الأخبار - تحويل الطاقة في هوائيات الرادار

في دوائر أو أنظمة الميكروويف، غالبًا ما تتكون الدائرة أو النظام بأكمله من العديد من أجهزة الميكروويف الأساسية مثل المرشحات والمقارنات ومقسمات الطاقة وما إلى ذلك. ومن المأمول أنه من خلال هذه الأجهزة، من الممكن نقل طاقة الإشارة بكفاءة من نقطة إلى أخرى بأقل قدر من الخسارة؛

في نظام رادار المركبات بأكمله، يشمل تحويل الطاقة بشكل رئيسي نقل الطاقة من الشريحة إلى وحدة التغذية على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، ثم نقل وحدة التغذية إلى جسم الهوائي، ثم الإشعاع الفعال للطاقة بواسطة الهوائي. يُعد تصميم المحول جزءًا مهمًا في عملية نقل الطاقة بأكملها. تشمل المحولات في أنظمة الموجات المليمترية بشكل رئيسي تحويل الشريط الدقيق إلى دليل موجي متكامل (SIW)، وتحويل الشريط الدقيق إلى دليل موجي، وتحويل SIW إلى دليل موجي، وتحويل الكابل المحوري إلى دليل موجي، وتحويل دليل موجي إلى دليل موجي، وأنواعًا مختلفة من تحويلات الدليل الموجي. سيركز هذا العدد على تصميم تحويل SIW المتكامل بالنطاق الميكروي.

أنواع مختلفة من هياكل النقل

شريط صغيريُعدّ هذا النوع من هياكل التوجيه الأكثر استخدامًا عند ترددات الميكروويف المنخفضة نسبيًا. وتتمثل مزاياه الرئيسية في بساطة بنيته، وانخفاض تكلفته، وتكامله العالي مع مكونات التركيب السطحي. يُشكّل خط الشريط الدقيق النموذجي باستخدام موصلات على أحد جانبي ركيزة طبقة عازلة، مُشكّلًا مستوى أرضيًا واحدًا على الجانب الآخر، يعلوه الهواء. الموصل العلوي هو في الأساس مادة موصلة (عادةً ما تكون نحاسية) مُشكّلة على شكل سلك ضيق. يُعدّ عرض الخط، وسمكه، والسماحية النسبية، وظلّ فقدان العزل للركيزة من المعايير المهمة. بالإضافة إلى ذلك، يُعدّ سمك الموصل (أي سمك المعدنة) وموصليته من المعايير الحاسمة عند الترددات العالية. من خلال دراسة هذه المعايير بعناية واستخدام خطوط الشريط الدقيق كوحدة أساسية للأجهزة الأخرى، يُمكن تصميم العديد من أجهزة ومكونات الميكروويف المطبوعة، مثل المرشحات، والمقارنات، ومقسمات/مجمعات الطاقة، والخلاطات، وغيرها. ومع ذلك، مع زيادة التردد (عند الانتقال إلى ترددات ميكروويف عالية نسبيًا)، تزداد خسائر الإرسال ويحدث الإشعاع. لذلك، تُفضّل الموجهات الموجية ذات الأنابيب المجوفة، مثل الموجهات الموجية المستطيلة، نظرًا لانخفاض خسائرها عند الترددات العالية (أي انعدام الإشعاع). عادةً ما يكون الجزء الداخلي من الموجهات الموجية مصنوعًا من الهواء. ولكن، إذا رغبت في ذلك، يمكن ملؤه بمادة عازلة، مما يمنحه مقطعًا عرضيًا أصغر من الموجهات الموجية المملوءة بالغاز. مع ذلك، غالبًا ما تكون الموجهات الموجية ذات الأنابيب المجوفة ضخمة، وثقيلة الوزن، خاصةً عند الترددات المنخفضة، وتتطلب متطلبات تصنيع أعلى، كما أنها باهظة الثمن، ولا يمكن دمجها مع الهياكل المطبوعة المستوية.

منتجات هوائيات RFMISO ميكروستريب:

RM-MA25527-22،25.5-27 جيجاهرتز

RM-MA425435-22، 4.25-4.35 جيجاهرتز

النوع الآخر هو بنية توجيه هجينة تجمع بين بنية الشريط الدقيق ودليل الموجة، وتُسمى دليل الموجة المتكامل بالركيزة (SIW). وهو بنية متكاملة تشبه دليل الموجة، مصنوعة من مادة عازلة، مع موصلات في الأعلى والأسفل، ومصفوفة خطية من فتحتين معدنيتين تُشكلان الجدران الجانبية. بالمقارنة مع هياكل الشريط الدقيق ودليل الموجة، تتميز SIW بفعاليتها من حيث التكلفة، وسهولة تصنيعها نسبيًا، ويمكن دمجها مع الأجهزة المستوية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأداء عند الترددات العالية أفضل من أداء هياكل الشريط الدقيق، وتتميز بخصائص تشتت دليل الموجة. كما هو موضح في الشكل 1؛

