Волноводно-микрополосковый переход



Волноводно-микрополосковый переход
Волноводно-микрополосковый переход

 


Владельцы патента RU 2600506:

Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит" (RU)

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники и может быть использовано в измерительной технике и антенных системах, а также в различных устройствах систем беспроводной связи и радаров. Техническим результатом из обретения является снижение уровня потерь прохождения сигнала и увеличение рабочей полосы частот при низком коэффициенте отражения волны волноводно-микропослокового перехода. Волноводно-микрополосковый переход содержит подводящий волноводный отрезок со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал, короткозамкнутый волноводный отрезок с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал, и диэлектрическую плату, расположенную между волноводными отрезками. При этом на верхней поверхности диэлектрической платы расположены микрополосковая линия передачи, микрополосковый зонд, являющийся продолжением микрополосковой линии, и контактный металлический слой вокруг микрополоскового зонда, не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом и микрополосковой линией передачи и образующий на диэлектрической плате внутреннюю область, являющуюся областью волноводного канала. При этом на контактном металлическом слое расположен короткозамкнутый волноводный отрезок, имеющий прорезь в области микрополосковой линии передачи, а на нижней поверхности диэлектрической платы вокруг области волноводного канала расположен заземляющий металлический слой, на котором расположен подводящий волноводный отрезок. Причем по периметру вокруг области волноводного канала в металлических слоях и в диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие, а внутри области волноводного канала на диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники, а именно к волноводно-микрополосковым переходам, обеспечивающим передачу электромагнитной энергии между металлическим волноводом и микрополосковой линией передачи на диэлектрической плате. Изобретение может быть использовано в измерительной технике и антенных системах, а также в различных устройствах систем беспроводной связи и радаров.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одна из тенденций развития современных систем связи связана с расширением диапазона используемых частот при одновременном увеличении значения несущей частоты в область миллиметровых длин волн. В миллиметровой части электромагнитного спектра (30-300 ГГц) уже сегодня функционируют такие приложения, как локальные системы радиосвязи внутри помещений, радиорелейные линии связи, автомобильные радары, устройства радиовидения и др. Например, в системах радиосвязи при переходе в миллиметровый диапазон длин волн обеспечивается значительное увеличение скорости передачи данных вплоть до единиц и даже десятков гигабит в секунду.

Системы радиосвязи и радары миллиметрового диапазона получили широкое распространение только в последнее время благодаря эволюции полупроводниковых технологий и возможности реализации приемника и передатчика в виде интегральных микросхем вместо традиционных волноводных компонент отдельных функциональных блоков. Такие микросхемы обычно устанавливаются на диэлектрические платы, образуя полностью интегрированные устройства. Для связи микросхем на плате друг с другом и с другими устройствами наибольшее распространение получил интерфейс микрополосковых линий передачи. В то же время некоторые элементы (например, антенны) радиоустройств должны принципиально иметь волноводный интерфейс для обеспечения требуемых характеристик (например, в случае антенны, коэффициента усиления, малых потерь, а также и большего уровня излучаемой мощности).

Таким образом, для эффективного функционирования систем радиосвязи миллиметрового диапазона требуется эффективный переход с волноводного интерфейса на микрополосковую линию, который служит для передачи электромагнитного сигнала в любом направлении между волноводом и реализованной на диэлектрической плате пленарной линией передачи. Кроме систем радиосвязи и радаров такие переходы также находят применение и в СВЧ измерительной технике, где волноводы используются как линии передачи с минимальными потерями.

Основными требованиями к волноводно-микрополосковым переходам, используемым в современных системах миллиметрового диапазона длин волн, являются широкая рабочая полоса частот, малый уровень собственных потерь сигнала в переходе, низкая стоимость производства и максимальная простота конструкции для интеграции перехода в оконечное устройство.

Ниже рассмотрены некоторые известные структуры волноводно-микрополосковых переходов, которые могут использоваться в устройствах миллиметрового диапазона длин волн.

