Actualités - Conversion d'énergie dans les antennes radar

Dans les circuits ou systèmes micro-ondes, l'ensemble du circuit ou du système est souvent composé de nombreux dispositifs micro-ondes de base tels que des filtres, des coupleurs, des diviseurs de puissance, etc. On espère que grâce à ces dispositifs, il est possible de transmettre efficacement la puissance du signal d'un point à un autre avec une perte minimale ;

Dans un système radar embarqué, la conversion d'énergie comprend principalement le transfert d'énergie de la puce à l'alimentation sur la carte de circuit imprimé, le transfert de cette alimentation à l'antenne et le rayonnement efficace de cette énergie par l'antenne. La conception du convertisseur est un élément crucial de ce processus. Dans les systèmes à ondes millimétriques, les convertisseurs incluent principalement la conversion microruban vers guide d'ondes intégré sur substrat (SIW), la conversion microruban vers guide d'ondes, la conversion SIW vers guide d'ondes, la conversion coaxiale vers guide d'ondes, la conversion guide d'ondes vers guide d'ondes et différents types de conversion de guide d'ondes. Ce numéro se concentrera sur la conception de la conversion SIW microbande.

Différents types de structures de transport

MicrobandeLa ligne microruban est l'une des structures de guidage les plus utilisées aux fréquences micro-ondes relativement basses. Ses principaux avantages sont sa structure simple, son faible coût et sa forte intégration avec les composants montés en surface. Une ligne microruban typique est constituée de conducteurs sur une face d'un substrat diélectrique, formant un plan de masse unique sur l'autre face, l'air se trouvant au-dessus. Le conducteur supérieur est généralement un matériau conducteur (souvent du cuivre) façonné en un fil étroit. La largeur de la ligne, son épaisseur, sa permittivité relative et la tangente de perte diélectrique du substrat sont des paramètres importants. De plus, l'épaisseur du conducteur (c'est-à-dire l'épaisseur de la métallisation) et sa conductivité sont également critiques aux hautes fréquences. En tenant compte de ces paramètres et en utilisant les lignes microruban comme unité de base pour d'autres dispositifs, il est possible de concevoir de nombreux dispositifs et composants micro-ondes imprimés, tels que des filtres, des coupleurs, des diviseurs/combineurs de puissance, des mélangeurs, etc. Cependant, lorsque la fréquence augmente (aux fréquences micro-ondes relativement élevées), les pertes de transmission augmentent et un rayonnement apparaît. C'est pourquoi les guides d'ondes tubulaires creux, tels que les guides d'ondes rectangulaires, sont préférés en raison de leurs faibles pertes aux hautes fréquences (absence de rayonnement). L'intérieur du guide d'ondes est généralement constitué d'air. Mais si on le souhaite, il peut être rempli de matériau diélectrique, ce qui lui confère une section transversale plus petite qu'un guide d'ondes rempli de gaz. Cependant, les guides d'ondes tubulaires creux sont souvent volumineux, peuvent être lourds, surtout aux basses fréquences, exigent une fabrication plus complexe et sont coûteux ; de plus, ils ne peuvent pas être intégrés à des structures imprimées planaires.

PRODUITS D'ANTENNES MICRO-BANDES RFMISO :

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

RM-MA425435-22, 4,25-4,35 GHz

L'autre est une structure de guidage hybride, à mi-chemin entre une structure microruban et un guide d'ondes, appelée guide d'ondes intégré sur substrat (SIW). Un SIW est une structure intégrée de type guide d'ondes, fabriquée sur un matériau diélectrique, avec des conducteurs sur les faces supérieure et inférieure et un réseau linéaire de deux vias métalliques formant les parois latérales. Comparé aux structures microruban et aux guides d'ondes, le SIW est économique, son procédé de fabrication est relativement simple et il peut être intégré à des dispositifs planaires. De plus, ses performances à hautes fréquences sont supérieures à celles des structures microruban et il présente les propriétés de dispersion d'un guide d'ondes. Comme illustré sur la figure 1 ;

