CZ17592U1 - Universální sestava pro připojování konektorů, zejména konektorů SMA, k mikropáskovým substrátům $ vysokofrekvenčními a mikrovlnnými obvody - Google Patents

Description

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká universální sestavy pro připojování konektorů k mikropáskovým sub5 stratům s vysokofrekvenčními a mikrovlnnými obvody. Konektory jsou zde zejména konektory SMA a jsou opatřeny přírubou se čtyřmi shodnými, vzhledem ke středovému vodiči konektoru symetricky vytvořenými, otvory.

Dosavadní stav techniky

Velká část moderních vysokofrekvenčních a mikrovlnných (VFM) obvodů se konstruuje na bázi planámích propojovacích vedeních, nejčastěji používaným typem je mikropáskové vedení. To se obecně skládá z páskového vodiče příslušné šířky, který je vytvořen na jedné straně dielektrického substrátu a souvislé metalizace na druhé straně substrátu. Mikropásková vedení se nejčastěji vyrábějí na nízkoztrátových oboustranně plátovaných dielektrických substrátech, to je na deskách tloušťky typ. 0,3 až 1 mm, materiály desek jsou obvykle na bázi laminátu, teflonu nebo keramiky, a to maskováním a leptáním, méně často napařováním a galvanickým zesilováním kovových vrstev. K osazeným mikropáskovým substrátům je nutné připojit VFM konektory a uzavřít je do kovových krabiček. Přesné VFM konektory s definovanou impedancí zabezpečují napojení obvodů na mikropáskových substrátech na okolní části VFM systémů nebo měřicí přístroje, přitom toto napojení musí jen minimálním způsobem zhoršovat vlastnosti vlastního obvo20 du. Při konstrukci moderních miniaturních VFM obvodů se nejčastěji používají konektory typu SMA. Kovové krabičky zabezpečují mechanickou ochranu obvodů a ochranu proti vyzařování nebo vnějšímu rušení elektromagnetickým polem.

Konstrukce krabiček pro VFM obvody je relativně náročná. Nejkritičtější vlastností je optimální poloha středního vodiče konektoru vzhledem k hornímu pásku mikropáskového vedení a co nej25 souvislejší přestup zemních proudů z konektoru na zemní metalizaci mikropáskového substrátu. Jakékoliv chyby v těchto dvou parametrech se mohou projevit často i zásadním zhoršením výsledných vlastnostíobvodu.

Krabičky pro VFM obvody se velmi často vyrábějí frézováním z kovového hranolu. Frézováním je vytvořeno zahloubení pro instalaci mikropáskového substrátu, do boků krabičky jsou vyvrtány otvory pro průchod středních vodičů koaxiálních konektorů, vedle nich je vytvořena sada závitů pro upevnění konektorů. Hlavní nevýhodou takové konstrukce je zejména vysoká cena, daná nezanedbatelnou cenou výchozího materiálu a velkým objemem nutných a z technologického pohledu náročných prací. V některých případech mohou být problémem i výrobní tolerance krabičky a substrátu. Například i při relativně malé změně tloušťky substrátu může dojít k porušení optimálního prostorového vztahu mezi horním páskem mikropáskového vedení a středním vodičem koaxiálního konektoru.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje universální sestava pro připojování konektorů k mikropáskovým substrátům u vysokofrekvenčních a mikrovlnných obvodů, kde konektory jsou zejména konektory SMA a jsou opatřeny přírubou se čtyřmi shodnými, vzhledem ke středovému vodiči konektoru symetricky vytvořenými, otvory se vzájemnou středovou vzdáleností Hi podle předkládaného řešení. Jeho podstatou je, že tato sestávaje tvořena kovovým rámečkem a kovovým hranolem pro uchycení mikropáskového substrátu uvnitř rámečku. Rámeček obecně obdélníkového průřezu má délku delší strany A, délku kratší strany B a výšku C a alespoň na jedné jeho straně je vytvořen pro průchod středového vodiče konektoru středový otvor o průměru D₂ jehož velikost je dána vztahem

- I Z>₂ exp(~~U), kde Di je průměr vnitřního vodiče konektoru, £_rje relativní permitivita dielektrika mezi středním a vnějším vodičem koaxiálního vedení ve stěně rámečku a Zo je impedance konektoru. Kolem středového otvoru jsou symetricky vytvořeny čtyři otvory, jejichž vzájemné středové vzdálenosti odpovídají středovým vzdálenostem H] otvorů v přírubě konektoru. Je zde první dolní otvor pro umístění prvního šroubu, druhý dolní otvor pro umístění druhého šroubu, první horní otvor se závitem pro umístění třetího šroubu a druhý horní otvor se závitem pro umístění čtvrtého šroubu.