Известен (из "A Novel Waveguide-to-Microstrip Transition for Millimeter-Wave Module Applications" written by Villegas, F.J., Stones, D.I., Hung, H.A. published in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.: 47, Issue 1, Jan. 1999) волноводно-микрополосковый переход, основанный на применении ступенчатой структуры волноводного канала (так называемый "гребенчатый волновод"). Вдоль продольной оси подводящего волновода помещается диэлектрическая плата, на которой выполнена микрополосковая линия. Эта линия электрически соединена с наиболее высокой ступенькой гребенчатой структуры в волноводе. Недостатками данного перехода являются значительная сложность и, следовательно, стоимость изготовления гребенчатой волноводной структуры, а также сложность точного позиционирования диэлектрической платы в волноводном канале, что ухудшает рабочие характеристики перехода и их повторяемость. Данные недостатки особенно усугубляются с ростом рабочих частот перехода до миллиметрового диапазона.

В другом известном (из "Design of Wideband Waveguide to Microstrip Transition for 60 GHz Frequency Band" written by Artemenko A., Maltsev A., Maslennikov R., Sevastyanov A., Ssorin V., published in proc. of 41st European Microwave Conference, 10-13 Oct. 2011) волноводно-микрополосковом переходе реализованный на плате излучающий элемент помещается в раскрыве волноводного канала. При этом электромагнитная связь подводящей микрополосковой линии и излучающего элемента осуществляется посредством щелевой апертуры в металлическом слое земли микрополосковой линии. Особенностью такого перехода является узкий диапазон рабочих частот, что обусловлено резонансной структурой щелевой апертуры и излучающего элемента. Кроме того, для реализации рассмотренного волноводно-микрополоскового перехода требуется несколько слоев диэлектрика, что увеличивает его сложность и уменьшает устойчивость к неточностям изготовления. Также, наличие диэлектрической платы в области волноводного канала вносит дополнительные потери, связанные с диэлектрическими потерями сигнала в подложке.

Еще один волноводно-микрополосковый переход, основанный на перекрывающихся в Е-плоскости волновода микрополосковых лепестках, известен из "Wideband Tapered Antipodal Fin-Line Waveguide-to-Microstrip Transition for E-band Applications" written by Mozharovskiy A., Artemenko A., Ssorin V., Maslennikov R., Sevastyanov A., published in proc. of 43rd European Microwave Conference, 6-10 Oct. 2013. В данном переходе диэлектрическая плата, содержащая микрополосковую линию, помещена между образующими волноводный канал металлическими обкладками вдоль волноводного тракта. Следствием такого расположения является существенный уровень паразитного излучения с торца платы, что предопределяет увеличение собственных потерь волноводно-микрополоскового перехода. Кроме того, изготовление двух обкладок, формирующих волноводный канал, приводит к ужесточению требований на планарность и шероховатость совмещаемых поверхностей и, как следствие, увеличению стоимости изготовления рассмотренного перехода.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является волноводно-микрополосковый переход, раскрытый в US 6967542, опубл. 30.12.2004. Переход, известный из наиболее близкого аналога, содержит диэлектрическую плату с микрополосковой линией передачи и микрополосковым зондом, размещенную между подводящим волноводным отрезком и короткозамкнутым волноводным отрезком, которые содержат волноводные каналы одного сечения. Короткозамкнутый волноводный отрезок размещен с той стороны диэлектрической платы, на которой выполнены зонд и линия. В то же время подводящий волноводный отрезок, который часто является интерфейсом непосредственно устройства радиосвязи, имеющего большие габариты, расположен со стороны земленого экрана микрополосковой линии на плате. Подобное взаимное расположение элементов перехода обеспечивает наличие свободной области на плате, необходимой для размещения интегральных микросхем, соединяемых с микрополосковой линией. Подводящий волноводный отрезок может иметь произвольный фланец, который при размещении на диэлектрической плате обеспечивает электрический контакт волновода с земляным проводником микрополосковой линии передачи либо напрямую, либо посредством переходных отверстий в плате.

Недостатком наиболее близкого аналога является появление в переходе эквивалентной LC-цепочки (резонансного контура), образованной вышеуказанными волноводными отрезками и той части диэлектрической подложкой, которая расположена внутри волноводного канала. При этом резонансный характер данной цепочки ограничивает ширину рабочей полосы частот устройства. Как следствие, возникает необходимость в использовании дополнительных топологических элементов на плате, увеличивающих рабочий диапазон частот перехода. Например, в волноводно-микрополосковом переходе, известном из наиболее близкого аналога, для этой цели применяются: четвертьволновый микрополосковый трансформатор импеданса, различные согласующие отрезки микрополосковой линии и т.п., что значительно усложняет конструкцию перехода и снижает устойчивость к неточностям изготовления. Еще одним недостатком является увеличение потерь при распространении сигнала между волноводом и микрополосковой линией передачи, что обусловлено наличием диэлектрической подложки платы в области волноводного канала.

