חדשות - המרת אנרגיה באנטנות מכ"ם

במעגלים או מערכות מיקרוגל, המעגל או המערכת כולה מורכבים לעתים קרובות ממגוון התקני מיקרוגל בסיסיים כגון מסננים, מצמדים, מפצל הספק וכו'. יש לקוות שבאמצעות התקנים אלה ניתן להעביר ביעילות הספק אות מנקודה אחת לאחרת עם הפסד מינימלי;

בכל מערכת המכ"ם של כלי רכב, המרת אנרגיה כוללת בעיקר העברת אנרגיה מהשבב למזין שעל לוח המעגל המודפס (PCB), העברת המזין לגוף האנטנה, וקרינה יעילה של אנרגיה על ידי האנטנה. בכל תהליך העברת האנרגיה, חלק חשוב הוא תכנון הממיר. הממירים במערכות גל מילימטר כוללים בעיקר המרה ממיקרוסטריפ למצע (SIW), המרה ממיקרוסטריפ למוליך גל, המרה מ-SIW למוליך גל, המרה מקואקסיאלית למוליך גל, המרה ממוליך גל למוליך גל וסוגים שונים של המרה מוליך גל. גיליון זה יתמקד בתכנון המרת SIW במיקרופדיום.

סוגים שונים של מבני תחבורה

מיקרוסטריפהוא אחד ממבני ההנחיה הנפוצים ביותר בתדרי מיקרוגל נמוכים יחסית. יתרונותיו העיקריים הם מבנה פשוט, עלות נמוכה ואינטגרציה גבוהה עם רכיבים להרכבה משטחית. קו מיקרוסטריפ טיפוסי נוצר באמצעות מוליכים בצד אחד של מצע שכבה דיאלקטרית, ויוצר מישור הארקה יחיד בצד השני, עם אוויר מעליו. המוליך העליון הוא בעצם חומר מוליך (בדרך כלל נחושת) המעוצב לחוט צר. רוחב הקו, עוביו, המקדם היחסי ומשיק הפסד הדיאלקטרי של המצע הם פרמטרים חשובים. בנוסף, עובי המוליך (כלומר, עובי המתכת) והמוליכות של המוליך הם קריטיים גם בתדרים גבוהים יותר. על ידי התחשבות מדוקדקת בפרמטרים אלה ושימוש בקווי מיקרוסטריפ כיחידה בסיסית עבור התקנים אחרים, ניתן לתכנן התקנים ורכיבים מודפסים רבים של מיקרוגל, כגון מסננים, מצמדים, מחלקי/משלבי הספק, מיקסרים וכו'. עם זאת, ככל שהתדר עולה (כאשר עוברים לתדרי מיקרוגל גבוהים יחסית) הפסדי ההעברה גדלים ומתרחשת קרינה. לכן, מוליכי גל בצינור חלול כמו מוליכי גל מלבניים עדיפים בגלל הפסדים קטנים יותר בתדרים גבוהים יותר (ללא קרינה). פנים מוליך הגל הוא בדרך כלל אוויר. אך אם רוצים, ניתן למלא אותו בחומר דיאלקטרי, מה שנותן לו חתך רוחב קטן יותר מאשר מוליך גל מלא גז. עם זאת, מוליכי גל בצינור חלול הם לרוב מגושמים, יכולים להיות כבדים במיוחד בתדרים נמוכים יותר, דורשים דרישות ייצור גבוהות יותר והם יקרים, ולא ניתן לשלב אותם עם מבנים מודפסים מישוריים.

מוצרי אנטנת מיקרוסטריפ RFMISO:

RM-MA25527-22, 25.5-27GHz

RM-MA425435-22, 4.25-4.35GHz

השני הוא מבנה הנחיה היברידי בין מבנה מיקרוסטריפ למוליך גל, הנקרא מוליך גל משולב מצע (SIW). SIW הוא מבנה משולב דמוי מוליך גל המיוצר על חומר דיאלקטרי, עם מוליכים בחלק העליון והתחתון ומערך ליניארי של שני מעברים מתכתיים היוצרים את דפנות הצדדיות. בהשוואה למבני מיקרוסטריפ ומוליכי גל, SIW הוא חסכוני, בעל תהליך ייצור קל יחסית, וניתן לשלב אותו עם התקנים מישוריים. בנוסף, הביצועים בתדרים גבוהים טובים יותר מאלה של מבני מיקרוסטריפ ויש לו תכונות פיזור של מוליכי גל. כפי שמוצג באיור 1;

