ในวงจรหรือระบบไมโครเวฟ วงจรหรือระบบทั้งหมดมักประกอบด้วยอุปกรณ์ไมโครเวฟพื้นฐานหลายอย่าง เช่น ตัวกรอง ข้อต่อ ตัวแบ่งกำลัง ฯลฯ หวังว่าผ่านอุปกรณ์เหล่านี้ จะสามารถส่งสัญญาณพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ อีกอันหนึ่งมีการสูญเสียน้อยที่สุด
ในระบบเรดาร์ของยานพาหนะทั้งหมด การแปลงพลังงานส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากชิปไปยังตัวป้อนบนบอร์ด PCB การถ่ายโอนของตัวป้อนไปยังตัวเสาอากาศ และการแผ่รังสีพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพโดยเสาอากาศในกระบวนการถ่ายโอนพลังงานทั้งหมด ส่วนสำคัญคือการออกแบบคอนเวอร์เตอร์ตัวแปลงในระบบคลื่นมิลลิเมตรส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแปลงไมโครสตริปเป็นท่อนำคลื่นแบบรวม (SIW) การแปลงไมโครสตริปเป็นท่อนำคลื่น การแปลง SIW เป็นท่อนำคลื่น การแปลงโคแอกเซียลเป็นท่อนำคลื่น ท่อนำคลื่นเป็นการแปลงท่อนำคลื่น และการแปลงท่อนำคลื่นประเภทต่างๆฉบับนี้จะเน้นที่การออกแบบการแปลง SIW ของไมโครแบนด์
โครงสร้างการขนส่งประเภทต่างๆ
ไมโครสตริปเป็นหนึ่งในโครงสร้างนำทางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดที่ความถี่ไมโครเวฟที่ค่อนข้างต่ำข้อได้เปรียบหลักคือ โครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และการผสานรวมสูงกับส่วนประกอบยึดพื้นผิวเส้นไมโครสตริปทั่วไปถูกสร้างขึ้นโดยใช้ตัวนำที่ด้านหนึ่งของซับสเตรตชั้นไดอิเล็กทริก ทำให้เกิดระนาบกราวด์เดี่ยวที่อีกด้านหนึ่ง โดยมีอากาศอยู่เหนือเส้นนั้นตัวนำด้านบนนั้นเป็นวัสดุนำไฟฟ้า (โดยปกติจะเป็นทองแดง) ที่มีรูปร่างเป็นเส้นลวดแคบความกว้างของเส้น ความหนา การอนุญาตสัมพัทธ์ และแทนเจนต์การสูญเสียอิเล็กทริกของซับสเตรตเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญนอกจากนี้ ความหนาของตัวนำ (เช่น ความหนาของโลหะ) และสภาพการนำไฟฟ้าของตัวนำก็มีความสำคัญเช่นกันที่ความถี่ที่สูงขึ้นด้วยการพิจารณาพารามิเตอร์เหล่านี้อย่างรอบคอบและการใช้สายไมโครสตริปเป็นหน่วยพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อื่นๆ ทำให้สามารถออกแบบอุปกรณ์ไมโครเวฟและส่วนประกอบที่พิมพ์ออกมาจำนวนมากได้ เช่น ตัวกรอง ข้อต่อ ตัวแบ่งกำลัง/ตัวรวม เครื่องผสม ฯลฯ อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น (เมื่อย้ายไปยัง ความถี่ไมโครเวฟที่ค่อนข้างสูง) การสูญเสียการส่งผ่านจะเพิ่มขึ้นและการแผ่รังสีเกิดขึ้นดังนั้น ท่อนำคลื่นแบบท่อกลวง เช่น ท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยมจึงเป็นที่ต้องการ เนื่องจากมีการสูญเสียน้อยกว่าที่ความถี่สูงกว่า (ไม่มีการแผ่รังสี)โดยทั่วไปแล้วท่อนำคลื่นด้านในจะเป็นอากาศแต่หากต้องการ ก็สามารถเติมวัสดุอิเล็กทริกได้ ซึ่งจะทำให้มีหน้าตัดเล็กกว่าท่อนำคลื่นที่เติมแก๊สอย่างไรก็ตาม ท่อนำคลื่นแบบท่อกลวงมักจะเทอะทะ อาจมีน้ำหนักมากโดยเฉพาะที่ความถี่ต่ำ ต้องการข้อกำหนดในการผลิตที่สูงขึ้น และมีค่าใช้จ่ายสูง และไม่สามารถรวมเข้ากับโครงสร้างการพิมพ์แบบระนาบได้
ผลิตภัณฑ์เสาอากาศไมโครสตริป RFMISO：
RM-MA25527-22,25.5-27GHz
RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz
อีกประการหนึ่งคือโครงสร้างการนำทางแบบผสมระหว่างโครงสร้างไมโครสตริปและท่อนำคลื่น เรียกว่าท่อนำคลื่นแบบรวมซับสเตรต (SIW)SIW เป็นโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นแบบบูรณาการที่สร้างขึ้นบนวัสดุอิเล็กทริก โดยมีตัวนำที่ด้านบนและด้านล่าง และมีอาร์เรย์เชิงเส้นของจุดผ่านโลหะสองอันที่สร้างผนังด้านข้างเมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างไมโครสตริปและท่อนำคลื่น SIW คุ้มค่า มีกระบวนการผลิตที่ค่อนข้างง่าย และสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ระนาบได้นอกจากนี้ ประสิทธิภาพที่ความถี่สูงยังดีกว่าโครงสร้างไมโครสตริป และมีคุณสมบัติการกระจายตัวของท่อนำคลื่นดังแสดงในรูปที่ 1;
