Comment connecter les antennes ?

Dans le numéro précédent du blog radar de Renesas, nous avons discuté des différentes options d'antenne pour transmettre et recevoir le signal radar. Nous allons maintenant nous concentrer sur la façon de connecter un émetteur-récepteur radar à circuit intégré micro-ondes monolithique (MMIC) aux antennes de manière à garantir un transfert efficace des signaux. Aux fréquences d'ondes millimétriques (mmWave), toute transition entre deux lignes de transmission différentes, sur la puce, la carte ou l'antenne, peut avoir un impact significatif sur les performances de l'ensemble du système. Toute dégradation ou dysfonctionnement des interfaces entraînera une perte de signal ou des interférences, entraînant une réduction des performances ou des pannes du système. Par conséquent, l’un des principaux défis de la conception d’un module radar sera de maintenir une intégrité élevée du signal et de faibles pertes tout au long du trajet du signal RF entre le MMIC et les antennes sélectionnées.

Aux fréquences d'ondes millimétriques, les transitions puce à carte sont difficiles en raison des courtes longueurs d'onde impliquées. L'approche la plus courante consiste à utiliser le BGA pour transférer les signaux RF de la puce vers une ligne de transmission imprimée sur la carte, généralement des lignes microruban, mais également des lignes ruban, des guides d'ondes coplanaires (CPW) ou des guides d'ondes intégrés au substrat (SIW). Cela permet une connexion directe aux antennes embarquées, telles que les réseaux de patchs.

La structure de transition doit être conçue pour faire correspondre l'impédance du MMIC à celle de la ligne de transmission sur la carte, afin de minimiser les pertes et les réflexions. Ceci est essentiel pour un transfert de puissance efficace et une efficacité de rayonnement optimale et peut être obtenu en réduisant la largeur de la ligne et/ou en ajoutant des structures correspondantes.

Une conception soignée de l’interface peut contribuer à minimiser l’effet de diaphonie et d’interférences, qui peuvent être importants aux fréquences mmWave. Il est également important d'assurer une bonne connexion avec la masse du PCB, afin de réduire davantage les interférences et d'améliorer le rapport signal/bruit.

Des matériaux de haute qualité et à faibles pertes doivent être utilisés pour fabriquer la carte, afin de réduire les pertes sur les lignes de transmission entre la puce et l'antenne. De plus, un soin particulier doit être apporté lors du processus d'assemblage, pour assurer un bon alignement entre les billes de soudure et les lignes, pour éviter les désadaptations et minimiser les effets parasites.

Là encore, l'utilisation d'outils de simulation électromagnétique est capitale pour optimiser l'interface. La conception doit être adaptée à l'empilement et à la disposition du PCB souhaités, afin de garantir l'atteinte des performances ciblées. La simulation peut être étendue pour inclure les antennes et, au final, l'ensemble du PCB, et analyser les effets des tolérances de matériaux et de fabrication.

Lorsque des antennes à guide d'ondes 3D sont utilisées, il est nécessaire d'ajouter une deuxième transition, de la carte au module d'antenne. Pour cela, les modes de ligne de transmission qui transportent le signal sur le PCB (par exemple les modes microruban quasi-TEM) doivent être convertis en modes guide d'ondes.

Un lanceur de guide d'ondes embarqué (LoB) est une petite interface conçue à l'extrémité de la ligne de transmission du PCB, qui permettra aux ondes électromagnétiques générées par le radar MMIC d'être couplées à l'antenne du guide d'ondes. Il peut s'agir d'un élément imprimé (sonde) ou d'une ouverture dans un plan conducteur.

La forme du lanceur embarqué doit être optimisée pour maximiser l'efficacité du couplage et faire correspondre l'impédance de la ligne de transmission sur la carte à l'impédance du guide d'ondes. Pour assurer une transition en douceur, des formes coniques sont normalement utilisées. En effet, des arêtes vives et des discontinuités abruptes provoqueraient des niveaux de réflexion élevés, entraînant une perte de puissance et une distorsion du signal.

La taille du lanceur de guides d'ondes est également d'une importance capitale. Il doit être suffisamment petit pour tenir sur la planche, en gardant les lignes aussi courtes que possible. D'un autre côté, les lois de la physique exigent qu'il soit suffisamment grand pour coupler efficacement le signal de la ligne de transmission du PCB à l'antenne du guide d'ondes. Là encore, les outils de simulation électromagnétique sont incontournables pour optimiser la conception du lanceur et prédire avec précision ses performances.