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 bir noktadan diğerine minimum kayıpla verimli bir şekilde iletilmesinin mümkün olacağı umulur;

Tüm araç radar sistemlerinde, enerji dönüşümü temel olarak enerjinin çipten PCB kartındaki besleyiciye, besleyicinin anten gövdesine aktarılması ve anten tarafından enerjinin verimli bir şekilde yayılması süreçlerini içerir. Tüm enerji aktarım sürecinde dönüştürücünün tasarımı önemli bir rol oynar. Milimetre dalga sistemlerindeki dönüştürücüler temel olarak mikroşeritten alt tabaka entegre dalga kılavuzuna (SIW) dönüşüm, mikroşeritten dalga kılavuzuna dönüşüm, SIW'den dalga kılavuzuna dönüşüm, koaksiyelden dalga kılavuzuna dönüşüm, dalga kılavuzundan dalga kılavuzuna dönüşüm ve farklı dalga kılavuzu dönüşüm türlerini içerir. Bu sayıda mikrobant SIW dönüşüm tasarımına odaklanılacaktır.

Farklı tipte ulaşım yapıları

MikroşeritNispeten düşük mikrodalga frekanslarında en yaygın kullanılan kılavuz yapılarından biridir. Başlıca avantajları basit yapı, düşük maliyet ve yüzeye monte bileşenlerle yüksek entegrasyondur. Tipik bir mikroşerit hattı, dielektrik tabaka alt tabakasının bir tarafına iletkenler yerleştirilerek, diğer tarafında üzerinde hava bulunan tek bir topraklama düzlemi oluşturularak oluşturulur. Üst iletken temelde dar bir tel şeklinde şekillendirilmiş iletken bir malzemedir (genellikle bakır). Hat genişliği, kalınlık, bağıl geçirgenlik ve alt tabakanın dielektrik kayıp tanjantı önemli parametrelerdir. Ayrıca, iletkenin kalınlığı (yani metalizasyon kalınlığı) ve iletkenin iletkenliği de yüksek frekanslarda kritik öneme sahiptir. Bu parametreler dikkatlice değerlendirilerek ve mikroşerit hatları diğer cihazlar için temel birim olarak kullanılarak, filtreler, kuplörler, güç bölücüler/birleştiriciler, mikserler vb. gibi birçok basılı mikrodalga cihazı ve bileşeni tasarlanabilir. Ancak frekans arttıkça (nispeten yüksek mikrodalga frekanslarına geçildiğinde) iletim kayıpları artar ve radyasyon meydana gelir. Bu nedenle, daha yüksek frekanslarda daha düşük 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 ona gaz dolu bir dalga kılavuzundan daha küçük bir kesit alanı sağlar. Ancak içi boş tüp dalga kılavuzları genellikle hacimlidir, özellikle düşük frekanslarda ağır olabilir, daha yüksek üretim gereksinimleri gerektirir ve maliyetlidir. Ayrıca, düzlemsel baskılı yapılarla entegre edilemezler.

RFMISO MİKROSTRIP ANTEN ÜRÜNLERİ:

RM-MA25527-22,25,5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz

Diğeri ise, mikroşerit yapı ve dalga kılavuzu arasında bir hibrit kılavuz yapısı olan ve alt tabaka entegre dalga kılavuzu (SIW) olarak adlandırılan bir yapıdır. SIW, dielektrik bir malzeme üzerine üretilen, üstte ve altta iletkenler ve yan duvarları oluşturan iki metal geçiş deliğinden oluşan doğrusal bir diziden oluşan entegre dalga kılavuzu benzeri bir yapıdır. Mikroşerit ve dalga kılavuzu yapılarıyla karşılaştırıldığında, SIW uygun maliyetlidir, nispeten kolay bir üretim sürecine sahiptir ve düzlemsel cihazlarla entegre edilebilir. Ayrıca, yüksek frekanslardaki performansı mikroşerit yapılardan daha iyidir ve dalga kılavuzu dispersiyon özelliklerine sahiptir. Şekil 1'de gösterildiği gibi;

SIW tasarım yönergeleri

Alt tabaka entegre dalga kılavuzları (SIW'ler), iki paralel metal plakayı birbirine bağlayan bir dielektrik içine gömülmüş iki sıra metal geçiş deliği kullanılarak üretilen entegre dalga kılavuzu benzeri yapılardır. Metal geçiş delikleri sıraları yan duvarları oluşturur. Bu yapı, mikroşerit çizgilerin ve dalga kılavuzlarının özelliklerine sahiptir. Üretim süreci de diğer baskılı düz yapılarınkine benzerdir. Tipik bir SIW geometrisi Şekil 2.1'de gösterilmiştir; burada genişliği (yani yanal doğrultuda geçiş delikleri arasındaki ayrım (as)), geçiş delikleri 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, ışığın serbest uzaydaki 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 olarak sadeleştirilebilir; dalga kılavuzu dielektrikle doldurulduğunda, geniş kenar uzunluğu a, εr ortamın dielektrik sabiti olmak üzere ad=a/Sqrt(εr) ile hesaplanır; SIW'nin TE10 modunda çalışmasını sağlamak için, delik aralığı p, çap d ve geniş kenar aşağıdaki şeklin sağ üst köşesindeki formülü sağlamalıdır ve ayrıca d<λg ve p<2d [2] ampirik formülleri de vardır;

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

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

Mikroşeritten SIW'a ve GCPW'den SIW'a

Aşağıdaki şekil, mikroşeritten SIW'ye geçişin bir örneğini göstermektedir. Kullanılan ortam Rogers3003'tür, dielektrik sabiti 3,0, gerçek kayıp değeri 0,001 ve kalınlık 0,127 mm'dir. Her iki uçtaki besleyici genişliği, anten besleyicisinin genişliğiyle aynı olan 0,28 mm'dir. Geçiş deliği çapı d=0,4 mm ve aralık p=0,6 mm'dir. Simülasyon boyutu 50 mm x 12 mm x 0,127 mm'dir. Geçiş bandındaki toplam kayıp yaklaşık 1,5 dB'dir (geniş taraf aralığı optimize edilerek daha da azaltılabilir).