Таким образом, существует необходимость в разработке волноводно-микрополоскового перехода зондового типа с широкой рабочей полосой и низким уровнем потерь прохождения сигнала, структура которого не вносит паразитную емкостную составляющую импеданса между зондом и волноводным каналом. В таком переходе не требуется использование техник компенсации паразитной емкостной составляющей, что значительно упрощает его структуру и облегчает требования по точности изготовления и позиционирования платы с микрополосковой линией относительно волноводного канала.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является разработка волноводно-микрополоскового перехода зондового типа с широкой рабочей полосой частот и низким уровнем потерь прохождения сигнала, структура которого не вносит паразитную емкостную составляющую импеданса между зондом и волноводным каналом.

Техническим результатом изобретения является снижение уровня потерь прохождения сигнала и увеличение рабочей полосы частот при низком коэффициенте отражения волны волноводно-микропослокового перехода.

Указанный технический результат достигается за счет того, что волноводно-микрополосковый переход содержит подводящий волноводный отрезок со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал, короткозамкнутый волноводный отрезок с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал и диэлектрическую плату, расположенную между волноводными отрезками. При этом на верхней поверхности диэлектрической платы расположены микрополосковая линия передачи, микрополосковый зонд, являющийся продолжением микрополосковой линии, и контактный металлический слой вокруг микрополоскового зонда, не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом и микрополосковой линией передачи и образующий на диэлектрической плате внутреннюю область, являющуюся областью волноводного канала. При этом на контактном металлическом слое расположен короткозамкнутый волноводный отрезок, имеющий прорезь в области микрополосковой линии передачи, а на нижней поверхности диэлектрической платы вокруг области волноводного канала расположен заземляющий металлический слой, на котором расположен подводящий волноводный отрезок. Причем по периметру вокруг области волноводного канала в металлических слоях и в диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие, а внутри области волноводного канала на диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие.

В диэлектрической плате и в металлических слоях выполнены металлизированные крепежные сквозные отверстия, выполненные с возможностью соединения платы с волноводными отрезками.

По меньшей мере одно металлизированное переходное сквозное отверстие выполнено с возможностью электрического соединения контактного металлического слоя и заземляющего металлического слоя с волноводными отрезками.

Диэлектрическая плата выполнена с возможностью содержать, по меньшей мере, два слоя диэлектрика, между которыми расположен заземляющий металлический слой, являющийся земляным проводником микрополосковой линии передачи.

Микрополосковый зонд имеет круглое, секториальное, прямоугольное или трапецеидальное продольное сечение.

Волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или эллиптическое поперечное сечение.

Закрытый волноводный канал имеет прямоугольное, круглое, или трапецеидальное продольное сечение.

На диэлектрической плате внутри области волноводного канала симметрично с каждой боковой стороны от микрополоскового зонда выполнено, по меньшей мере, по одному не металлизированному сквозному отверстию.

На диэлектрической плате внутри области волноводного канала выполнено не металлизированное сквозное отверстие с периметром, по существу совпадающим со всей областью волноводного канала, незанятой зондом.

Подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с рупорной антенной.

Подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с диплексером.

Диэлектрическая плата выполнена по технологии, выбранной из группы: технология печатных плат; технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики; технология лазерной переводной печати; тонкопленочная технология; технология жидкокристаллических полимеров.

Волноводные отрезки выполнены из диэлектрического материала, покрытого металлом.

Волноводные отрезки выполнены из металла.

Открытый и закрытый волноводные каналы частично или полностью заполнены диэлектрическим материалом.

На диэлектрической плате установлена микросхема, выполненная с возможностью электрического соединения с подводящей микрополосковой линией передачи при помощи технологии поверхностного монтажа.

В диэлектрической плате выполнен специальный паз, выполненный с возможностью установки в него микросхемы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - волноводно-микрополосковый переход с применением однослойной диэлектрической платы: а) общий вид волноводно-микрополоскового перехода; b) продольный разрез по оси АА′; с) вид сверху диэлектрической платы; d) вид снизу диэлектрической платы.