הנחיות תכנון SIW

מוליכי גל משולבים מסוג מצע (SIW) הם מבנים משולבים דמויי מוליכי גל המיוצרים באמצעות שתי שורות של ויא מתכתיות המוטמעות בדיאלקטרי המחבר שתי לוחות מתכת מקבילים. שורות של חורים עוברים ממתכת יוצרות את דפנות הצד. למבנה זה מאפיינים של קווי מיקרוסטריפ ומוליכי גל. תהליך הייצור דומה גם למבנים שטוחים מודפסים אחרים. גיאומטריה אופיינית של SIW מוצגת באיור 2.1, כאשר רוחבה (כלומר, ההפרדה בין הויא בכיוון הרוחבי (as)), קוטר הויא (d) ואורך הגובה (p) משמשים לתכנון מבנה SIW. הפרמטרים הגיאומטריים החשובים ביותר (המוצגים באיור 2.1) יוסברו בסעיף הבא. שימו לב שהמוד הדומיננטי הוא TE10, בדיוק כמו מוליך הגל המלבני. הקשר בין תדר החיתוך fc של מוליכי גל מלאי אוויר (AFWG) ומוליכי גל מלאי דיאלקטרי (DFWG) לבין המידות a ו-b הוא הנקודה הראשונה בתכנון SIW. עבור מוליכי גל מלאי אוויר, תדר החיתוך הוא כפי שמוצג בנוסחה שלהלן.

מבנה בסיסי ונוסחת חישוב של SIW[1]

כאשר c היא מהירות האור במרחב הפנוי, m ו-n הם המודים, a הוא גודל מוליך הגל הארוך יותר, ו-b הוא גודל מוליך הגל הקצר יותר. כאשר מוליך הגל פועל במצב TE10, ניתן לפשט זאת ל- fc=c/2a; כאשר מוליך הגל מלא בחומר דיאלקטרי, אורך הצד הרחב a מחושב על ידי ad=a/Sqrt(εr), כאשר εr הוא הקבוע הדיאלקטרי של התווך; על מנת לגרום ל- SIW לעבוד במצב TE10, מרווח החורים העוברים p, הקוטר d והצד הרחב צריכים לעמוד בנוסחה בפינה הימנית העליונה של האיור למטה, וישנן גם נוסחאות אמפיריות של d<λg ו- p<2d [2];

כאשר λg הוא אורך הגל המודרך: יחד עם זאת, עובי המצע לא ישפיע על עיצוב גודל ה-SIW, אך הוא ישפיע על אובדן המבנה, ולכן יש לקחת בחשבון את היתרונות של אובדן נמוך של מצעים בעובי גבוה.

המרה ממיקרוסטריפ ל-SIW
כאשר יש צורך לחבר מבנה מיקרוסטריפ ל-SIW, מעבר מיקרוסטריפ מחודד הוא אחת משיטות המעבר המועדפות העיקריות, והמעבר המחודד מספק בדרך כלל התאמה בפס רחב בהשוואה למעברים מודפסים אחרים. למבנה מעבר מתוכנן היטב יש השתקפויות נמוכות מאוד, ואובדן הכנסה נגרם בעיקר מהפסדים דיאלקטריים ומוליך. בחירת חומרי המצע והמוליך קובעת בעיקר את אובדן המעבר. מכיוון שעובי המצע מעכב את רוחב קו המיקרוסטריפ, יש להתאים את הפרמטרים של המעבר המחודד כאשר עובי המצע משתנה. סוג נוסף של מוליך גל קופלני מוארק (GCPW) הוא גם מבנה קו תמסורת נפוץ במערכות תדר גבוה. מוליכי הצד הקרובים לקו תמסורת הביניים משמשים גם הם כקרקע. על ידי התאמת רוחב המזין הראשי והפער לאדמה הצדדית, ניתן להשיג את העכבה האופיינית הנדרשת.

מיקרוסטריפ ל-SIW ו-GCPW ל-SIW

האיור למטה הוא דוגמה לתכנון של מיקרוסטריפ ל-SIW. המדיום בו נעשה שימוש הוא Rogers3003, הקבוע הדיאלקטרי הוא 3.0, ערך ההפסד האמיתי הוא 0.001, והעובי הוא 0.127 מ"מ. רוחב מזין האנטנה בשני הקצוות הוא 0.28 מ"מ, התואם את רוחב מזין האנטנה. קוטר חור המעבר הוא d=0.4 מ"מ, והמרווח p=0.6 מ"מ. גודל הסימולציה הוא 50 מ"מ * 12 מ"מ * 0.127 מ"מ. ההפסד הכולל בפס המעבר הוא כ-1.5dB (אותו ניתן להפחית עוד יותר על ידי אופטימיזציה של המרווח בצד הרחב).