Directives de conception SIW

Les guides d'ondes intégrés sur substrat (SIW) sont des structures intégrées de type guide d'ondes, fabriquées à l'aide de deux rangées de vias métalliques noyées dans un diélectrique reliant deux plaques métalliques parallèles. Des rangées de trous métalliques traversants forment les parois latérales. Cette structure présente les caractéristiques des lignes microruban et des guides d'ondes. Le procédé de fabrication est également similaire à celui d'autres structures planes imprimées. La géométrie typique d'un SIW est illustrée sur la figure 2.1, où sa largeur (c'est-à-dire la distance entre les vias dans la direction latérale (as)), le diamètre des vias (d) et le pas (p) sont utilisés pour concevoir la structure. Les paramètres géométriques les plus importants (illustrés sur la figure 2.1) seront expliqués dans la section suivante. Il est à noter que le mode dominant est TE10, comme pour le guide d'ondes rectangulaire. La relation entre la fréquence de coupure fc des guides d'ondes remplis d'air (AFWG) et des guides d'ondes remplis de diélectrique (DFWG) et les dimensions a et b est le premier point de la conception des SIW. Pour les guides d'ondes remplis d'air, la fréquence de coupure est donnée par la formule ci-dessous.

Structure de base et formule de calcul du SIW[1]

où c est la vitesse de la lumière dans le vide, m et n sont les modes, a est la longueur du guide d'ondes et b sa largeur. Lorsque le guide d'ondes fonctionne en mode TE10, l'équation se simplifie en fc = c/2a. Lorsqu'il est rempli de diélectrique, la longueur a de sa largeur est calculée par ad = a/√εr, où εr est la constante diélectrique du milieu. Pour qu'un guide d'ondes SIW fonctionne en mode TE10, l'espacement p des trous traversants, le diamètre d et la largeur as doivent satisfaire la formule en haut à droite de la figure ci-dessous. Des formules empiriques existent également pour d < λg et p < 2d [2].

où λg est la longueur d'onde de l'onde guidée : Parallèlement, l'épaisseur du substrat n'affectera pas la conception de la taille du SIW, mais elle affectera la perte de la structure, il convient donc de prendre en compte les avantages en matière de faibles pertes des substrats à forte épaisseur.

Conversion de microbande en SIW
Lorsqu'une structure microruban doit être connectée à un guide d'ondes intégré sur substrat (SIW), la transition microruban conique est l'une des méthodes de transition privilégiées. Elle offre généralement une adaptation d'impédance plus large que les autres transitions imprimées. Une structure de transition bien conçue présente de très faibles réflexions, et les pertes d'insertion sont principalement dues aux pertes diélectriques et conductrices. Le choix du substrat et des matériaux conducteurs détermine en grande partie les pertes de la transition. L'épaisseur du substrat limitant la largeur de la ligne microruban, les paramètres de la transition conique doivent être ajustés en fonction de cette épaisseur. Un autre type de guide d'ondes coplanaire à masse (GCPW) est également une structure de ligne de transmission largement utilisée dans les systèmes haute fréquence. Les conducteurs latéraux proches de la ligne de transmission intermédiaire servent également de masse. En ajustant la largeur de la ligne principale et l'écart avec la masse latérale, on obtient l'impédance caractéristique souhaitée.

Microbande vers SIW et GCPW vers SIW

La figure ci-dessous illustre la conception d'une connexion microruban vers guide d'ondes intégré sur substrat (SIW). Le matériau utilisé est le Rogers3003, de constante diélectrique 3,0, de pertes réelles 0,001 et d'épaisseur 0,127 mm. La largeur du câble d'alimentation à ses deux extrémités est de 0,28 mm, correspondant à celle du câble d'antenne. Le diamètre des trous traversants est de 0,4 mm et leur espacement de 0,6 mm. La zone simulée mesure 50 mm × 12 mm × 0,127 mm. Les pertes globales dans la bande passante sont d'environ 1,5 dB (pouvant être réduites en optimisant l'espacement côté large).