Фиг. 2 - волноводно-микрополосковый переход с применением диэлектрической платы, содержащей два слоя диэлектрика: а) общий вид волноводно-микрополоскового перехода; b) продольный разрез по оси АА′; с) вид сверху диэлектрической платы; d) вид сверху заземляющего металлического слоя, находящегося между двумя слоями диэлектрика в диэлектрической плате; е) вид снизу диэлектрической платы.

1 - диэлектрическая плата; 2 - подводящий волноводный отрезок; 3 - короткозамкнутый волноводный отрезок; 4 - микрополосковая линия передачи; 5 - микрополосковый зонд; 6 - открытый волноводный канал; 7 - закрытый волноводный канал; 8 - контактный металлический слой; 9 - область волноводного канала; 10 - прорезь; 11 - металлизированное переходное сквозное отверстие; 12 - не металлизированное сквозное отверстие; 13 - металлизированные крепежные сквозные отверстия; 14 - первый слой диэлектрика; 15 - второй слой диэлектрика; 16 - заземляющий металлический слой; 17 - крепежные отверстия подводящего волноводного отрезка; 18 - крепежные отверстия короткозамкнутого волноводного отрезка; 19 - крепежные элементы.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Волноводно-микрополосковый переход содержит подводящий волноводный отрезок (2) со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал (6), короткозамкнутый волноводный отрезок (3) с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал (7) и диэлектрическую плату (1), расположенную между волноводными отрезками (2, 3). При этом на верхней поверхности диэлектрической платы (1) расположены микрополосковая линия передачи (4), микрополосковый зонд (5), являющийся продолжением микрополосковой линии (4), и контактный металлический слой (8) вокруг микрополоскового зонда (5), не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом (5) и микрополосковой линией передачи (4) и образующий на диэлектрической плате (1) внутреннюю область, являющуюся областью (9) волноводного канала. При этом на контактном металлическом слое (8) расположен короткозамкнутый волноводный отрезок (3), имеющий прорезь (10) в области микрополосковой линии передачи (4), а на нижней поверхности диэлектрической платы (1) вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16), на котором расположен подводящий волноводный отрезок (2). Причем по периметру вокруг области (9) волноводного канала в металлических слоях (8, 16) и в диэлектрической плате (1) выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие (11), а внутри области (9) волноводного канала на диэлектрической плате (1) выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие (12).

В диэлектрической плате (1) и в металлических слоях (8, 16) выполнены металлизированные крепежные сквозные отверстия (13), выполненные с возможностью соединения платы (1) с волноводными отрезками (2, 3).

По меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие (11) выполнено с возможностью электрического соединения контактного металлического слоя (8) и заземляющего металлического слоя (16) с волноводными отрезками (2, 3).

Диэлектрическая плата, выполнена с возможностью содержать, по меньшей мере, два слоя диэлектрика (14, 15), между которыми расположен заземляющий металлический слой (16), являющийся земляным проводником микрополосковой линии передачи (4).

Микрополосковый зонд (5) имеет круглое, секториальное, прямоугольное или трапецеидальное продольное сечение.

Волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или эллиптическое поперечное сечение.

Закрытый (7) волноводный канал имеет прямоугольное, круглое, или трапецеидальное продольное сечение.

На диэлектрической плате (1) внутри области (9) волноводного канала симметрично с каждой боковой стороны от микрополоскового зонда выполнено, по меньшей мере, по одному не металлизированному сквозному отверстию (12).

На диэлектрической плате (1) внутри области (9) волноводного канала выполнено не металлизированное сквозное отверстие (12) с периметром, по существу совпадающим со всей областью (9) волноводного канала, незанятой зондом (5).

Подводящий волноводный отрезок (2), выполнен с возможностью электрического соединения с рупорной антенной.

Подводящий волноводный отрезок (2), выполнен с возможностью электрического соединения с диплексером.

Диэлектрическая плата (1) выполнена по технологии, выбранной из группы: технология печатных плат; технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики; технология лазерной переводной печати; тонкопленочная технология; технология жидкокристаллических полимеров.

Волноводные отрезки (2, 3) выполнены из диэлектрического материала, покрытого металлом.

