Mikrobangų antenų maitinimo būdai: tipai ir pasirinkimas

Mikrojuostelinė antena yra žemo profilio spausdinta antena, kurioje vienoje dielektrinio pagrindo pusėje suformuotas laidus laukas, o kitoje – įžeminimo plokštė. Maitinimo struktūra perduoda radijo dažnių energiją tarp perdavimo linijos ir spinduliuojančio laukelio, todėl ji daro tiesioginę įtaką įėjimo varžai, darbiniam pralaidumui, spinduliuotės efektyvumui, poliarizacijos grynumui ir gamybos sudėtingumui.

Keturi plačiausiai naudojami mikrojuostelinių antenų maitinimo būdai yra mikrojuostelinių antenų linijinis maitinimas, bendraašis zondinis maitinimas, diafragmos maitinimas ir artumo maitinimas. Nė vienas metodas netinka kiekvienam dizainui. Teisingas pasirinkimas priklauso nuo reikiamo pralaidumo, antenos profilio, izoliacijos, galios valdymo, matricos išdėstymo ir gamybos proceso.

Plačiau apie antenos struktūrą ir veikimo principą žr. mūsų vadoveMikrobangų antenos struktūra, veikimo principai ir taikymasŠiame straipsnyje daugiausia dėmesio skiriama tiekimo mechanizmams, praktiniams kompromisams ir tiekimo taškų parinkimui.

Kas yra mikrobangų juostos antenos tiekimas?

Maitinimo linija jungia RF šaltinį arba imtuvą su spinduliuojančia zona, tuo pačiu transformuodama sistemos varžą į antenos įėjimo varžą. Praktiškai maitinimo linija yra antenos dalis, o ne atskira detalė. Jos geometrija keičia srovės pasiskirstymą, rezonansinį dažnį, grįžtamąjį nuostolius, naudojamą pralaidumą ir nepageidaujamą spinduliuotę.

Mikrojuostelinių antenų maitinimo šaltiniai paprastai skirstomi į tiesioginio kontakto metodus ir elektromagnetiniu būdu sujungtus metodus. Mikrojuostelinių linijų ir bendraašių zondų maitinimo šaltiniai užmezga tiesioginį elektrinį kontaktą su pleistru. Diafragmos ir artumo būdu sujungti maitinimo šaltiniai perduoda energiją elektromagnetiniu ryšiu ir paprastai naudoja daugiau nei vieną substrato sluoksnį.

Keturi pagrindiniai mikrobangų antenų maitinimo būdai

1. Mikrobangų juostos tiekimas

Mikrobangų juostos linijoje spausdintinė perdavimo linija yra tiesiogiai prijungta prie pleistro. Linija ir pleistras gali būti pagaminti ant to paties pagrindo vienu PCB procesu, todėl šis metodas yra paprastas, žemo profilio ir tinka pigiai gamybai bei daugeliui spausdintų matricų.

Impedanso suderinimą galima reguliuoti keičiant tiekimo linijos plotį, naudojant įdėklą, pridedant ketvirčio bangos transformatorių arba optimizuojant linijos ir pleistro jungtį. Pagrindinis apribojimas yra tas, kad tiekimo linija taip pat spinduliuoja. Ši parazitinė spinduliuotė gali paveikti kryžminę poliarizaciją ir spinduliuotės modelį, ypač kai substratas yra gana storas arba tiekimo tinklas yra ilgas.

2. Koaksialinis zondo tiekimas

Koaksialinis zondo maitinimo laidas eina per įžeminimo plokštę ir pagrindą. Koaksialinis išorinis laidininkas yra prijungtas prie įžeminimo plokštės, o vidinis laidininkas – prie lopo. Keičiant zondo padėtį, patogu pasirinkti norimą įėjimo varžą nespausdinant maitinimo laido ant spinduliuojančio paviršiaus.

