Actualités - Conversion d'énergie dans les antennes radar

Dans les circuits ou systèmes à micro-ondes, l'ensemble du circuit ou du système est souvent composé de nombreux dispositifs à 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 l'ensemble du système radar d'un véhicule, la conversion d'énergie implique principalement le transfert d'énergie de la puce vers le feeder sur le circuit imprimé, le transfert du feeder vers le corps de l'antenne et le rayonnement efficace de l'énergie par l'antenne. Dans l'ensemble du processus de transfert d'énergie, la conception du convertisseur est un élément important. Les convertisseurs des systèmes à ondes millimétriques comprennent principalement la conversion microruban vers guide d'ondes intégré au 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

MicrorubanC'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 micro-ruban typique est constituée de conducteurs d'un côté d'un substrat diélectrique, formant un plan de masse unique de l'autre côté, surmonté d'air. Le conducteur supérieur est un matériau conducteur (généralement du cuivre) façonné en un fil fin. La largeur, l'épaisseur, la 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 fréquences plus élevées. En prenant soigneusement en compte ces paramètres et en utilisant les lignes micro-ruban comme unité de base pour d'autres dispositifs, de nombreux dispositifs et composants micro-ondes imprimés peuvent être conçus, tels que des filtres, des coupleurs, des diviseurs/combineurs de puissance, des mélangeurs, etc. Cependant, avec l'augmentation de la fréquence (lors du passage à des fréquences micro-ondes relativement élevées), les pertes de transmission augmentent et un rayonnement se produit. Par conséquent, les guides d'ondes à tube creux, tels que les guides d'ondes rectangulaires, sont privilégiés en raison de leurs faibles pertes aux fréquences plus élevées (sans rayonnement). L'intérieur du guide d'ondes est généralement constitué d'air. Mais si on le souhaite, il peut être rempli d'un matériau diélectrique, ce qui lui confère une section transversale plus petite qu'un guide d'ondes rempli de gaz. Cependant, les guides d'ondes à tube creux sont souvent encombrants, peuvent être lourds, surtout à basses fréquences, nécessitent des exigences de fabrication plus élevées et sont coûteux, et ne peuvent pas être intégrés à des structures imprimées planaires.

PRODUITS D'ANTENNES MICRORUBAN RFMISO :

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

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

L'autre est une structure de guidage hybride entre une structure microruban et un guide d'ondes, appelée guide d'ondes intégré au substrat (SIW). Un SIW est une structure de type guide d'ondes intégré, fabriquée sur un matériau diélectrique, avec des conducteurs en haut et en bas et un réseau linéaire de deux vias métalliques formant les parois latérales. Comparé aux structures microruban et guide 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 des propriétés de dispersion du guide d'ondes. Comme le montre la figure 1 :

Directives de conception SIW

Les guides d'ondes intégrés au substrat (SIW) sont des structures de type guide d'ondes intégrées, fabriquées à partir de deux rangées de vias métalliques encastrés 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 microrubans et des guides d'ondes. Le procédé de fabrication est similaire à celui d'autres structures plates imprimées. Une géométrie SIW typique est illustrée à la figure 2.1. Sa largeur (c'est-à-dire l'espacement entre les vias dans la direction latérale [as]), son diamètre [d] et son pas [p] sont utilisés pour concevoir la structure SIW. Les paramètres géométriques les plus importants (illustrés à la figure 2.1) seront expliqués dans la section suivante. À noter que le mode dominant est TE10, tout comme pour le guide d'ondes rectangulaire. La relation entre la fréquence de coupure fc des guides d'ondes à air [AFWG] et des guides d'ondes à diélectrique [DFWG] et les dimensions a et b constitue le premier point de la conception d'un SIW. Pour les guides d'ondes à air, la fréquence de coupure est indiquée dans la formule ci-dessous.

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

où c est la vitesse de la lumière dans l'espace libre, m et n sont les modes, a est la taille du guide d'ondes la plus longue et b est la taille du guide d'ondes la plus courte. Lorsque le guide d'ondes fonctionne en mode TE10, il peut être simplifié à fc=c/2a ; lorsque le guide d'ondes est rempli de diélectrique, la longueur de côté large a est calculée par ad=a/Sqrt(εr), où εr est la constante diélectrique du milieu ; afin de faire fonctionner SIW en mode TE10, l'espacement des trous traversants p, le diamètre d et le côté large as doivent satisfaire la formule en haut à droite de la figure ci-dessous, et il existe également des formules empiriques de d<λg et p<2d [2] ;

où λg est la longueur d'onde de l'onde guidée : Dans le même temps, l'épaisseur du substrat n'affectera pas la conception de la taille du SIW, mais elle affectera la perte de la structure, de sorte que les avantages de faible perte des substrats de haute épaisseur doivent être pris en compte.

Conversion de microruban en SIW
Lorsqu'une structure microruban doit être connectée à un SIW, la transition microruban conique est l'une des méthodes de transition privilégiées. Elle offre généralement une adaptation large bande par rapport aux autres transitions imprimées. Une structure de transition bien conçue présente de très faibles réflexions, et la perte d'insertion est principalement due aux pertes diélectriques et conductrices. Le choix du substrat et des matériaux conducteurs détermine principalement la perte de transition. L'épaisseur du substrat limitant la largeur de la ligne microruban, les paramètres de la transition conique doivent être ajustés lorsque cette épaisseur varie. Un autre type de guide d'ondes coplanaire mis à la terre (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 terre. En ajustant la largeur du câble d'alimentation principal et l'espacement par rapport à la terre latérale, l'impédance caractéristique requise peut être obtenue.

Microstrip vers SIW et GCPW vers SIW

La figure ci-dessous illustre la conception d'un microruban en SIW. Le support utilisé est du Rogers3003, la constante diélectrique est de 3,0, la valeur de perte réelle est de 0,001 et l'épaisseur est de 0,127 mm. La largeur du feeder aux deux extrémités est de 0,28 mm, ce qui correspond à la largeur du feeder de l'antenne. Le diamètre du trou traversant est d = 0,4 mm et l'espacement p = 0,6 mm. La taille de la simulation est de 50 mm x 12 mm x 0,127 mm. La perte globale dans la bande passante est d'environ 1,5 dB (elle peut être encore réduite en optimisant l'espacement côté large).