Волноводные отрезки (2, 3) выполнены из металла.

Открытый (6) и закрытый (7) волноводные каналы частично или полностью заполнены диэлектрическим материалом.

На диэлектрической плате (1) установлена микросхема, выполненная с возможностью электрического соединения с подводящей микрополосковой линией передачи (4) при помощи технологии поверхностного монтажа.

В диэлектрической плате (1) выполнен специальный паз, выполненный с возможностью установки в него микросхемы.

Волноводно-микрополосковый переход работает следующим образом.

В соответствии с Фиг. 1, для точного позиционирования компонентов перехода друг относительно друга однослойную диэлектрическую плату (1), на верхней поверхности которой расположены микрополосковая линия передачи (4), микрополосковый зонд (5), и контактный металлический слой (8) вокруг микрополоскового зонда (5) и микрополосковой линией передачи (4), а на ее нижней поверхности вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16), закрепляют между подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками при помощи крепежных элементов (19) и соответствующих металлизированных крепежных сквозных отверстий (13), выполненных в диэлектрической плате (1) и в металлических слоях (8, 16), и крепежных отверстий (17, 18) подводящего (2) и короткозамкнутого (3) волноводных отрезков, соответственно. В диэлектрической плате (1), содержащей один слой диэлектрика, в контактном (8) металлическом и в заземляющем (16) металлическом слоях по периметру вокруг области (9) волноводного канала выполнены металлизированные переходные сквозные отверстия (11) для электрического соединения земляного металлического слоя (16) микрополосковой линии передачи (4) с подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками.

Для уменьшения емкостной составляющей реактивной части импеданса между микрополосковым зондом (5) и волноводным каналом, вносимой диэлектрической платой (1), в последней реализованы два не металлизированных сквозных отверстия (12) в форме окружностей.

Диаметр не металлизированных сквозных отверстий (12) в диэлектрической плате (1) выбирается максимальным, исходя из возможностей изготовления диэлектрической платы (1) и соблюдая ограничение в виде размера волноводного канала. Это позволяет эффективно устранить паразитную емкостную составляющую импеданса, при этом форма и размеры микрополоскового зонда (5) подбираются для импедансного согласования перехода в нужном частотном диапазоне. Таким образом, данная реализация позволяет добиться высокого уровня рабочих характеристик перехода. При этом также понятно, что большие сквозные отверстия могут быть заменены и на множество отверстий меньшего диаметра.

СВЧ-сигнал подается на микрополосковую линию передачи (4), по которой он распространяется в виде квази-ТЕМ электромагнитной волны. Сигнал, по микрополосковой линии передачи (4) достигает области (9) волноводного канала диэлектрической платы (1), где в качестве согласующего элемента между подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками и микрополосковой линией передачи (4) выступает микрополосковый зонд (5). В области (9) волноводного канала часть сигнала посредством микрополоскового зонда (5) излучается в открытый (6) волноводный канал подводящего (2) волноводного отрезка. Оставшаяся часть сигнала излучается в закрытый (7) волноводный канал короткозамкнутого (3) волноводного отрезка. Расстояние между микрополосковым зондом (5) и замыканием в закрытом (7) волноводном канале короткозамкнутого (3) волноводного отрезка составляет порядка четверти электрической длины волны, что приводит к когерентному сложению прошедшей напрямую в открытый (6) волноводный канал и отраженной от закрытого (7) волноводного канала электромагнитных волн. Далее суммарный сигнал распространяется по открытому (6) волноводному каналу подводящего (2) волноводного отрезка в виде ТЕ10 моды волновода.