Šis metodas siūlo lankstų maitinimo taškų išdėstymą ir paprastai mažą maitinimo linijos spinduliuotę, tačiau tam reikia gręžti ir užtikrinti patikimą elektros jungtį. Ilgas zondas sukelia induktyvumą, todėl našumas gali pablogėti naudojant storus pagrindus arba esant aukštesniems dažniams. Todėl galutiniame modelyje turėtų būti įtraukta jungties geometrija, litavimo tūris ir gamybos tolerancija.

3. Diafragmos sujungtas tiekimas

Diafragmos pagrindu sujungtame tiekimo tinklelyje perdavimo linija yra po įžeminimo plokšte, o lopinėlis – virš jos. Energija praeina per įžeminimo plokštumoje esantį plyšį. Kadangi įžeminimo plokštė skiria tiekimo tinklą nuo spinduliuojančio lopo, toks išdėstymas užtikrina gerą tiekimo ir spinduolio izoliaciją ir gali sumažinti nepageidaujamą tiekimo spinduliuotę.

Lizdo matmenys, lizdo padėtis, tiekimo linijos atšaka, substrato storis ir dielektrinės konstantos turi įtakos sujungimui ir suderinimui. Diafragmos sujungimas gali palaikyti platesnį pralaidumą nei daugelis tiesioginių tiekimų, tačiau tam reikalinga daugiasluoksnė struktūra ir tikslus linijos, lizdo ir pleistro suderinimas.

4. Artumo pagrindu veikiantis tiekimas

Artimojo ryšio, dar vadinamo elektromagnetiniu ryšiu sujungtu, tiekimo linijoje mikrobangų juosta dedama po lopinėliu ir nuo jo atskiriama dielektriniu sluoksniu. Linija iš dalies persidengia su lopinėliu, o energija perduodama elektromagnetiniu lauku. Įžeminimo plokštumoje nėra tiesioginio elektros jungties ir plyšio.

Persidengimo ilgis, linijos padėtis, substrato savybės ir sluoksnio storis kontroliuoja sujungimą. Šis metodas gali užtikrinti platų impedanso pralaidumą ir mažą šalutinę spinduliuotę, tačiau dviejų sluoksnių struktūra yra storesnė ir jautresnė lygiavimo ir sujungimo tolerancijoms.

Mikrojuostinių antenų maitinimo metodų palyginimas

Maitinimo būdas	Tipinis pralaidumo potencialas	Gamyba	Pašarų spinduliuotė / izoliacija	Geriausiai tinka
Mikrojuostos linija	Siauras arba vidutinis	Paprasta, vieno sluoksnio PCB	Daugiau tiekimo linijos spinduliuotės	Žemo profilio, nebrangūs spausdinti dizainai ir masyvai
Koaksialinis zondas	Siauras arba vidutinis	Gręžimas ir vertikalus prijungimas	Maža tiekimo linijos spinduliuotė	Lankstus vieno elemento tiekimo taško derinimas
Diafragmos sujungtas	Vidutinio arba plataus	Daugiasluoksnis su lizdų išlygiavimu	Gera pašarų izoliacija	Dizainai, kuriems reikalinga izoliacija ir didesnis pralaidumas
Artumo sujungtas	Platus	Daugiasluoksnis su persidengimo lygiavimu	Maža parazitinė spinduliuotė	Plačiajuosčio ryšio projektai, kur priimtinas papildomas storis

Tai yra santykinės projektavimo tendencijos, o ne fiksuotos našumo garantijos. Rezultatą gali pakeisti pleistro forma, padėklo nuostoliai, dielektrinė konstanta, storis, dažnis, tiekimo tinklo ilgis ir gamybos tolerancija.

