ข่าว - การแปลงพลังงานในเสาอากาศเรดาร์

ในวงจรหรือระบบไมโครเวฟ วงจรหรือระบบทั้งหมดมักประกอบด้วยอุปกรณ์ไมโครเวฟพื้นฐานหลายอย่าง เช่น ตัวกรอง ข้อต่อ ตัวแบ่งกำลัง ฯลฯ หวังว่าผ่านอุปกรณ์เหล่านี้ จะสามารถส่งสัญญาณพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ อีกอันหนึ่งมีการสูญเสียน้อยที่สุด

ในระบบเรดาร์ของยานพาหนะทั้งหมด การแปลงพลังงานส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากชิปไปยังตัวป้อนบนบอร์ด PCB การถ่ายโอนของตัวป้อนไปยังตัวเสาอากาศ และการแผ่รังสีพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพโดยเสาอากาศ ในกระบวนการถ่ายโอนพลังงานทั้งหมด ส่วนสำคัญคือการออกแบบคอนเวอร์เตอร์ ตัวแปลงในระบบคลื่นมิลลิเมตรส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแปลงไมโครสตริปเป็นท่อนำคลื่นแบบรวม (SIW) การแปลงไมโครสตริปเป็นท่อนำคลื่น การแปลง SIW เป็นท่อนำคลื่น การแปลงโคแอกเซียลเป็นท่อนำคลื่น ท่อนำคลื่นเป็นการแปลงท่อนำคลื่น และการแปลงท่อนำคลื่นประเภทต่างๆ ฉบับนี้จะเน้นที่การออกแบบการแปลง SIW ของไมโครแบนด์

โครงสร้างการขนส่งประเภทต่างๆ

ไมโครสตริปเป็นหนึ่งในโครงสร้างนำทางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดที่ความถี่ไมโครเวฟที่ค่อนข้างต่ำ ข้อได้เปรียบหลักคือ โครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และการผสานรวมสูงกับส่วนประกอบยึดพื้นผิว เส้นไมโครสตริปทั่วไปถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวนำที่ด้านหนึ่งของซับสเตรตชั้นไดอิเล็กทริก ทำให้เกิดระนาบกราวด์เดี่ยวที่อีกด้านหนึ่ง โดยมีอากาศอยู่เหนือเส้นนั้น ตัวนำด้านบนนั้นเป็นวัสดุนำไฟฟ้า (โดยปกติจะเป็นทองแดง) ที่มีรูปร่างเป็นเส้นลวดแคบ ความกว้างของเส้น ความหนา การอนุญาตสัมพัทธ์ และแทนเจนต์การสูญเสียอิเล็กทริกของซับสเตรตเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ นอกจากนี้ ความหนาของตัวนำ (เช่น ความหนาของโลหะ) และสภาพการนำไฟฟ้าของตัวนำก็มีความสำคัญเช่นกันที่ความถี่ที่สูงขึ้น ด้วยการพิจารณาพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างรอบคอบและการใช้สายไมโครสตริปเป็นหน่วยพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อื่นๆ ทำให้สามารถออกแบบอุปกรณ์ไมโครเวฟและส่วนประกอบที่พิมพ์ออกมาจำนวนมากได้ เช่น ตัวกรอง ข้อต่อ ตัวแบ่งกำลัง/ตัวรวม เครื่องผสม ฯลฯ อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น (เมื่อย้ายไปยัง ความถี่ไมโครเวฟที่ค่อนข้างสูง) การสูญเสียการส่งผ่านจะเพิ่มขึ้นและการแผ่รังสีเกิดขึ้น ดังนั้น ท่อนำคลื่นแบบท่อกลวง เช่น ท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยมจึงเป็นที่ต้องการ เนื่องจากมีการสูญเสียเล็กน้อยที่ความถี่สูงกว่า (ไม่มีการแผ่รังสี) โดยทั่วไปแล้วท่อนำคลื่นด้านในจะเป็นอากาศ แต่หากต้องการ ก็สามารถเติมวัสดุอิเล็กทริกได้ ซึ่งจะทำให้มีหน้าตัดเล็กกว่าท่อนำคลื่นที่เติมแก๊ส อย่างไรก็ตาม ท่อนำคลื่นแบบท่อกลวงมักจะเทอะทะ อาจมีน้ำหนักมากโดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำ ต้องการข้อกำหนดในการผลิตที่สูงขึ้น และมีราคาแพง และไม่สามารถรวมเข้ากับโครงสร้างการพิมพ์แบบระนาบได้

ผลิตภัณฑ์เสาอากาศไมโครสตริป RFMISO：

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz

อีกประการหนึ่งคือโครงสร้างการนำทางแบบผสมระหว่างโครงสร้างไมโครสตริปและท่อนำคลื่น เรียกว่าท่อนำคลื่นแบบรวมซับสเตรต (SIW) SIW เป็นโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นแบบบูรณาการที่สร้างขึ้นบนวัสดุอิเล็กทริก โดยมีตัวนำที่ด้านบนและด้านล่าง และมีอาร์เรย์เชิงเส้นของจุดผ่านโลหะสองอันที่สร้างผนังด้านข้าง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างไมโครสตริปและท่อนำคลื่น SIW คุ้มค่า มีกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย และสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ระนาบได้ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพที่ความถี่สูงยังดีกว่าโครงสร้างไมโครสตริป และมีคุณสมบัติการกระจายตัวของท่อนำคลื่น ดังแสดงในรูปที่ 1;