V hranolu jsou pak vytvořeny čtyři závitové otvory, a to v jedněch protilehlých stranách kolmo na jejich podélnou osuje vytvořen pro přichycení konektoru první závitový otvor pro uchycení prvního šroubu a druhý závitový otvor pro uchycení druhého šroubu. Jejich vzájemná středová vzdálenost je H_t a jejich vzdálenost H₂ od kraje delší hrany horní plochy hranolu je dána vztahem kde λ_5ΐΛ? je výška mikropáskového substrátu včetně metalizace. V druhých protilehlých stranách kolmo na jejich podélnou osuje vytvořen pro přichycení mikropáskového substrátu přes v něm vytvořené uchycovací otvory k horní straně hranolu třetí závitový otvor pro průchod pátého šroubu a čtvrtý závitový otvor pro průchod šestého šroubu. Jejich vzájemná středová vzdálenost H₃ je obvykle větší než H1+D3+D4, kde D₃ je průměr prvního respektive druhého šroubu a D₄ je průměr pátého respektive šestého šroubu. V mikropáskovém substrátu vytvořené uchycovací otvory jsou souosé se třetím závitovým otvorem a čtvrtým závitovým otvorem a jejich průměr je větší než průměr pátého respektive šestého šroubu. Průměry závitů prvního a dru20 hého závitového otvoru a průměry prvního a druhého šroubu jsou menší než jsou průměry otvorů v přírubě konektoru. Průměry závitů prvního a druhého horního otvoru a třetího a čtvrtého šroubu jsou jen o malou toleranci menší než průměry otvorů v přírubě konektoru. Průměry prvního a druhého dolního otvoru odpovídají průměrům otvorů v přírubě konektoru.

Ve výhodném provedení mají v mikropáskovém substrátu vytvořené uchycovací otvory průměr o 0,5 mm větší než průměr pátého respektive šestého šroubu. Průměry závitů prvního a druhého závitového otvoru a průměry prvního a druhého šroubu jsou o 0,55 mm menší než jsou průměry otvorů v přírubě konektoru. Průměry závitů prvního a druhého horního otvoru a třetího a čtvrtého šroubu jsou o 0,05 mm menší než průměry otvorů v přírubě konektoru.

V dalším provedení může být rámeček ze své horní opatřen horním krycím a stínícím víčkem.

Případně může být rámeček na své spodní straně opatřen ještě spodním krycím a stínícím víčkem.

Výhodou tohoto uspořádání je možnost nastavení optimální polohy konektorů vzhledem ke vstupním/výstupním mikropáskovým vedením na substrátu. Současně lze spolehlivě zabezpečit dokonalé přenosy zemních proudů z konektorů na spodní metalizace substrátů. Díky tomu vzni35 kají na přechodech konektor - substrát jen velmi nízké odrazy, Z technologického hlediska je výhodné, že je vytvořena modulární koncepce, což znamená, že je možné předem vyrobit rámečky a hranoly, pro jednotlivé obvody je potom nutné jen vytvoření příslušných otvorů a závitů na příslušné pozice na rámečku. Výroba sestavy je jednoduchá a relativně levná a rovněž tak je jednoduchá i její montáž.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení universální sestavy podle předloženého technického řešení je schematicky naznačen na přiložených výkresech. Na obr. 1 je uveden pohled na stěnu rámečku s vytvořenými otvory pro upevnění konektoru a na obr. 2 je uvedeno osazení těchto otvorů šrouby a konektorem. Na obr. 3 je naznačen pohled na rámeček, v němž je osazen mikropáskový substrát, a to ze strany mikropásku, a na obr. 4 je pohled na rámeček osazený mikropáskovým substrátem z druhé strany, kde je upevněn i hranol. Obr. 5 znázorňuje horní krycí a stínící víčko a obr. 6 spodní krycí a stínící víčko. Obr. 7 představuje pohled na jednu boční stěnu hranolu s vytvořeným prvním a druhým závitovým otvorem a na obr. 8 je pohled na sousední stěnu hranolu se třetím a čtvrtým závitovým otvorem. -

