimentação 1) e alimentação lateral (pontos de alimentação 2 e 3).
Estrutura típica de matriz em grade
Durante a alimentação pela borda, ondas viajantes percorrem toda a grade da antena de matriz de grade, que é uma matriz unidirecional não ressonante com emissão pela extremidade. A antena de matriz de grade pode ser usada tanto como uma antena de onda viajante quanto como uma antena ressonante. A seleção da frequência, do ponto de alimentação e do tamanho da grade adequados permite que a grade opere em diferentes estados: onda viajante (varredura de frequência) e ressonância (emissão pela borda). Como uma antena de onda viajante, a antena de matriz de grade adota uma forma de alimentação pela borda, com o lado menor da grade ligeiramente maior que um terço do comprimento de onda guiado e o lado maior entre duas e três vezes o comprimento do lado menor. A corrente no lado menor é transmitida para o outro lado, e há uma diferença de fase entre os lados menores. As antenas de grade de onda viajante (não ressonantes) irradiam feixes inclinados que se desviam da direção normal do plano da grade. A direção do feixe muda com a frequência e pode ser usada para varredura de frequência. Quando a antena de matriz de grade é usada como uma antena ressonante, os lados longo e curto da grade são projetados para serem um comprimento de onda condutor e metade de um comprimento de onda condutor da frequência central, e o método de alimentação central é adotado. A corrente instantânea da antena de grade no estado de ressonância apresenta uma distribuição de onda estacionária. A radiação é gerada principalmente pelos lados curtos, com os lados longos atuando como linhas de transmissão. A antena de grade obtém um melhor efeito de radiação, a radiação máxima ocorre no estado de radiação do lado largo e a polarização é paralela ao lado curto da grade. Quando a frequência se desvia da frequência central projetada, o lado curto da grade deixa de ser metade do comprimento de onda guia e ocorre a divisão do feixe no padrão de radiação. [2]
Modelo de matriz e seu padrão 3D
Como mostrado na figura acima da estrutura da antena, onde P1 e P2 estão defasados em 180°, o ADS pode ser usado para simulação esquemática (não modelada neste artigo). Ao alimentar diferencialmente a porta de alimentação, a distribuição de corrente em um único elemento da grade pode ser observada, conforme mostrado na análise de princípio. As correntes na posição longitudinal têm sentidos opostos (cancelamento), e as correntes na posição transversal têm amplitudes iguais e estão em fase (superposição).
Distribuição de corrente em diferentes braços1
Distribuição de corrente em diferentes braços 2
O texto acima apresenta uma breve introdução à antena de grade e o projeto de um arranjo utilizando uma estrutura de alimentação por microfita operando em 77 GHz. De fato, de acordo com os requisitos de detecção por radar, o número de elementos verticais e horizontais da grade pode ser reduzido ou aumentado para se obter um projeto de antena em um ângulo específico. Além disso, o comprimento da linha de transmissão de microfita pode ser modificado na rede de alimentação diferencial para se obter a diferença de fase correspondente.
Data da publicação: 24/01/2024
