Haberler - Radar antenlerinde enerji dönüşümü

Mikrodalga devrelerinde veya sistemlerinde, tüm devre veya sistem genellikle filtreler, kuplörler, güç bölücüler vb. gibi birçok temel mikrodalga cihazından oluşur. Bu cihazlar aracılığıyla, sinyal gücünün minimum kayıpla bir noktadan diğerine verimli bir şekilde iletilmesi amaçlanmaktadır;

Araç radar sisteminin tamamında, enerji dönüşümü esas olarak çipten PCB kartındaki besleyiciye enerji aktarımını, besleyiciden anten gövdesine enerji aktarımını ve anten tarafından enerjinin verimli bir şekilde yayılmasını içerir. Tüm enerji aktarım sürecinde önemli bir bölüm, dönüştürücünün tasarımıdır. Milimetre dalga sistemlerindeki dönüştürücüler esas olarak mikroşerit-alt tabaka entegre dalga kılavuzu (SIW) dönüşümü, mikroşerit-dalga kılavuzu dönüşümü, SIW-dalga kılavuzu dönüşümü, koaksiyel-dalga kılavuzu dönüşümü, dalga kılavuzu-dalga kılavuzu dönüşümü ve farklı dalga kılavuzu dönüşüm türlerini içerir. Bu sayıda, mikro bant SIW dönüşüm tasarımına odaklanılacaktır.

Farklı ulaşım yapısı türleri

MikroşeritMikroşerit hatlar, nispeten düşük mikrodalga frekanslarında en yaygın kullanılan kılavuz yapılarından biridir. Başlıca avantajları basit yapısı, düşük maliyeti ve yüzeye monte bileşenlerle yüksek entegrasyonudur. Tipik bir mikroşerit hat, dielektrik bir katman alt tabakasının bir tarafında iletkenler kullanılarak oluşturulur ve diğer tarafında tek bir toprak düzlemi oluşturulur, üstünde ise hava bulunur. Üst iletken temelde dar bir tel şeklinde şekillendirilmiş iletken bir malzemedir (genellikle bakır). Hat genişliği, kalınlığı, bağıl geçirgenliği ve alt tabakanın dielektrik kayıp tanjantı önemli parametrelerdir. Ek olarak, iletkenin kalınlığı (yani metalizasyon kalınlığı) ve iletkenin iletkenliği de daha yüksek frekanslarda kritiktir. Bu parametreler dikkatlice göz önünde bulundurularak ve mikroşerit hatlar diğer cihazlar için temel birim olarak kullanılarak, filtreler, kuplörler, güç bölücüler/birleştiriciler, mikserler vb. gibi birçok baskılı mikrodalga cihazı ve bileşeni tasarlanabilir. Bununla birlikte, frekans arttıkça (nispeten yüksek mikrodalga frekanslarına geçildiğinde) iletim kayıpları artar ve radyasyon oluşur. Bu nedenle, daha yüksek frekanslarda daha küçük kayıplar (radyasyon yok) nedeniyle dikdörtgen dalga kılavuzları gibi içi boş tüp dalga kılavuzları tercih edilir. Dalga kılavuzunun içi genellikle havadır. Ancak istenirse, dielektrik malzeme ile doldurulabilir ve bu da gaz dolu bir dalga kılavuzuna göre daha küçük bir kesit alanı sağlar. Bununla birlikte, içi boş tüp dalga kılavuzları genellikle hacimlidir, özellikle düşük frekanslarda ağır olabilir, daha yüksek üretim gereksinimleri gerektirir ve maliyetlidir ve düzlemsel baskılı yapılarla entegre edilemez.

RFMISO MİKRO ŞERİT ANTEN ÜRÜNLERİ:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz

Diğeri ise mikroşerit yapı ile dalga kılavuzu arasında hibrit bir yönlendirme yapısı olan, alt tabakaya entegre dalga kılavuzu (SIW) olarak adlandırılan yapıdır. SIW, üst ve alt kısımlarında iletkenler bulunan ve yan duvarları oluşturan iki metal geçiş yolundan oluşan doğrusal bir diziye sahip, dielektrik bir malzeme üzerine üretilmiş entegre bir dalga kılavuzu benzeri yapıdır. Mikroşerit ve dalga kılavuzu yapılarıyla karşılaştırıldığında, SIW maliyet açısından daha uygundur, nispeten kolay bir üretim sürecine sahiptir ve düzlemsel cihazlarla entegre edilebilir. Ayrıca, yüksek frekanslardaki performansı mikroşerit yapılardan daha iyidir ve dalga kılavuzu dağılım özelliklerine sahiptir. Şekil 1'de gösterildiği gibi;

