マイクロ波回路またはシステムでは、回路またはシステム全体が、フィルター、カプラー、電力分割器などの多くの基本的なマイクロ波デバイスで構成されることがよくあります。これらのデバイスを通じて、信号電力を 1 点から複数の点に効率的に送信できることが期待されています。もう1つは損失を最小限に抑えます。
車両レーダー システム全体において、エネルギー変換には主に、チップから PCB 基板上のフィーダーへのエネルギーの伝達、フィーダーからアンテナ本体への伝達、およびアンテナによるエネルギーの効率的な放射が含まれます。エネルギー伝達プロセス全体において、重要な部分はコンバータの設計です。ミリ波システムのコンバータには、主にマイクロストリップから基板集積導波管（SIW）への変換、マイクロストリップから導波管への変換、SIWから導波管への変換、同軸から導波管への変換、導波管から導波管への変換、およびさまざまな種類の導波管変換が含まれます。この号では、マイクロバンド SIW 変換設計に焦点を当てます。
さまざまなタイプの輸送構造
マイクロストリップは、比較的低いマイクロ波周波数で最も広く使用されているガイド構造の 1 つです。その主な利点は、単純な構造、低コスト、および表面実装コンポーネントとの高度な統合です。一般的なマイクロストリップ ラインは、誘電体層基板の片面に導体を使用して形成され、もう一方の面には単一のグランド プレーンが形成され、その上には空気が存在します。上部導体は基本的に、細いワイヤに成形された導電性材料 (通常は銅) です。基板の線幅、厚さ、比誘電率、誘電正接は重要なパラメータです。さらに、導体の厚さ（つまり、メタライゼーションの厚さ）と導体の導電率も、高周波では重要です。これらのパラメータを慎重に検討し、マイクロストリップ ラインを他のデバイスの基本ユニットとして使用することにより、フィルタ、カプラ、電力分割器/結合器、ミキサなどの多くのプリントされたマイクロ波デバイスおよびコンポーネントを設計できます。比較的高いマイクロ波周波数）伝送損失が増加し、放射が発生します。したがって、高周波での損失が小さい（放射がない）ため、方形導波管などの中空管導波管が好まれます。導波管の内部は通常空気です。ただし、必要に応じて、誘電体材料を充填して、ガス充填導波路よりも小さな断面積を与えることができます。しかし、中空管導波管は嵩張ることが多く、特に低周波数では重くなる可能性があり、より高い製造要件が必要で高価であり、平面プリント構造と統合することはできません。
RFMISOマイクロストリップアンテナ製品：
RM-MA25527-22、25.5-27GHz
RM-MA425435-22、4.25-4.35GHz
もう 1 つは、基板集積導波路 (SIW) と呼ばれる、マイクロストリップ構造と導波路の間のハイブリッド導波構造です。SIW は、誘電体材料上に製造された導波路のような集積構造で、上部と底部に導体があり、側壁を形成する 2 つの金属ビアの線形アレイを備えています。マイクロストリップや導波路構造と比較すると、SIW はコスト効率が高く、製造プロセスが比較的簡単で、プレーナ デバイスと統合することができます。さらに、高周波での性能はマイクロストリップ構造よりも優れており、導波路分散特性を備えています。図 1 に示すように、
SIW 設計ガイドライン
基板集積導波路 (SIW) は、2 つの平行な金属プレートを接続する誘電体に埋め込まれた 2 列の金属ビアを使用して製造された集積導波路状構造です。金属貫通孔の列が側壁を形成します。この構造は、マイクロストリップラインと導波管の特性を備えています。製造プロセスも他の印刷された平面構造と同様です。典型的な SIW ジオメトリを図 2.1 に示します。図 2.1 では、その幅 (つまり、横方向のビア間の間隔 (as))、ビアの直径 (d)、およびピッチ長 (p) を使用して SIW 構造を設計します。最も重要な幾何学的パラメータ (図 2.1 を参照) については、次のセクションで説明します。方形導波管と同様に、主モードは TE10 であることに注意してください。空気充填導波管 (AFWG) と誘電体充填導波管 (DFWG) のカットオフ周波数 fc と寸法 a、b の関係が SIW 設計の最初のポイントです。空気が充填された導波管の場合、カットオフ周波数は次の式のようになります。
SIWの基本構造と計算式[1]
ここで、c は自由空間における光の速度、m と n はモード、a は長い導波路サイズ、b は短い導波路サイズです。導波路が TE10 モードで動作する場合、fc=c/2a に単純化できます。導波路が誘電体で満たされている場合、ブロードサイドの長さ a は、ad=a/Sqrt(εr) によって計算されます。ここで、εr は媒体の誘電率です。SIW を TE10 モードで動作させるには、スルーホールの間隔 p、直径 d、広い辺が下図の右上の式を満たす必要があります。また、d<λg および p<2d という経験式もあります。 2];
ここで、λg は導波波の波長です。同時に、基板の厚さは SIW のサイズ設計には影響しませんが、構造の損失に影響を与えるため、厚さの高い基板の低損失の利点を考慮する必要があります。 。
マイクロストリップからSIWへの変換
マイクロストリップ構造を SIW に接続する必要がある場合、テーパ付きマイクロストリップ トランジションは主に推奨されるトランジション方法の 1 つであり、テーパ付きトランジションは通常、他のプリントされたトランジションと比較して広帯域の整合を実現します。適切に設計された遷移構造は反射が非常に低く、挿入損失は主に誘電体損失と導体損失によって引き起こされます。基板と導体の材料の選択は主に遷移の損失を決定します。基板の厚さはマイクロストリップラインの幅を妨げるため、基板の厚さが変化した場合にはテーパ付きトランジションのパラメータを調整する必要があります。別のタイプの接地コプレーナ導波路 (GCPW) も、高周波システムで広く使用されている伝送線路構造です。中間伝送線路に近い側導体はグランドとしても機能します。主給電線の幅と側地アースとのギャップを調整することで、必要な特性インピーダンスを得ることができます。
マイクロストリップから SIW および GCPW から SIW
以下の図は、SIW へのマイクロストリップの設計例です。使用した媒質はRogers3003、比誘電率は3.0、真の損失値は0.001、厚さは0.127mmです。両端の給電線幅は0.28mmで、アンテナ給電線の幅と一致します。スルーホールの直径は d=0.4mm、間隔 p=0.6mm です。シミュレーションサイズは50mm*12mm*0.127mmです。通過帯域の全体的な損失は約 1.5dB です (広帯域側の間隔を最適化することでさらに低減できます)。
SIW 構造とその S パラメータ
電界分布@79GHz
投稿日時: 2024 年 1 月 18 日
