Новости PCB - Методы проектирования микрополосковых антенных решеток с частотой 24 ГГц

В диапазоне частот более 10 ГГц микрополосковые антенны на печатных платах имеют очевидные преимущества перед другими антеннами, такими как волноводные щелевые антенны, линзовые антенны, антенны с отражающей поверхностью и т.д. Развитая технология обработки печатных плат позволяет эффективно контролировать стоимость производства микрополосковых антенн. Многослойная гибридная технология, состоящая из печатных плат микрополосковых антенн, СВЧ-радиочастотных плат и низкочастотных цифровых модулей, также обеспечивает высокую степень интеграции всей радиочастотной системы. 

Микроволновая радиочастотная плата ROGERS RO4350Bобладает превосходными высокочастотными характеристиками и низкой стоимостью производства, а также широко используется и зарекомендовала себя в коммерческих радиочастотных системах. Автор использовал печатную плату Rogers Rogers RO4350B, успешно разработанную для серии микрополосковых антенных решеток с частотой 24 ГГц, которые были применены к перечисленным продуктам компании, таким образом, применив некоторые из своих дизайнерских навыков.

Выбор толщины материала высокочастотной печатной платы

Толщина в основном зависит от рабочей полосы пропускания микрополосковой антенны, конструкции питающей сети и эффективности антенны - трех факторов, которые можно выбрать.

1.Толщина печатной платы влияет на полосу пропускания микрополосковой антенны.Чем меньше толщина печатной платы, тем больше размер матрицы, тем меньше рабочая полоса пропускания микрополосковой антенны.

2.Толщина диэлектрика влияет на потери проводимости микрополосковой линии, что, в свою очередь, влияет на эффективность микроволновой радиочастотной антенны.Исходя из вышеперечисленных факторов, автор, исходя из опыта проектирования, выбрал толщину 10 или 20 мил для небольших матриц, толщину 20 мил для больших матриц и толщину 10 мил для микроволновых радиочастотных плат.

3.Толщина печатной платы определяет ширину микрополосковой линии в области изменения полного сопротивления питающей сети.Для печатной платы RO4350B толщина составляет 20 мил, 50 Ом и 100. Ω микрополосковая линия шириной 1,13 мм и 0,27 мм соответственно, резонансная длина соответствующей микрополосковой антенны на частоте 24 ГГц составляет около 3 мм. Если импеданс участка микрополоскового преобразования питающей сети слишком мал или слишком велик, это приведет к тому, что линия микрополосковой антенны будет слишком широкой или слишком узкой, а линия микрополосковой антенны - слишком широкой, что может привести к структурным помехам. Если микрополосковая антенная линия слишком широкая, это легко приведет к структурным помехам. Если микрополосковая антенная линия слишком узкая, это вызовет трудности при обработке данных.

Антенная плата

Типы антенн

Антенны с микрополосковыми антенными решетками подразделяются на решетки с параллельным питанием и решетки с последовательным питанием в зависимости от пути подачи. Решетки с параллельным питанием имеют более длинные линии подачи, что приводит к более высоким потерям в сети подачи. Для крупномасштабных антенных решеток эффективность антенны часто ограничена, поэтому обычно предпочтительнее более простая антенная решетка с последовательным питанием. Решетки с последовательным питанием - это резонансные антенны, которые работают в меньшей полосе пропускания, чем решетки с параллельным питанием, но структура с последовательным питанием облегчает достижение взвешенного возбуждения. Авторы разработали микрополосковые антенные решетки с последовательным питанием различного масштаба. Все они используют RO4350B толщиной 20 мил. С увеличением размера массива полоса пропускания уменьшается. Полоса пропускания составляет 1,2 ГГц для 16 массивов и всего 0,75 ГГц для 324 массивов. Полоса пропускания этой антенной решетки с тандемным питанием соответствует большинству требований к конструкции системы, предъявляемых к полосе частотной модуляции радара с частотой 24 ГГц и частотой менее 250 МГц, которая обычно используется в системах непрерывного действия.

Соединение между антенной и радиочастотным чипом

В настоящее время отечественные и зарубежные производители микросхем серийно выпускают радиочастотные чипы с частотой 24 ГГц. В архитектуре радара Zero IF выводы радиочастотного чипа напрямую подключены к порту антенны микрополоскового приемопередатчика. В случае антенной платы (HF-плата) + многослойной FR4 + микроволновой RF-платы (HF-плата) антенна и RF-чип соединены между собой металлизированными переходами. В диапазоне 24 ГГц разрывы, создаваемые металлизированными переходами длиной более 1 мм, очень заметны.Решение заключается в добавлении нескольких симметричных металлизированных переходов заземления вокруг металлизированных переходов, чтобы сформировать коаксиальную структуру передачи. Когда антенна и радиочастотный чип расположены на одной стороне печатной платы, радиочастотный чип и приемопередающая антенна напрямую соединяются с помощью микрополосковой линии или копланарного волновода.Такая конструкция минимизирует вносимые потери в линии передачи.

Конструкция с низким зазором

Уровень закрылков карты направления является важной частью конструкции антенной решетки.Конструкция с низким уровнем закрылков уменьшает помехи от окружающей среды за пределами основного луча радара. Его функция эквивалентна пространственному фильтру, который очень эффективен для улучшения отношения сигнал/шум на радаре. Равномерно распределенные антенные решетки имеют уровень закрытости, превышающий -13 дБ. Чтобы получить низкую заслонку, мощность, подаваемая в каждый элемент решетки, распределяется по питающей сети для формирования определенного взвешенного распределения с низкой заслонкой. Обычно используемые методы для определения равнофазного распределения с неравноамплитудой, взвешенного по парафлапу, включают распределения Чебышева и Тейлора. В зависимости от уровня парафлапа и количества элементов матрицы легко синтезировать идеальное взвешенное распределение. Остальная часть работы заключается в итеративной оптимизации питающей сети таким образом, чтобы мощность, подаваемая на каждый элемент решетки, была близка к идеальному распределению.