뉴스 - 레이더 안테나의 에너지 변환

마이크로파 회로 또는 시스템에서 전체 회로 또는 시스템은 종종 필터, 커플러, 전력 분배기 등과 같은 많은 기본 마이크로파 장치로 구성됩니다. 이러한 장치를 통해 최소한의 손실로 한 지점에서 다른 지점으로 신호 전력을 효율적으로 전송할 수 있기를 바랍니다.

전체 차량용 레이더 시스템에서 에너지 변환은 주로 칩에서 PCB 기판의 피더로의 에너지 전달, 피더에서 안테나 본체로의 에너지 전달, 그리고 안테나에 의한 효율적인 에너지 방사를 포함합니다. 전체 에너지 전달 과정에서 중요한 부분은 컨버터 설계입니다. 밀리미터파 시스템의 컨버터는 주로 마이크로스트립-기판 집적 도파관(SIW) 변환, 마이크로스트립-도파관 변환, SIW-도파관 변환, 동축-도파관 변환, 도파관-도파관 변환, 그리고 다양한 유형의 도파관 변환을 포함합니다. 본 호에서는 마이크로밴드 SIW 변환 설계에 중점을 둘 것입니다.

다양한 유형의 운송 구조

마이크로스트립비교적 낮은 마이크로파 주파수에서 가장 널리 사용되는 가이드 구조 중 하나입니다. 주요 장점은 구조가 간단하고, 비용이 저렴하며, 표면 실장 부품과의 높은 집적도를 갖는다는 것입니다. 일반적인 마이크로스트립 라인은 유전체층 기판의 한쪽 면에 도체를 사용하여 형성되고, 반대쪽 면에는 단일 접지면을 형성하며, 그 위에 공기층이 있습니다. 상단 도체는 기본적으로 전도성 재료(일반적으로 구리)를 좁은 와이어 형태로 형성합니다. 선폭, 두께, 비유전율, 기판의 유전 손실 탄젠트가 중요한 매개변수입니다. 또한, 도체의 두께(즉, 금속화 두께)와 도체의 전도도 또한 고주파에서 중요합니다. 이러한 매개변수를 신중하게 고려하고 마이크로스트립 라인을 다른 장치의 기본 단위로 사용함으로써 필터, 커플러, 전력 분배기/결합기, 믹서 등과 같은 다양한 인쇄 마이크로파 장치 및 부품을 설계할 수 있습니다. 그러나 주파수가 증가함에 따라(비교적 높은 마이크로파 주파수로 이동 시) 전송 손실이 증가하고 복사가 발생합니다. 따라서 직사각형 도파관과 같은 중공관 도파관이 고주파에서 손실이 적고 복사가 발생하지 않기 때문에 선호됩니다. 도파관 내부는 일반적으로 공기로 구성됩니다. 하지만 원하는 경우 유전체로 채워 가스 충진 도파관보다 단면적이 더 작아질 수 있습니다. 그러나 중공관 도파관은 부피가 크고, 특히 저주파에서 무거울 수 있으며, 제조 요건이 더 높고 비용이 많이 들며, 평면 인쇄 구조와 통합될 수 없습니다.

RFMISO 마이크로스트립 안테나 제품:

RM-MA25527-22,25.5-27GHz

RM-MA425435-22,4.25-4.35GHz

다른 하나는 마이크로스트립 구조와 도파관 사이의 하이브리드 유도 구조로, 기판 집적 도파관(SIW)이라고 합니다. SIW는 유전체 위에 제작된 집적 도파관 형태의 구조로, 상단과 하단에 도체가 있고 측벽을 형성하는 두 개의 금속 비아(via)로 이루어진 선형 배열이 있습니다. 마이크로스트립 및 도파관 구조와 비교할 때, SIW는 비용 효율적이며 제조 공정이 비교적 쉽고 평면 소자와 통합될 수 있습니다. 또한, 고주파수에서의 성능이 마이크로스트립 구조보다 우수하며 도파관 분산 특성을 가지고 있습니다. 그림 1과 같이,