แนวทางการออกแบบ SIW
ท่อนำคลื่นแบบรวมของพื้นผิว (SIW) เป็นโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นแบบรวมที่สร้างขึ้นโดยใช้จุดผ่านโลหะสองแถวที่ฝังอยู่ในไดอิเล็กทริกที่เชื่อมต่อแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกันแถวของโลหะที่ทะลุผ่านรูก่อตัวเป็นผนังด้านข้างโครงสร้างนี้มีลักษณะของเส้นไมโครสตริปและท่อนำคลื่นกระบวนการผลิตยังคล้ายกับโครงสร้างแบนพิมพ์ลายอื่นๆเรขาคณิต SIW โดยทั่วไปแสดงในรูปที่ 2.1 โดยที่ความกว้าง (เช่น การแยกระหว่างจุดแวะในทิศทางด้านข้าง (as)) เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดแวะ (d) และความยาวพิตช์ (p) ถูกนำมาใช้ในการออกแบบโครงสร้าง SIW พารามิเตอร์ทางเรขาคณิตที่สำคัญที่สุด (แสดงในรูปที่ 2.1) จะมีการอธิบายไว้ในส่วนถัดไปโปรดทราบว่าโหมดหลักคือ TE10 เช่นเดียวกับท่อนำคลื่นแบบสี่เหลี่ยมความสัมพันธ์ระหว่างความถี่จุดตัด fc ของท่อนำคลื่นแบบเติมอากาศ (AFWG) และท่อนำคลื่นแบบเติมไดอิเล็กตริก (DFWG) และขนาด a และ b เป็นจุดแรกของการออกแบบ SIWสำหรับท่อนำคลื่นแบบเติมอากาศ ความถี่จุดตัดจะแสดงในสูตรด้านล่าง
โครงสร้างพื้นฐาน SIW และสูตรการคำนวณ[1]
โดยที่ c คือความเร็วแสงในพื้นที่ว่าง m และ n คือโหมด a คือขนาดท่อนำคลื่นที่ยาวกว่า และ b คือขนาดท่อนำคลื่นที่สั้นกว่าเมื่อท่อนำคลื่นทำงานในโหมด TE10 สามารถปรับให้ง่ายขึ้นเป็น fc=c/2a;เมื่อท่อนำคลื่นเต็มไปด้วยอิเล็กทริก ความยาวด้านโจมตี a จะถูกคำนวณโดย ad=a/Sqrt(εr) โดยที่ εr คือค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของตัวกลางเพื่อให้ 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 และการเปลี่ยนผ่านแบบเทเปอร์มักจะให้การจับคู่บรอดแบนด์เมื่อเปรียบเทียบกับการเปลี่ยนผ่านการพิมพ์อื่นๆโครงสร้างทรานซิชันที่ออกแบบมาอย่างดีมีการสะท้อนต่ำมาก และการสูญเสียการแทรกมีสาเหตุหลักมาจากการสูญเสียอิเล็กทริกและตัวนำการเลือกวัสดุพิมพ์และวัสดุตัวนำส่วนใหญ่จะกำหนดการสูญเสียการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความหนาของวัสดุพิมพ์เป็นอุปสรรคต่อความกว้างของเส้นไมโครสตริป จึงควรปรับพารามิเตอร์ของการเปลี่ยนผ่านแบบเรียวเมื่อความหนาของวัสดุพิมพ์เปลี่ยนแปลงท่อนำคลื่น coplanar (GCPW) แบบต่อสายดินอีกประเภทหนึ่งยังเป็นโครงสร้างสายส่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบความถี่สูงตัวนำด้านข้างที่อยู่ใกล้กับสายส่งกลางยังทำหน้าที่เป็นกราวด์ด้วยด้วยการปรับความกว้างของตัวป้อนหลักและช่องว่างกับกราวด์ด้านข้าง จึงสามารถรับอิมพีแดนซ์คุณลักษณะที่ต้องการได้
ไมโครสตริปเป็น SIW และ GCPW ถึง SIW
รูปด้านล่างเป็นตัวอย่างการออกแบบไมโครสตริปเป็น SIWสื่อที่ใช้คือ Rogers3003 ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกคือ 3.0 ค่าการสูญเสียที่แท้จริงคือ 0.001 และความหนาคือ 0.127 มม.ความกว้างของตัวป้อนที่ปลายทั้งสองข้างคือ 0.28 มม. ซึ่งตรงกับความกว้างของตัวป้อนเสาอากาศเส้นผ่านศูนย์กลางรูทะลุคือ d=0.4 มม. และระยะห่าง p=0.6 มม.ขนาดจำลองคือ 50 มม.* 12 มม.* 0.127 มม.การสูญเสียโดยรวมในพาสแบนด์คือประมาณ 1.5dB (ซึ่งสามารถลดลงได้อีกโดยการปรับระยะห่างด้านกว้างให้เหมาะสม)
โครงสร้าง SIW และพารามิเตอร์ S
การกระจายสนามไฟฟ้า@79GHz
เวลาโพสต์: 18 มกราคม 2024