Диэлектрическая плата предлагаемого перехода может быть многослойной, что необходимо в случаях возникновения сложностей интеграции микросхем на поверхность диэлектрической платы, разработке печатных схем высокой плотности, или при необходимости реализации на данной плате других многослойных СВЧ устройств (антенн, кросс-соединений). Например, волноводно-микрополосковый переход согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения с диэлектрической платой, содержащей два слоя диэлектрика, показан на Фиг. 2. Переход содержит диэлектрическую плату 1, содержащую два слоя диэлектрика (14, 15), помещенную между подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками, содержащими открытый (6) и закрытый (7) волноводные каналы. Между слоями диэлектрика (14, 15) вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16), являющийся в данном случае земляным проводником микрополосковой линии передачи (4). На верхней стороне первого слоя (14) диэлектрика диэлектрической платы (1) расположены микрополосковая линия передачи (4), микрополосковый зонд (5), и контактный металлический слой (8) вокруг микрополоскового зонда (5) и микрополосковой линией передачи (4), а на нижней поверхности второго слоя (15) диэлектрика диэлектрической платы (1) вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16). В диэлектрической плате (1), содержащей два слоя диэлектрика (14, 15), в контактном (8) и в заземляющих (16) металлических слоях по периметру вокруг области (9) волноводного канала выполнены металлизированные переходные сквозные отверстия (11) для электрического соединения контактного (8) и заземляющих металлических слоев (16) с подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками.

Нужно отметить, что диэлектрическая плата разработанного перехода может содержать большое число диэлектрических слоев, при этом земляной проводник микрополосковой линии передачи может быть выполнен на нижней стороне платы или на одном из ее внутренних заземляющих слоев.

Подбором формы зонда (круглой, секториальной, прямоугольной, трапецеидальной) и параметров сквозных не металлизированных отверстий в области волноводного канала диэлектрической платы, например, симметрично с каждой стороны зонда или с периметром, совпадающим по существу со всей областью волноводного канала, незанятой зондом, можно настроить характеристики перехода для работы в нужной полосе частот. В случаях, когда необходимо расширение полосы пропускания, возможно использование дополнительных топологических элементов на плате, увеличивающих рабочий диапазон частот перехода: четвертьволнового микрополоскового трансформатора импеданса, различных согласующих отрезков микрополосковой линии и т.п.

Для согласования характеристик перехода в широком частотном диапазоне частот необходимо, чтобы длина волноводного канала короткозамкнутого волноводного отрезка составляла порядка четверти длины волны в волноводе. В других частных случаях эта длина может иметь и другое значение, определяемое из результатов электромагнитного моделирования перехода для достижения наилучших характеристик. Диапазон значений этой длины в общем случае составляет от нуля до половины рабочей длины волны.

Предлагаемый переход может успешно применяться, например, в приемопередающих устройствах современных радиорелейных линий связи миллиметрового диапазона длин волн. В частности, приемник и передатчик радиочастотного приемопередающего модуля для радиорелейной связи может быть реализован на многослойных диэлектрических платах с применением технологии печатных плат. Микросхемы радио приемника и передатчика могут быть установлены в пазы на платах и электрически соединены с площадками и линиями передачи на платах с помощью технологии микросварки или по методу перевернутых кристаллов. На каждой из этих плат может быть выполнен волноводно-микрополосковый переход в соответствии с одной из реализаций настоящего изобретения. Переходы служат для переноса электромагнитной энергии между волноводом и микрополосковой линией передачи. При этом волноводные выходы переходов могут являться частями волноводного диплексера, позволяющего разнести принимаемый и передаваемый сигнал по близким частотным полосам. В другом частном случае волноводный выход может являться входным портом рупорной антенны или другого типа антенн с волноводным входным интерфейсом.

Заявленный волноводно-микрополосковый переход может работать в различных частотных диапазонах в полосе 50-100 ГГц и выше, например в диапазонах 57-66 ГГц или 71-86 ГГц. Указанные диапазоны являются наиболее перспективными для реализации различных систем радиосвязи с высокой пропускной способностью, что и обуславливает применение заявленного перехода в устройствах, приложениях и системах связи бурно развивающегося и перспективного миллиметрового диапазона длин волн. Как показали эксперименты, заявленный переход обеспечивает значение потерь прохождения сигнала не более 1 дБ, диапазон частот рабочей полосы 71-86 ГГц при коэффициенте отражения волны менее -20 дБ по всей рабочей полосе, тогда как в наиболее близком аналоге потери прохождения сигнала составляют около 1,5 дБ, а указанный коэффициент отражения менее -20 дБ достигается только в диапазоне частот шириной 8 ГГц, что не покрывает всего требуемого рабочего диапазона 71-86 ГГц.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить волноводно-микрополосковый переход зондового типа с широкой рабочей полосой частот при низком коэффициенте отражения волны и низком уровне потерь прохождения сигнала, структура которого не вносит паразитную емкостную составляющую импеданса между зондом и волноводным каналом.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