แนวทางการออกแบบ SIW

ท่อนำคลื่นแบบรวมของพื้นผิว (SIW) เป็นโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นแบบรวมที่สร้างขึ้นโดยใช้จุดผ่านโลหะสองแถวที่ฝังอยู่ในไดอิเล็กทริกที่เชื่อมต่อแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกัน แถวของโลหะที่ทะลุผ่านรูก่อตัวเป็นผนังด้านข้าง โครงสร้างนี้มีลักษณะของเส้นไมโครสตริปและท่อนำคลื่น กระบวนการผลิตยังคล้ายกับโครงสร้างแบนพิมพ์ลายอื่นๆ เรขาคณิต SIW โดยทั่วไปแสดงในรูปที่ 2.1 โดยที่ความกว้าง (เช่น การแยกระหว่างจุดแวะในทิศทางด้านข้าง (as)) เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดแวะ (d) และความยาวพิตช์ (p) ถูกนำมาใช้ในการออกแบบโครงสร้าง SIW พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตที่สำคัญที่สุด (แสดงในรูปที่ 2.1) จะมีการอธิบายไว้ในส่วนถัดไป โปรดทราบว่าโหมดหลักคือ TE10 เช่นเดียวกับท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยม ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่จุดตัด fc ของท่อนำคลื่นแบบเติมอากาศ (AFWG) และท่อนำคลื่นแบบเติมไดอิเล็กตริก (DFWG) และขนาด a และ b เป็นจุดแรกของการออกแบบ SIW สำหรับท่อนำคลื่นแบบเติมอากาศ ความถี่จุดตัดจะแสดงในสูตรด้านล่าง

โครงสร้างพื้นฐาน SIW และสูตรการคำนวณ[1]

โดยที่ c คือความเร็วแสงในพื้นที่ว่าง m และ n คือโหมด a คือขนาดท่อนำคลื่นที่ยาวกว่า และ b คือขนาดท่อนำคลื่นที่สั้นกว่า เมื่อท่อนำคลื่นทำงานในโหมด TE10 สามารถปรับให้ง่ายขึ้นเป็น fc=c/2a; เมื่อท่อนำคลื่นเต็มไปด้วยอิเล็กทริก ความยาวด้านโจมตี a จะถูกคำนวณโดย ad=a/Sqrt(εr) โดยที่ εr คือค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลาง เพื่อให้ SIW ทำงานในโหมด TE10 ระยะห่างของรูทะลุ p, เส้นผ่านศูนย์กลาง d และด้านกว้างควรเป็นไปตามสูตรที่มุมขวาบนของรูปด้านล่าง และยังมีสูตรเชิงประจักษ์ของ d<γg และ p<2d [ 2];

โดยที่ γg คือความยาวคลื่นของคลื่นนำทาง: ในเวลาเดียวกัน ความหนาของซับสเตรตจะไม่ส่งผลต่อการออกแบบขนาด SIW แต่จะส่งผลต่อการสูญเสียโครงสร้าง ดังนั้นควรพิจารณาข้อดีการสูญเสียต่ำของซับสเตรตที่มีความหนาสูง .

การแปลงไมโครสตริปเป็น SIW
เมื่อจำเป็นต้องเชื่อมต่อโครงสร้างไมโครสตริปกับ SIW การเปลี่ยนผ่านไมโครสตริปแบบเรียวเป็นหนึ่งในวิธีการเปลี่ยนผ่านหลักที่ต้องการ และการเปลี่ยนผ่านแบบเทเปอร์มักจะให้การจับคู่บรอดแบนด์เมื่อเปรียบเทียบกับการเปลี่ยนผ่านการพิมพ์อื่นๆ โครงสร้างทรานซิชันที่ออกแบบมาอย่างดีมีการสะท้อนต่ำมาก และการสูญเสียการแทรกมีสาเหตุหลักมาจากการสูญเสียอิเล็กทริกและตัวนำ การเลือกวัสดุพิมพ์และวัสดุตัวนำส่วนใหญ่จะกำหนดการสูญเสียการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากความหนาของวัสดุพิมพ์เป็นอุปสรรคต่อความกว้างของเส้นไมโครสตริป จึงควรปรับพารามิเตอร์ของการเปลี่ยนผ่านแบบเรียวเมื่อความหนาของวัสดุพิมพ์เปลี่ยนแปลง ท่อนำคลื่น coplanar (GCPW) แบบต่อสายดินอีกประเภทหนึ่งยังเป็นโครงสร้างสายส่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบความถี่สูง ตัวนำด้านข้างที่อยู่ใกล้กับสายส่งกลางยังทำหน้าที่เป็นกราวด์ด้วย ด้วยการปรับความกว้างของตัวป้อนหลักและช่องว่างกับกราวด์ด้านข้าง จึงสามารถรับอิมพีแดนซ์คุณลักษณะที่ต้องการได้

ไมโครสตริปเป็น SIW และ GCPW ถึง SIW

รูปด้านล่างเป็นตัวอย่างการออกแบบไมโครสตริปเป็น SIW สื่อที่ใช้คือ Rogers3003 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกคือ 3.0 ค่าการสูญเสียที่แท้จริงคือ 0.001 และความหนาคือ 0.127 มม. ความกว้างของตัวป้อนที่ปลายทั้งสองข้างคือ 0.28 มม. ซึ่งตรงกับความกว้างของตัวป้อนเสาอากาศ เส้นผ่านศูนย์กลางรูทะลุคือ d=0.4 มม. และระยะห่าง p=0.6 มม. ขนาดจำลองคือ 50 มม.* 12 มม.* 0.127 มม. การสูญเสียโดยรวมในพาสแบนด์คือประมาณ 1.5dB (ซึ่งสามารถลดลงได้อีกโดยการปรับระยะห่างด้านกว้างให้เหมาะสม)