Как подключить антенны?

В предыдущем выпуске радарного блога Renesas мы обсуждали различные варианты антенн для передачи и приема радиолокационного сигнала. Теперь мы сосредоточимся на том, как подключить радиолокационный приемопередатчик монолитной микроволновой интегральной схемы (MMIC) к антеннам таким образом, чтобы гарантировать эффективную передачу сигналов. На частотах миллиметровых волн (mmWave) любые переходы между двумя разными линиями передачи на кристалле, плате или антенне могут оказать существенное влияние на производительность всей системы. Любое ухудшение или неисправность интерфейсов приведет к потере сигнала или помехам, что приведет к снижению производительности или сбоям в системе. Поэтому одной из ключевых задач при проектировании радиолокационного модуля будет обеспечение высокой целостности сигнала и низких потерь на всем пути радиочастотного сигнала между MMIC и выбранными антеннами.

На частотах миллиметровых волн переход от чипа к плате затруднен из-за коротких длин волн. Наиболее распространенный подход - использование BGA для передачи радиочастотных сигналов от чипа к линии передачи, напечатанной на плате, обычно это микрополосковые линии, но также могут использоваться полосковые линии, копланарные волноводы (CPW) или волноводы, интегрированные в подложку (SIW). Это позволяет напрямую подключаться к встроенным антеннам, таким как патч-массивы.

Переходная структура должна быть спроектирована так, чтобы сопротивление MMIC согласовывалось с сопротивлением линии передачи на плате, чтобы минимизировать потери и отражения. Это имеет решающее значение для эффективной передачи энергии и оптимальной эффективности излучения и может быть достигнуто за счет уменьшения ширины линии и/или добавления соответствующих структур.

Тщательная разработка интерфейса может помочь минимизировать влияние перекрестных помех и помех, которые могут быть значительными на частотах миллиметрового диапазона. Также важно обеспечить хорошее соединение с землей печатной платы, чтобы еще больше уменьшить помехи и улучшить соотношение сигнал/шум.

Для изготовления платы следует использовать качественные материалы с низкими потерями, чтобы уменьшить потери на линиях передачи между чипом и антенной. Кроме того, в процессе сборки необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы обеспечить правильное выравнивание между шариками припоя и линиями, чтобы избежать несоответствия и минимизировать паразитные эффекты.

И здесь использование инструментов электромагнитного моделирования имеет важное значение для оптимизации интерфейса. Конструкция должна быть адаптирована к желаемому стеку и компоновке печатной платы, чтобы гарантировать достижение заданной производительности. Моделирование можно расширить, включив в него антенны и, в конечном итоге, всю печатную плату, а также проанализировать влияние материалов и производственных допусков.

При использовании волноводных 3D антенн необходимо добавить второй переход, с платы на антенный модуль. Для этого моды линии передачи, которые передают сигнал на печатную плату (например, микрополосковые квази-ТЕМ-моды), должны быть преобразованы в волноводные моды.

Бортовой пусковой модуль волновода (LoB) представляет собой небольшой интерфейс, разработанный на конце линии передачи печатной платы, который обеспечивает возможность подачи электромагнитных волн, генерируемых радаром MMIC, в волноводную антенну. Это может быть печатный элемент (зонд) или отверстие в проводящей плоскости.

Форма пусковой установки на плате должна быть оптимизирована для максимизации эффективности связи и согласования импеданса линии передачи на плате с импедансом волновода. Чтобы обеспечить плавный переход, обычно используют конические формы. Действительно, острые края и резкие разрывы могут привести к высоким уровням отражения, что приведет к потере мощности и искажению сигнала.

Размер пусковой установки волновода также имеет решающее значение. Он должен быть достаточно маленьким, чтобы поместиться на доске, а длина линий должна быть как можно короче. С другой стороны, законы физики требуют, чтобы он был достаточно большим, чтобы эффективно передавать сигнал от линии передачи печатной платы к волноводной антенне. И здесь инструменты электромагнитного моделирования неизбежны для оптимизации конструкции ракеты-носителя и точного прогнозирования ее характеристик.