1. Волноводно-микрополосковый переход, содержащий подводящий волноводный отрезок со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал, короткозамкнутый волноводный отрезок с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал, и диэлектрическую плату, расположенную между волноводными отрезками, при этом на верхней поверхности диэлектрической платы расположены микрополосковая линия передачи, микрополосковый зонд, являющийся продолжением микрополосковой линии, и контактный металлический слой вокруг микрополоскового зонда, не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом и микрополосковой линией передачи и образующий на диэлектрической плате внутреннюю область, являющуюся областью волноводного канала, при этом на контактном металлическом слое расположен короткозамкнутый волноводный отрезок, имеющий прорезь в области микрополосковой линии передачи, а на нижней поверхности диэлектрической платы вокруг области волноводного канала расположен заземляющий металлический слой, на котором расположен подводящий волноводный отрезок, причем по периметру вокруг области волноводного канала в металлических слоях и в диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие, а внутри области волноводного канала на диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие.

2. Переход по п. 1, отличающийся тем, что в диэлектрической плате и в металлических слоях выполнены металлизированные крепежные сквозные отверстия, выполненные с возможностью соединения платы с волноводными отрезками.

3. Переход по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие выполнено с возможностью электрического соединения контактного металлического слоя и заземляющего металлического слоя с волноводными отрезками.

4. Переход по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая плата выполнена с возможностью содержать, по меньшей мере, два слоя диэлектрика, между которыми расположен заземляющий металлический слой, являющийся земляным проводником микрополосковой линии передачи.

5. Переход по п. 1, отличающийся тем, что микрополосковый зонд имеет круглое, секториальное, прямоугольное или трапецеидальное продольное сечение.

6. Переход по п. 1, отличающийся тем, что волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или эллиптическое поперечное сечение.

7. Переход по п. 1, отличающийся тем, что закрытый волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или трапецеидальное продольное сечение.

8. Переход по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате внутри области волноводного канала симметрично с каждой боковой стороны от микрополоскового зонда выполнено, по меньшей мере, по одному не металлизированному сквозному отверстию.

9. Переход по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате внутри области волноводного канала выполнено не металлизированное сквозное отверстие с периметром, по существу совпадающим со всей областью волноводного канала, незанятой зондом.

10. Переход по п. 1, отличающийся тем, что подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с рупорной антенной.

11. Переход по п. 1, отличающийся тем, что подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с диплексером.

12. Переход по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая плата выполнена по технологии, выбранной из группы: технология печатных плат; технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики; технология лазерной переводной печати; тонкопленочная технология; технология жидкокристаллических полимеров.

13. Переход по п. 1, отличающийся тем, что волноводные отрезки выполнены из диэлектрического материала, покрытого металлом.

14. Переход по п. 1, отличающийся тем, что волноводные отрезки выполнены из металла.

15. Переход по п. 1, отличающийся тем, что открытый и закрытый волноводные каналы частично или полностью заполнены диэлектрическим материалом.

16. Переход по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате установлена микросхема, выполненная с возможностью электрического
соединения с подводящей микрополосковой линией передачи при помощи технологии поверхностного монтажа.

17. Переход по п. 16, отличающийся тем, что в диэлектрической плате выполнен специальный паз, выполненный с возможностью установки в него микросхемы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ВЧ технике. ВЧ генератор содержит твердотельный переключатель, проходящий в z-направлении рупорный волновод с первым продольным концом и вторым продольным концом и проходящий в z-направлении цилиндрический полый проводник с третьим продольным концом.

Изобретение относится к электронным устройствам с множеством печатных плат, использующим опорный элемент, поддерживающий печатные платы, как канал передачи беспроводного сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к способам амплитудной и фазовой модуляции СВЧ-диапазона, и может быть использовано для формирования сигналов сложной формы (например, возбуждения ТЕМ волны) и модуляции в различных трактах СВЧ - измерительных, передающих, приемных и для реализации новых видов РЛС.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к турникетным соединениям. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемных и передающих устройствах КВЧ диапазона, в частности в малошумных усилителях. .

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при построении сложных миниатюрных трактов и устройств. .

Переход // 2000632
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для согласования экранированных щелевых полосковых линий с реберно-диэлектрическими линиями . .
Наверх