-2CZ 17592 Ul

Příklady provedení technického řešení

Dále bude popsán příklad universální sestavy pro připojování konektorů, zejména konektorů SMA, k mikropáskovým substrátům s vysokofrekvenčními a mikrovlnnými obvody. Konektory 3 jsou opatřeny přírubou se čtyřmi shodnými, vzhledem ke středovému vodiči konektoru symetric5 ky vytvořenými, otvory se vzájemnou středovou vzdáleností Hj, jak bude dále blíže popsáno. Navržené řešení vychází z modulární koncepce, používá relativně levné výchozí materiály a snižuje objem technologicky náročných prací. Základem sestavy je kovový rámeček I a kovový hranol 2 pro uchycení mikropáskového substrátu 4 uvnitř rámečku i. Kovový rámeček I má rozměry AxBxC, kde A je délka, B je šířka a C je výška, viz. obr. 2 a 3. Tento rámeček J_ je ío možné vyrobit například ze standardních kovových profilů z materiálů jako je hliník, dural, mosaz, apod., a to jednoduchým uříznutím na potřebnou výšku C a začištěním. Do rámečku 1 je možné instalovat mikropáskový substrát 4 s rozměry (A-2xT_R-Xi)x(B-2xT_R-Xi), kde T_R je tloušťka stěny rámečku a Xj je tolerance mezi stěnou rámečku I a hranami mikropáskového substrátu 4, typicky 0,1 až 0,2 mm. Do rámečku I je nutné následně pro každý konektor 3, v daném příkladě jsou použity dva konektory SMA umístěné na protilehlých stranách B rámečku 1, vyvrtat sadu otvorů a závitů, jak je vidět na obr. 1. Tato sada otvorů a závitů je vytvořena alespoň na jedné stěně rámečku U Pro průchod středového vodiče konektoru 3 je zde vytvořen středový otvor JO o průměru D₂, jehož velikost je dána vztahem “‘'“•‘Tř’· kde Dj je průměr vnitřního vodiče konektoru 3, ε_Γ je relativní permitivita dielektrika mezi středním a vnějším vodičem koaxiálního vedení ve stěně rámečku i, nejčastěji ε_Γ -1, a Z_o je impedance konektoru 3 (Z_o = 50 Ω): Kolem středového otvoru 10 jsou symetricky vytvořeny čtyři otvory, jejichž vzájemné středové vzdálenosti odpovídají středovým vzdálenostem H± otvorů v přírubě konektoru 3. Je zde vytvořen první dolní otvor JJ pro umístění prvního šroubu 111, druhý dolní otvor J2 pro umístění druhého šroubu 121, první horní otvor _13 se závitem pro umístění třetího šroubu 131 a druhý horní otvor 14 se závitem pro umístění čtvrtého šroubu 141.

Napojení substrátu na konektor 3 a rámeček i je realizováno pomocí kovového hranolu 2. Ten je vyroben z kovové tyčoviny, opět například hliník, dural, mosaz, apod., a jsou do něj vytvořeny 4 závitové otvory s průměrem typicky M2, viz obr. 7 a 8. V jedněch protilehlých stranách je kolmo na jejich podélnou osu vytvořen pro přichycení konektoru 3 první závitový otvor 2J_ pro průchod prvního šroubu 111 a druhý závitový otvor 22 pro průchod druhého šroubu 121. Jejich vzájemná středová vzdálenost je Hj_ a jejich vzdálenost 1T od kraje delší hrany horní plochy hranolu 2 je dána vztahem H₂=H_tZ2-0^2-¼^ kde hsvB je výška mikropáskového substrátu 4 včetně metalizace. V druhých protilehlých stranách hranolu 2 je opět kolmo na jejich podélnou osu vytvořen pro přichycení mikropáskového substrátu 4 přes v něm vytvořené uchycovací otvory k horní straně hranolu 2 třetí závitový otvor 23 pro průchod pátého šroubu 231 a čtvrtý závitový otvor 24 pro průchod šestého šroubu 244. Vzájemná středová vzdálenost H.1 třetího a čtvrtého závitového otvoru 23 a 24 je větší než H]+D₃+D₄, kde D₃ je průměr prvního respektive druhého šroubu 111 respektive 121 a D₄je průměr pátého respektive šestého šroubu 231 respektive 241. Hranol 2 je tedy uchycen k rámečku i pomocí prvního šroubu ΐ 11 a druhého šroubu 121 s průměrem typicky M2, které současně upevňují k rámečku 1 příslušný konektor 3. Pomocí pátého šroubu 231 a šestého šroubu 241 je k hranolu 2 připevněn mikropáskový substrát 4. Konektor 3 je k rámečku I dále upevněn i třetím šroubem 131 a čtvrtým šroubem 141, a to pomocí prvního horního otvoru JJ se závitem a pomocí druhého horního otvoru _14 se závitem, vytvořenými v rámečku i. Prů45 měr závitů prvního a druhého horního otvoru J3 aJ4 a průměr třetího a čtvrtého šroubu 134. a 141 se až na velmi malou toleranci, cca 0,05 mm, shoduje s průměrem otvorů v přírubě konektoru 3. Závity jsou zde typicky M2,5, průměry otvorů v přírubě konektoru 3 jsou standardně 2,55 mm. Průměry prvního dolního otvoru JJ a druhého dolního otvoru 12 v rámečku 1 jsou velmi blízké, typicky se shodují, s průměry otvorů v přírubě konektoru 3. Stejný průměr mají i otvory v mikropáskovém substrátu 4 pro pátý šroub 231 a pro šestý šroub 241. Přitom průměr