SIW 디자인 가이드라인

기판 집적 도파관(SIW)은 유전체에 매립된 두 줄의 금속 비아를 사용하여 두 개의 평행한 금속판을 연결하는 집적 도파관과 같은 구조입니다. 금속 관통 구멍의 줄은 측벽을 형성합니다. 이 구조는 마이크로스트립 라인과 도파관의 특성을 가지고 있습니다. 제조 공정도 다른 인쇄 평면 구조와 유사합니다. 일반적인 SIW 형상은 그림 2.1에 나와 있으며, 여기서 폭(즉, 측면 방향에서 비아 사이의 간격(as)), 비아의 직경(d) 및 피치 길이(p)를 사용하여 SIW 구조를 설계합니다. 가장 중요한 기하학적 매개변수(그림 2.1 참조)는 다음 섹션에서 설명합니다. 직사각형 도파관과 마찬가지로 지배적인 모드는 TE10입니다. 공기 충전 도파관(AFWG)과 유전체 충전 도파관(DFWG)의 차단 주파수 fc와 치수 a 및 b 간의 관계는 SIW 설계의 첫 번째 요점입니다. 공기로 채워진 도파관의 경우 차단 주파수는 아래 공식과 같습니다.

SIW 기본 구조 및 계산식[1]

여기서 c는 자유 공간에서의 빛의 속도이고, m과 n은 모드이며, a는 긴 도파관 크기이고, b는 짧은 도파관 크기입니다.도파관이 TE10 모드에서 작동할 때 fc=c/2a로 단순화할 수 있습니다.도파관이 유전체로 채워지면 넓은 측면 길이 a는 ad=a/Sqrt(εr)로 계산됩니다.여기서 εr은 매체의 유전 상수입니다.SIW를 TE10 모드에서 작동시키려면 관통 구멍 간격 p, 직경 d 및 넓은 측면 as가 아래 그림의 오른쪽 위의 공식을 만족해야 하며 d<λg 및 p<2d의 경험적 공식도 있습니다[2].

여기서 λg는 유도파 파장입니다. 동시에 기판의 두께는 SIW 크기 설계에 영향을 미치지 않지만 구조 손실에 영향을 미치므로 두꺼운 기판의 낮은 손실 장점을 고려해야 합니다.

마이크로스트립에서 SIW로 변환
마이크로스트립 구조를 SIW에 연결해야 할 때, 테이퍼형 마이크로스트립 전이는 주요 전이 방법 중 하나이며, 테이퍼형 전이는 일반적으로 다른 인쇄형 전이에 비해 광대역 정합을 제공합니다. 잘 설계된 전이 구조는 반사가 매우 낮으며, 삽입 손실은 주로 유전체 및 도체 손실에 의해 발생합니다. 기판 및 도체 재료의 선택은 전이 손실을 주로 결정합니다. 기판의 두께는 마이크로스트립 선로의 폭을 방해하므로, 기판 두께가 변하면 테이퍼형 전이의 매개변수를 조정해야 합니다. 또 다른 유형의 접지형 공면 도파관(GCPW)도 고주파 시스템에서 널리 사용되는 전송선로 구조입니다. 중간 전송선에 가까운 측면 도체는 접지 역할도 합니다. 주 급전선의 폭과 측면 접지까지의 간격을 조정함으로써 필요한 특성 임피던스를 얻을 수 있습니다.

마이크로스트립에서 SIW로, GCPW에서 SIW로

아래 그림은 SIW용 마이크로스트립 설계의 예입니다. 사용된 매질은 Rogers3003이며, 유전율은 3.0, 진손실값은 0.001, 두께는 0.127mm입니다. 양쪽 끝단의 급전선 폭은 0.28mm로, 안테나 급전선 폭과 일치합니다. 관통공 직경은 d=0.4mm, 간격 p=0.6mm입니다. 시뮬레이션 크기는 50mm*12mm*0.127mm입니다. 통과대역 전체 손실은 약 1.5dB이며, 광폭 간격을 최적화하면 더욱 줄일 수 있습니다.