ข่าวสาร - การแปลงพลังงานในเสาอากาศเรดาร์

ในวงจรหรือระบบไมโครเวฟ วงจรหรือระบบทั้งหมดมักประกอบด้วยอุปกรณ์ไมโครเวฟพื้นฐานหลายอย่าง เช่น ตัวกรอง คัปเปลอร์ ตัวแบ่งกำลัง ฯลฯ หวังว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะช่วยให้ส่งกำลังสัญญาณจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยมีการสูญเสียให้น้อยที่สุด

ในระบบเรดาร์ของยานพาหนะทั้งหมด การแปลงพลังงานเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากชิปไปยังฟีดเดอร์บนแผงวงจรพิมพ์ การถ่ายโอนฟีดเดอร์ไปยังตัวเสาอากาศ และการแผ่พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพโดยเสาอากาศ ในกระบวนการถ่ายโอนพลังงานทั้งหมด ส่วนสำคัญคือการออกแบบตัวแปลง ตัวแปลงในระบบคลื่นมิลลิเมตรประกอบด้วยการแปลงไมโครสตริปเป็นเวฟไกด์แบบบูรณาการ (SIW) การแปลงไมโครสตริปเป็นเวฟไกด์ การแปลง SIW เป็นเวฟไกด์ การแปลงโคแอกเซียลเป็นเวฟไกด์ การแปลงเวฟไกด์เป็นเวฟไกด์ และการแปลงเวฟไกด์ประเภทต่างๆ ฉบับนี้จะเน้นที่การออกแบบการแปลง SIW ของไมโครแบนด์

โครงสร้างการขนส่งมีหลายประเภท

ไมโครสตริปเป็นโครงสร้างนำทางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดชนิดหนึ่งในความถี่ไมโครเวฟที่ค่อนข้างต่ำ ข้อดีหลักคือโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และการผสานรวมที่สูงกับส่วนประกอบแบบติดตั้งบนพื้นผิว เส้นไมโครสตริปทั่วไปจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวนำที่ด้านหนึ่งของพื้นผิวชั้นไดอิเล็กทริก โดยสร้างระนาบกราวด์เดียวที่อีกด้านหนึ่ง โดยมีอากาศอยู่เหนือมัน ตัวนำด้านบนเป็นวัสดุตัวนำพื้นฐาน (โดยปกติคือทองแดง) ที่ถูกขึ้นรูปเป็นลวดแคบ ความกว้างของเส้น ความหนา ค่าสัมพัทธ์ของค่าการอนุญาต และค่าแทนเจนต์การสูญเสียไดอิเล็กทริกของพื้นผิวเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ นอกจากนี้ ความหนาของตัวนำ (เช่น ความหนาของโลหะ) และค่าการนำไฟฟ้าของตัวนำยังมีความสำคัญในความถี่ที่สูงขึ้นอีกด้วย โดยการพิจารณาพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างรอบคอบและใช้เส้นไมโครสตริปเป็นหน่วยพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อื่นๆ จึงสามารถออกแบบอุปกรณ์และส่วนประกอบไมโครเวฟแบบพิมพ์ได้มากมาย เช่น ตัวกรอง คัปเปลอร์ ตัวแบ่ง/ตัวรวมกำลังไฟฟ้า มิกเซอร์ เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น (เมื่อย้ายไปที่ความถี่ไมโครเวฟที่ค่อนข้างสูง) การสูญเสียในการส่งสัญญาณจะเพิ่มขึ้นและเกิดการแผ่รังสี ดังนั้นท่อนำคลื่นแบบกลวง เช่น ท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยมจึงเป็นที่นิยมเนื่องจากการสูญเสียพลังงานน้อยกว่าที่ความถี่สูง (ไม่มีการแผ่รังสี) ภายในท่อนำคลื่นมักเป็นอากาศ แต่ถ้าต้องการก็สามารถเติมวัสดุไดอิเล็กตริกเข้าไปได้ ทำให้มีหน้าตัดเล็กกว่าท่อนำคลื่นแบบเติมก๊าซ อย่างไรก็ตาม ท่อนำคลื่นแบบกลวงมักจะมีขนาดใหญ่ อาจมีน้ำหนักมาก โดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำ ต้องมีข้อกำหนดด้านการผลิตที่สูงกว่า และมีราคาแพง และไม่สามารถรวมเข้ากับโครงสร้างพิมพ์แบบระนาบได้

ผลิตภัณฑ์เสาอากาศไมโครสตริป RFMISO：

RM-MA25527-22,25.5-27กิกะเฮิร์ตซ์

ความถี่: RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz

โครงสร้างแบบไฮบริดอีกแบบหนึ่งคือโครงสร้างการนำทางแบบผสมระหว่างโครงสร้างไมโครสตริปและท่อนำคลื่น เรียกว่าท่อนำคลื่นแบบรวมพื้นผิว (SIW) SIW เป็นโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นแบบรวมที่สร้างขึ้นจากวัสดุไดอิเล็กทริก โดยมีตัวนำอยู่ด้านบนและด้านล่าง และมีผนังด้านข้างเป็นแถวตรงของรูโลหะสองรู เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างไมโครสตริปและท่อนำคลื่นแล้ว SIW นั้นมีต้นทุนต่ำ มีกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย และสามารถผสานเข้ากับอุปกรณ์แบบระนาบได้ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพที่ความถี่สูงยังดีกว่าโครงสร้างไมโครสตริปและมีคุณสมบัติการกระจายตัวของท่อนำคลื่น ดังที่แสดงในรูปที่ 1