SIW tasarım yönergeleri

Substrat entegre dalga kılavuzları (SIW'ler), iki paralel metal plakayı birbirine bağlayan bir dielektrik içine gömülü iki sıra metal geçiş deliği kullanılarak üretilen entegre dalga kılavuzu benzeri yapılardır. Metal geçiş delikleri sıraları yan duvarları oluşturur. Bu yapı, mikroşerit hatların ve dalga kılavuzlarının özelliklerine sahiptir. Üretim süreci de diğer baskılı düz yapılara benzer. Tipik bir SIW geometrisi Şekil 2.1'de gösterilmiştir; burada genişliği (yani yanal yönde geçiş delikleri arasındaki mesafe (as)), geçiş deliklerinin çapı (d) ve adım uzunluğu (p) SIW yapısını tasarlamak için kullanılır. En önemli geometrik parametreler (Şekil 2.1'de gösterilmiştir) bir sonraki bölümde açıklanacaktır. Dikdörtgen dalga kılavuzunda olduğu gibi baskın modun TE10 olduğunu unutmayın. Hava dolu dalga kılavuzlarının (AFWG) ve dielektrik dolu dalga kılavuzlarının (DFWG) kesme frekansı fc ile a ve b boyutları arasındaki ilişki, SIW tasarımının ilk noktasıdır. Hava dolu dalga kılavuzları için kesme frekansı aşağıdaki formülde gösterildiği gibidir.

SIW temel yapısı ve hesaplama formülü[1]

Burada c, serbest uzaydaki ışık hızı, m ve n modlar, a daha uzun dalga kılavuzu boyutu ve b daha kısa dalga kılavuzu boyutudur. Dalga kılavuzu TE10 modunda çalıştığında, fc=c/2a şeklinde basitleştirilebilir; dalga kılavuzu dielektrik ile doldurulduğunda, geniş kenar uzunluğu a, ad=a/Sqrt(εr) ile hesaplanır; burada εr, ortamın dielektrik sabitidir; SIW'nin TE10 modunda çalışması için, delik aralığı p, çap d ve geniş kenar as, aşağıdaki şeklin sağ üst köşesindeki formülü sağlamalıdır ve ayrıca d<λg ve p<2d [2] için ampirik formüller de vardır;

Burada λg, yönlendirilmiş dalga dalga boyudur: Aynı zamanda, alt tabakanın kalınlığı SIW boyut tasarımını etkilemeyecek, ancak yapının kayıplarını etkileyecektir; bu nedenle, yüksek kalınlıktaki alt tabakaların düşük kayıp avantajları dikkate alınmalıdır.

Mikroşerit - SIW dönüştürme
Mikroşerit yapının SIW'ye bağlanması gerektiğinde, konik mikroşerit geçişi, tercih edilen başlıca geçiş yöntemlerinden biridir ve konik geçiş, diğer baskılı geçişlere kıyasla genellikle geniş bant uyumu sağlar. İyi tasarlanmış bir geçiş yapısı çok düşük yansımalara sahiptir ve ekleme kaybı esas olarak dielektrik ve iletken kayıplarından kaynaklanır. Alt tabaka ve iletken malzemelerin seçimi, geçişin kaybını büyük ölçüde belirler. Alt tabakanın kalınlığı mikroşerit hattının genişliğini engellediğinden, alt tabakanın kalınlığı değiştiğinde konik geçişin parametreleri ayarlanmalıdır. Bir diğer topraklanmış eş düzlemli dalga kılavuzu (GCPW) türü de yüksek frekanslı sistemlerde yaygın olarak kullanılan bir iletim hattı yapısıdır. Ara iletim hattına yakın yan iletkenler aynı zamanda toprak görevi görür. Ana besleyicinin genişliği ve yan toprağa olan boşluk ayarlanarak, gerekli karakteristik empedans elde edilebilir.

Mikroşerit - SIW ve GCPW - SIW

Aşağıdaki şekil, mikroşerit kablonun SIW'ye dönüştürülmesine ilişkin bir tasarım örneğidir. Kullanılan ortam Rogers3003 olup, dielektrik sabiti 3,0, gerçek kayıp değeri 0,001 ve kalınlığı 0,127 mm'dir. Her iki uçtaki besleyici genişliği 0,28 mm olup, anten besleyicisinin genişliğiyle eşleşmektedir. Delik çapı d=0,4 mm ve aralık p=0,6 mm'dir. Simülasyon boyutu 50 mm*12 mm*0,127 mm'dir. Geçiş bandındaki toplam kayıp yaklaşık 1,5 dB'dir (geniş kenar aralığının optimize edilmesiyle daha da azaltılabilir).