إرشادات تصميم SIW

الموجهات الموجية المتكاملة للركيزة (SIWs) هي هياكل متكاملة تشبه الموجهات الموجية مصنوعة باستخدام صفين من الفتحات المعدنية المضمنة في عازل يربط بين لوحين معدنيين متوازيين. تشكل صفوف من الثقوب المعدنية المارة الجدران الجانبية. يتميز هذا الهيكل بخصائص خطوط الشرائط الدقيقة والموجهات الموجية. تتشابه عملية التصنيع أيضًا مع الهياكل المسطحة المطبوعة الأخرى. يظهر الشكل 2.1 هندسة نموذجية لـ SIW، حيث يُستخدم عرضها (أي الفصل بين الفتحات في الاتجاه الجانبي (as)) وقطر الفتحات (d) وطول الخطوة (p) لتصميم هيكل SIW. سيتم شرح أهم المعلمات الهندسية (الموضحة في الشكل 2.1) في القسم التالي. لاحظ أن الوضع السائد هو TE10، تمامًا مثل الموجهات الموجية المستطيلة. العلاقة بين تردد القطع fc للموجهات الموجية المملوءة بالهواء (AFWG) والموجهات الموجية المملوءة بالعازل (DFWG) والأبعاد a وb هي النقطة الأولى في تصميم SIW. بالنسبة للموجهات المملوءة بالهواء، يكون تردد القطع كما هو موضح في الصيغة أدناه

البنية الأساسية لـ SIW وصيغة الحساب[1]

حيث c هي سرعة الضوء في الفضاء الحر، وm وn هما الوضعان، وa هو حجم الدليل الموجي الأطول، وb هو حجم الدليل الموجي الأقصر. عند عمل الدليل الموجي في وضع TE10، يمكن تبسيطه إلى fc=c/2a؛ وعند ملء الدليل الموجي بالعازل، يُحسب طول الجانب العريض a بواسطة ad=a/Sqrt(εr)، حيث εr هو ثابت العزل الكهربائي للوسط؛ ولجعل SIW يعمل في وضع TE10، يجب أن تُلبي مسافة الثقب العابر p والقطر d والجانب العريض as الصيغة الموجودة في أعلى يمين الشكل أدناه، وهناك أيضًا صيغ تجريبية لـ d<λg وp<2d [2]؛

حيث λg هو طول موجة الموجة الموجهة: في الوقت نفسه، لن يؤثر سمك الركيزة على تصميم حجم SIW، لكنه سيؤثر على فقدان الهيكل، لذلك يجب مراعاة مزايا الخسارة المنخفضة للركائز ذات السمك العالي.

تحويل الشريط الدقيق إلى SIW
عند الحاجة إلى توصيل هيكل شريط دقيق بـ SIW، يُعدّ انتقال الشريط الدقيق المخروطي أحد طرق الانتقال الرئيسية المُفضّلة، وعادةً ما يُوفّر انتقال المخروط تطابقًا واسع النطاق مُقارنةً بالانتقالات المطبوعة الأخرى. يتّسم هيكل الانتقال المُصمّم جيدًا بانعكاسات منخفضة جدًا، وينتج فقدان الإدخال في المقام الأول عن فقدان العازل والموصل. يُحدّد اختيار مواد الركيزة والموصلات بشكل أساسي فقدان الانتقال. بما أن سُمك الركيزة يُعيق عرض خط الشريط الدقيق، فيجب تعديل مُعاملات الانتقال المخروطي عند تغيّر سُمك الركيزة. يُعدّ نوع آخر من هياكل خطوط النقل المُؤرّضة (GCPW) شائع الاستخدام في أنظمة التردد العالي. تعمل الموصلات الجانبية القريبة من خط النقل الوسيط كأرضية أيضًا. من خلال تعديل عرض المُغذّي الرئيسي والفجوة مع الأرضية الجانبية، يُمكن الحصول على المُمانعة المميزة المطلوبة.

Microstrip إلى SIW وGCPW إلى SIW

الشكل أدناه مثال على تصميم شريحة دقيقة لـ SIW. الوسيط المستخدم هو Rogers3003، وثابت العزل الكهربائي 3.0، وقيمة الخسارة الحقيقية 0.001، وسمكها 0.127 مم. عرض وحدة التغذية عند كلا الطرفين 0.28 مم، وهو ما يطابق عرض وحدة تغذية الهوائي. قطر الفتحة العابرة d=0.4 مم، والتباعد p=0.6 مم. حجم المحاكاة هو 50 مم × 12 مم × 0.127 مم. يبلغ إجمالي الخسارة في نطاق التمرير حوالي 1.5 ديسيبل (يمكن تقليلها بشكل أكبر بتحسين التباعد الجانبي العريض).