แนวทางการออกแบบ SIW

ท่อนำคลื่นแบบบูรณาการของซับสเตรต (SIWs) เป็นโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นแบบบูรณาการที่สร้างขึ้นโดยใช้ท่อโลหะสองแถวฝังอยู่ในตัวนำไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแผ่นโลหะขนานสองแผ่น แถวของโลหะที่ทะลุผ่านรูจะสร้างผนังด้านข้าง โครงสร้างนี้มีลักษณะเฉพาะของเส้นไมโครสตริปและท่อนำคลื่น กระบวนการผลิตยังคล้ายกับโครงสร้างแบนพิมพ์อื่นๆ เรขาคณิต SIW ทั่วไปแสดงอยู่ในรูปที่ 2.1 โดยใช้ความกว้าง (เช่น ระยะห่างระหว่างท่อในทิศทางด้านข้าง (as)) เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ (d) และความยาวพิทช์ (p) ในการออกแบบโครงสร้าง SIW พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตที่สำคัญที่สุด (แสดงในรูปที่ 2.1) จะอธิบายไว้ในหัวข้อถัดไป โปรดทราบว่าโหมดที่โดดเด่นคือ TE10 เช่นเดียวกับท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยม ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ตัด fc ของท่อนำคลื่นที่เติมอากาศ (AFWG) และท่อนำคลื่นที่เติมไดอิเล็กทริก (DFWG) และมิติ a และ b เป็นจุดแรกของการออกแบบ SIW สำหรับท่อนำคลื่นที่เติมอากาศ ความถี่ตัดจะเป็นไปตามที่แสดงในสูตรด้านล่าง

โครงสร้างพื้นฐาน SIW และสูตรการคำนวณ[1]

โดยที่ c คือความเร็วแสงในอวกาศว่าง m และ n คือโหมด a คือขนาดท่อนำคลื่นที่ยาวกว่า และ b คือขนาดท่อนำคลื่นที่สั้นกว่า เมื่อท่อนำคลื่นทำงานในโหมด TE10 สามารถลดรูปให้เหลือ fc=c/2a เมื่อท่อนำคลื่นถูกเติมด้วยไดอิเล็กตริก ความยาวด้านกว้าง a จะคำนวณได้จาก ad=a/Sqrt(εr) โดยที่ εr คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลาง เพื่อให้ SIW ทำงานในโหมด TE10 ระยะห่างระหว่างรูทะลุ p เส้นผ่านศูนย์กลาง d และด้านกว้างควรเป็นไปตามสูตรที่ด้านบนขวาของรูปด้านล่าง และยังมีสูตรเชิงประจักษ์ของ d<λg และ p<2d [2] ด้วย

โดยที่ λg คือความยาวคลื่นของคลื่นนำทาง: ในขณะเดียวกัน ความหนาของพื้นผิวจะไม่ส่งผลต่อการออกแบบขนาด SIW แต่จะส่งผลต่อการสูญเสียโครงสร้าง ดังนั้นจึงควรพิจารณาข้อดีของการสูญเสียต่ำของพื้นผิวที่มีความหนาสูง

การแปลงไมโครสตริปเป็น SIW
เมื่อโครงสร้างไมโครสตริปจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับ SIW การเปลี่ยนผ่านไมโครสตริปแบบเรียวเป็นหนึ่งในวิธีการเปลี่ยนผ่านที่ต้องการหลัก และการเปลี่ยนผ่านแบบเรียวมักจะให้การจับคู่แบนด์วิดท์กว้างเมื่อเทียบกับการเปลี่ยนผ่านแบบพิมพ์อื่นๆ โครงสร้างการเปลี่ยนผ่านที่ออกแบบมาอย่างดีจะมีการสะท้อนที่ต่ำมาก และการสูญเสียการแทรกเกิดจากการสูญเสียไดอิเล็กทริกและตัวนำเป็นหลัก การเลือกวัสดุพื้นผิวและวัสดุตัวนำส่วนใหญ่จะกำหนดการสูญเสียการเปลี่ยนผ่าน เนื่องจากความหนาของพื้นผิวขัดขวางความกว้างของเส้นไมโครสตริป จึงควรปรับพารามิเตอร์ของการเปลี่ยนผ่านแบบเรียวเมื่อความหนาของพื้นผิวเปลี่ยนแปลง ท่อนำคลื่นร่วมระนาบแบบต่อลงดินอีกประเภทหนึ่ง (GCPW) ยังเป็นโครงสร้างสายส่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบความถี่สูง ตัวนำด้านข้างที่อยู่ใกล้กับสายส่งกลางยังทำหน้าที่เป็นสายดินอีกด้วย โดยการปรับความกว้างของฟีดเดอร์หลักและช่องว่างกับสายดินด้านข้าง จะสามารถได้ค่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะที่ต้องการ

ไมโครสตริปถึง SIW และ GCPW ถึง SIW

รูปด้านล่างเป็นตัวอย่างการออกแบบไมโครสตริปสำหรับ SIW ตัวกลางที่ใช้คือ Rogers3003 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกคือ 3.0 ค่าการสูญเสียที่แท้จริงคือ 0.001 และความหนาคือ 0.127 มม. ความกว้างของตัวป้อนทั้งสองด้านคือ 0.28 มม. ซึ่งตรงกับความกว้างของตัวป้อนเสาอากาศ เส้นผ่านศูนย์กลางรูทะลุคือ d = 0.4 มม. และระยะห่าง p = 0.6 มม. ขนาดจำลองคือ 50 มม. * 12 มม. * 0.127 มม. การสูญเสียโดยรวมในแถบผ่านคือประมาณ 1.5dB (ซึ่งสามารถลดลงได้อีกโดยการปรับระยะห่างด้านกว้างให้เหมาะสม)