Kaip pasirinkti tinkamą maitinimo būdą

Reikalingas pralaidumas:Siaurajuostėms sistemoms dažnai pakanka tiesioginio tiekimo. Kai pagrindinis reikalavimas yra platesnis varžos pralaidumas, gali būti pageidaujamas diafragmos arba artumo sujungimas.
Profilių ir sluoksnių skaičius:Mikrobangų juostinis tiekimas užtikrina ploną ir lengvai pagaminamą struktūrą. Sujungtoms tiekimo schemoms reikia papildomų sluoksnių ir išlyginimo.
Spinduliuotės grynumas:Jei labai svarbi tiekimo tinklo spinduliuotė arba izoliacija iš priekio į galą, diafragma sujungta struktūra gali atskirti tiekimą nuo pleistro.
Masyvo integravimas:Spausdinti mikrobangų tinklai yra patogūs matricoms, tačiau linijų nuostoliai ir parazitinė spinduliuotė didėja ilgėjant tinklui. Įmonės tiekimo išdėstymas ir amplitudės / fazės tolerancija turėtų būti vertinami kartu.
Dažnis ir tolerancija:Milimetrinių bangų dažniuose jungčių perėjimai, ėsdinimo tolerancija, pagrindo storis ir registracijos paklaidos tampa elektriškai reikšmingos.
Galios ir šiluminės ribos:Numatytam galios lygiui reikia patikrinti laidininko nuostolius, dielektrinį įkaitimą, jungties srovės tankį ir vietinę lauko koncentraciją.
Kaina ir pakartojamumas:Dizainas su geriausiu modeliuojamu pralaidumu gali būti ne pats geriausias gamybos pasirinkimas, jei jam reikalingas sudėtingas sujungimas arba glaudus daugiasluoksnis suderinimas.

Kaip pasirinkti koaksialinio zondo tiekimo tašką

Teisinga zondo padėtis yra ta, kurioje pasiekiama tikslinė įėjimo varža, tuo pačiu metu sužadinant numatytą režimą su priimtina kryžmine poliarizacija. Ji neturėtų būti automatiškai parenkama lopo centre, maksimalaus elektrinio lauko taške arba maksimalios srovės taške.

Įprasto stačiakampio lopo, veikiančio pagrindiniu režimu, įėjimo varža paprastai yra didelė šalia spinduliuojančio krašto ir mažėja, kai tiekimo srovė juda link centro išilgai rezonansinio matmens. 50 omų taškas paprastai yra tarp krašto ir centro. Tiksli padėtis priklauso nuo lopo matmenų, pagrindo savybių, zondo skersmens, įžeminimo plokštumos, jungties ir netoliese esančių konstrukcijų.

Pradėkite nuo lopo matmenų, atitinkančių reikiamą rezonansinį dažnį ir poliarizaciją.
Padėkite zondą ant tinkamos simetrijos linijos, kad padėtumėte sužadinti norimą režimą ir apribotumėte kryžmiškai poliarizuotus laukus.
Pilnabangiame elektromagnetiniame modelyje keiskite poslinkį nuo spinduliuojančio krašto, kol bus pasiekta tikslinė varža ir grįžtamojo ryšio nuostoliai.
Įtraukite bendraašį perėjimą, zondo induktyvumą, litavimo aikštelę, baigtinę įžeminimo plokštę, korpusą ir radarą, jei jie yra galutinio surinkimo dalis.
Sukurkite substrato storio, dielektrinės konstantos, ėsdinimo ir padavimo padėties paklaidos tolerancijos modelį.
Pagamintą anteną patikrinkite sukalibruotu vektorinio tinklo analizatoriumi ir sureguliuokite tik palyginę matavimo ir modeliavimo atskaitos plokštumas.

Projektavimo ir matavimo patikrinimai

Pašarų optimizavimas turėtų būti patikrintas pagal daugiau nei vieną S parametro vertę. Išsami peržiūra paprastai apima:

Rezonansinis dažnis, S11, grįžtamieji nuostoliai, VSWR ir varžos pralaidumas.
Tikroji ir įsivaizduojamoji įėjimo varža visoje veikimo juostoje.
Bendras efektyvumas, realizuotas stiprinimas ir laidininko / dielektriniai nuostoliai.
Pagrindinėse plokštumose esantys bendrai ir kryžmiškai poliarizuoti spinduliavimo modeliai.
Priekinės ir galinės ašies santykis, šoninės skiltelės ir rašto iškraipymas, kurį sukelia padavimas arba jungtis.
Srovės pasiskirstymas ir nenumatytų paviršiaus bangų arba aukštesnės eilės režimų įrodymai.
Veikimas esant numatomai temperatūrai, radaro, korpuso, kabelių tiesimo ir montavimo sąlygoms.

