アンテナの接続方法は？

ルネサスのレーダー ブログの前号では、レーダー信号を送信および受信するためのさまざまなアンテナ オプションについて説明しました。 ここでは、信号の効率的な転送を保証する方法で、モノリシック マイクロ波集積回路 (MMIC) レーダー トランシーバーをアンテナに接続する方法に焦点を当てます。 ミリ波 (mmWave) 周波数では、チップ、ボード、またはアンテナ上の 2 つの異なる伝送線間の遷移は、システム全体のパフォーマンスに重大な影響を与える可能性があります。 インターフェースの劣化や誤動作は信号損失や干渉を引き起こし、パフォーマンスの低下やシステム障害につながります。 したがって、レーダー モジュールの設計における重要な課題の 1 つは、MMIC と選択したアンテナ間の RF 信号パス全体にわたって高い信号完全性と低い損失を維持することになります。

ミリ波周波数では、波長が短いため、チップから基板への移行が困難になります。 最も一般的なアプローチは、BGA を使用してチップから基板上にプリントされた伝送線路 (通常はマイクロストリップ線路) に RF 信号を転送する方法ですが、ストリップ線路、コプレーナ導波路 (CPW) または基板集積導波路 (SIW) も使用できます。 これにより、パッチ アレイなどのオンボード アンテナに直接接続できます。

損失と反射を最小限に抑えるために、MMIC のインピーダンスを基板上の伝送線路のインピーダンスに一致させるように移行構造を設計する必要があります。 これは、効率的な電力伝送と最適な放射効率にとって重要であり、線路の幅を先細にするか、マッチング構造を追加するか、あるいはその両方によって実現できます。

インターフェイスを慎重に設計すると、ミリ波周波数で顕著になる可能性があるクロストークと干渉の影響を最小限に抑えることができます。 干渉をさらに低減し、信号対雑音比を改善するには、PCB グランドとの良好な接続を確保することも重要です。

チップとアンテナ間の伝送路の損失を減らすために、基板の製造には高品質で低損失の材料を使用する必要があります。 さらに、はんだ付けボールと配線間の適切な位置合わせを確保し、不整合を避け、寄生効果を最小限に抑えるために、組み立てプロセス中に特別な注意を払う必要があります。

ここでも、インターフェースを最適化するには、電磁シミュレーション ツールの使用が重要です。 目標のパフォーマンスが達成されることを保証するには、設計を目的のスタックアップと PCB レイアウトに適合させる必要があります。 シミュレーションは、アンテナ、そして最終的には PCB 全体を含むように拡張でき、材料および製造公差の影響を分析できます。

3D 導波管アンテナを使用する場合、基板からアンテナ モジュールまでの 2 番目の接続を追加する必要があります。 そのためには、PCB 上で信号を運ぶ伝送線モード (マイクロストリップ準 TEM モードなど) を導波路モードに変換する必要があります。

ウェーブガイド ランチャー オン ボード (LoB) は、PCB 伝送ラインの端に設計された小型のインターフェイスで、レーダー MMIC によって生成された電磁波をウェーブガイド アンテナに結合する手段を提供します。 これは、印刷された要素 (プローブ) または導電面の開口部である可能性があります。

ボード上のランチャーの形状は、結合効率を最大化し、ボード上の伝送線路のインピーダンスを導波管のインピーダンスに一致させるために最適化する必要があります。 スムーズな移行を確保するために、通常はテーパー形状が使用されます。 実際、鋭いエッジや突然の不連続性は高い反射レベルを引き起こし、電力損失や信号の歪みにつながります。

導波管ランチャーのサイズも非常に重要です。 ラインの長さをできるだけ短くして、ボードに収まる程度に小さくする必要があります。 一方、物理法則では、PCB 伝送ラインからの信号を導波管アンテナに効率的に結合するのに十分な大きさであることが必要です。 ここでも、発射装置の設計を最適化し、その性能を正確に予測するには、電磁シミュレーションツールが不可欠です。