신제품의 안테나 각도 요구 사항을 충족하고 이전 세대 PCB 시트 금형을 공유하기 위해, 77GHz에서 14dBi의 안테나 이득과 3dB_E/H_빔폭=40°의 방사 성능을 구현하는 다음과 같은 안테나 레이아웃을 사용할 수 있습니다. Rogers 4830 플레이트(두께 0.127mm, Dk=3.25, Df=0.0033)를 사용합니다.
안테나 배치도
위 그림에서는 마이크로스트립 그리드 안테나가 사용되었습니다. 마이크로스트립 그리드 어레이 안테나는 N개의 마이크로스트립 링으로 이루어진 방사 소자와 전송선을 계단식으로 연결하여 형성된 안테나 형태입니다. 이 안테나는 소형 구조, 높은 이득, 간단한 급전 방식, 용이한 제조 등의 장점을 가지고 있습니다. 주된 편파 방식은 선형 편파이며, 이는 기존의 마이크로스트립 안테나와 유사하고 에칭 기술로 가공할 수 있습니다. 그리드의 임피던스, 급전 위치, 상호 연결 구조는 어레이 전체의 전류 분포를 결정하며, 방사 특성은 그리드의 기하학적 구조에 따라 달라집니다. 단일 그리드 크기를 사용하여 안테나의 중심 주파수를 결정합니다.
RFMISO 어레이 안테나 시리즈 제품:
RM-PA7087-43
RM-PA1075145-32
RM-SWA910-22
RM-PA10145-30
원리 분석
배열 소자의 수직 방향으로 흐르는 전류는 진폭은 같고 방향은 반대이며, 방사 능력이 약하여 안테나 성능에 미치는 영향이 미미합니다. 셀 폭 l1을 반파장으로 설정하고 셀 높이(h)를 조정하여 a0와 b0 사이의 위상차가 180°가 되도록 합니다. 정면 방사의 경우, a1과 b1 사이의 위상차는 0°입니다.
배열 요소 구조
사료 구조
그리드형 안테나는 일반적으로 동축 급전 구조를 사용하며, 급전선이 PCB 뒷면에 연결되므로 급전선 설계 시 여러 층을 거쳐야 합니다. 실제 제작 과정에서 일정 수준의 정확도 오차가 발생하여 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 위 그림에 나타낸 위상 정보를 만족시키기 위해, 두 포트에 동일한 진폭으로 신호를 입력하되 위상차는 180°인 평면 차동 급전 구조를 사용할 수 있습니다.
동축 공급 구조[1]
대부분의 마이크로스트립 그리드 어레이 안테나는 동축 케이블 급전을 사용합니다. 그리드 어레이 안테나의 급전 위치는 크게 중앙 급전(급전점 1)과 가장자리 급전(급전점 2 및 급전점 3)의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
일반적인 그리드 배열 구조
에지 급전 방식에서는 그리드 어레이 안테나 전체에 걸쳐 진행파가 발생하며, 이는 비공진 단방향 엔드파이어 어레이입니다. 그리드 어레이 안테나는 진행파 안테나와 공진 안테나 모두로 사용될 수 있습니다. 적절한 주파수, 급전점, 그리드 크기를 선택하면 진행파(주파수 스윕)와 공진(에지 방출)의 두 가지 상태로 동작시킬 수 있습니다. 진행파 안테나로서 그리드 어레이 안테나는 에지 급전 방식을 채택하며, 그리드의 짧은 변은 유도 파장의 1/3보다 약간 크고 긴 변은 짧은 변 길이의 2~3배 정도입니다. 짧은 변의 전류는 반대쪽으로 전달되며, 짧은 변들 사이에는 위상차가 발생합니다. 진행파(비공진) 그리드 안테나는 그리드 평면의 법선 방향에서 벗어난 기울어진 빔을 방사합니다. 빔 방향은 주파수에 따라 변하므로 주파수 스캐닝에 사용할 수 있습니다. 그리드 배열 안테나를 공진 안테나로 사용할 때, 그리드의 긴 변과 짧은 변의 길이는 중심 주파수의 전도 파장 1개와 전도 파장 1/2개가 되도록 설계하고 중앙 급전 방식을 채택한다. 공진 상태에서 그리드 안테나의 순간 전류는 정재파 분포를 나타낸다. 방사는 주로 짧은 변에서 발생하며, 긴 변은 전송선으로 작용한다. 그리드 안테나는 더 나은 방사 효과를 얻고, 최대 방사는 넓은 쪽 방사 상태에서 발생하며, 편파는 그리드의 짧은 변과 평행하다. 주파수가 설계된 중심 주파수에서 벗어나면, 그리드의 짧은 변의 길이는 더 이상 도파 파장의 1/2개가 아니게 되어 방사 패턴에서 빔 분할이 발생한다. [2]
배열 모델과 그 3D 패턴
위 그림에서 P1과 P2가 180° 위상차를 갖는 안테나 구조를 나타낸 것처럼, ADS를 이용하여 개략적인 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다(본 논문에서는 모델링하지 않음). 급전 포트에 차동 급전을 적용하면, 원리 분석에서와 같이 단일 격자 소자에서의 전류 분포를 관찰할 수 있습니다. 종방향 전류는 서로 반대 방향(상쇄)을 가지며, 횡방향 전류는 크기가 같고 위상이 동일(중첩)합니다.
각 팔에 대한 전류 분배1
서로 다른 팔에 대한 전류 분배 2
위에서는 그리드 안테나에 대한 간략한 소개와 77GHz에서 동작하는 마이크로스트립 급전 구조를 이용한 어레이 설계에 대해 설명했습니다. 실제로 레이더 탐지 요구 사항에 따라 그리드의 수직 및 수평 개수를 줄이거나 늘려 특정 각도의 안테나를 설계할 수 있습니다. 또한 차동 급전 네트워크에서 마이크로스트립 전송선의 길이를 조절하여 원하는 위상차를 얻을 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 1월 24일