Paraiškos

Mikrojuostelinės antenos ir matricos naudojamos belaidžio ryšio terminaluose, palydovinėje ir navigacijos įrangoje, radarų jutikliuose, telemetrijoje, aviacijos ir kosmoso platformose, bandymų sistemose ir kompaktiškuose įterptųjų radijo dažnių gaminiuose. Tiekimo architektūra turėtų būti parenkama atsižvelgiant į konkrečius sistemos reikalavimus: paprastas spausdintinis tiekimas gali būti idealus kompaktiškam siaurajuosčiam įrenginiui, o susietas tiekimas gali būti pateisinamas platesniam pralaidumui arba stipresnei izoliacijai.

Dažnai užduodami klausimai

Kuris mikrobangų juostos antenos maitinimo būdas yra paprasčiausias?

Mikrobangų juostų linijinis tiekimas paprastai yra paprasčiausias, nes liniją ir fragmentą galima spausdinti ant to paties pagrindo. Jį lengva integruoti su plokštuminiu tiekimo tinklu, nors tiekimo linijos spinduliuotę reikia kontroliuoti.

Kuris maitinimo būdas užtikrina plačiausią pralaidumą?

Artumo ir diafragmos pagrindu sujungti tiekimo kanalai paprastai siūlo didesnį pralaidumo potencialą nei paprasti tiesioginiai tiekimo kanalai. Tikrasis pralaidumas vis tiek priklauso nuo visos antenos geometrijos ir substrato sluoksnio.

Kuris tiekimo kanalas geriausiai izoliuoja spinduliuojančią sritį?

Diafragmos sujungimas užtikrina tvirtą struktūrinę izoliaciją, nes įžeminimo plokštė skiria maitinimo liniją nuo lopo. Vis dar reikia įvertinti plyšio nuotėkį ir atgalinę spinduliuotę.

Ar maitinimo taškas keičia rezonansinį dažnį?

Pagrindinė jo paskirtis – impedanso suderinimas, tačiau zondas arba linija taip pat trikdo elektromagnetinius laukus. Dideli zondai, ilgi zondai, stipri sąsaja arba tiekimas arti jautraus lauko srities gali pakeisti rezonansą ir įėjimo impedansą.

Kuo skiriasi maitinimas ir impedanso suderinimas?

Maitinimas apibūdina, kaip radijo dažnių energija tiekiama į pleistrą. Impedanso suderinimas – tai antenos įvesties suderinamumo su perdavimo linija, paprastai 50 omų, procesas. Maitinimo padėtis ir geometrija yra svarbūs suderinimo kintamieji, tačiau taip pat gali būti naudojami papildomi transformatoriai, įdėklai, atšakos arba suderinimo tinklai.

Išvada

Mikrobangų juostos antenos tiekimo linijos pasirinkimas yra sistemos lygio sprendimas. Mikrobangų juostos linijos ir bendraašiai zondo tiekimo linijos yra paprastesnės ir tiesioginio derinimo, o diafragmos ir artumo sujungimas suteikia stipresnę izoliaciją arba platesnį pralaidumą papildomų sluoksnių ir griežtesnės gamybos kontrolės sąskaita. Galutinis veikimas visada turėtų būti patvirtintas atliekant visos bangos modeliavimą, tolerancijos analizę ir kalibruotus matavimus.

Mikrojuostinių antenų gaminių rekomendacijos

Naršykite RF MISOmikrobangų antenų gaminiaižemiau, arbasusisiekite su mūsų inžinerijos komandaaptarti dažnių diapazoną, stiprinimo koeficientą, poliarizaciją, sąsajos ir integravimo reikalavimus.