-3prvního, druhého, pátého a Šestého šroubu 11 _1_, 121, 231 a 241 a souvisejících závitů prvního závitového otvoru 2! v hranolu 2, druhého závitového otvoru 22 v hranolu 2, průměry prvního a druhého šroubu 111 a 121 se volí menší, typicky o 0,55 mm, než jsou průměry otvorů v přírubě konektoru 3. Vzniklé tolerance umožňují při montáži konektoru 3 a mikropáskového substrátu 4 do rámečku 1 optimální nastavení horního míkropásku vedení vzhledem ke střednímu vodiči konektoru 3.

Na rámeček I je možné připevnit krycí a stínící víčka, a to homí krycí a stínící víčko 5 a spodní krycí a stínící víčko 6. V horním krycím a stínícím víčku 5 jsou vytvořeny 4 otvory s průměrem typicky 3,5 mm, ve spodním krycím a stínícím víčku 6 jsou ve stejných pozicích závity, typicky ío s průměrem M3. Homí a spodní krycí a stínící víčko 5 a 6 se k rámečku 1 připevňují pomocí 4 šroubů, v daném příkladě délky C+2xT_v, kde T_v je tloušťka víček, typicky T_v= 2 mm. Šrouby procházejí horním krycím a stínícím víčkem 5, rohy rámečku 1, mikropáskovým substrátem 4, v němž je nutné pro ně v rozích nechat vybrání, a šroubují se do spodního krycího a stínícího víčka 6. Místo spodního krycího a stínícího víčka 6 je možné rámeček 1 přímo přichytit k základové desce VF nebo mikrovlnného systému. V základnové desce je přitom nutné vytvořit stejnou konfiguraci závitů, jako ve spodním krycím a stínícím víčku 6.

Při montáži každého konektoru 3 je nutné nejprve pomocí pátého šroubu 231 a šestého šroubu 241 volně přichytit hranol 2 k míkropáskovému substrátu 4 a pomocí třetího šroubu 131 a čtvrtého šroubu 141 pevně přišroubovat konektor 3 k rámečku 1. Poté je nutné nasunout mikropáskový substrát 4 s volně připevněným hranolem 2 dovnitř rámečku I pod konektor 3 a hranol 2 s mikropáskovým substrátem 4 připevnit ke konektoru 3 a rámečku i pomocí prvního šroubu 111 a druhého šroubu 121. První šroub 111 a druhý šroub 121 procházejí otvory v přírubě konektoru 3, prvním a druhým dolním otvorem H a 12 v rámečku I a šroubují se do závitů prvního a druhého závitového otvoru 21 a 22 v hranolu 2. Poté je možné nastavit střední vodič konektoru 3 přesně na střed pásku mikropáskového vedení a následně dotáhnout pátý šroub 231 a šestý šroub 241. V posledním kroku je nutné dotlačit mikropáskový substrát 4 pod střední vodič konektoru 3 a dotáhnout první šroub 111 a druhý šroub 121. Těmito kroky lze spolehlivě a opakovatelně nastavit optimální polohu konektoru 3 vzhledem k míkropáskovému vedení. Následně je možné střední vodič k pásku připájet.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (4)

1. 30 NÁROKY NA OCHRANU

   1. Universální sestava pro připojování konektorů, zejména konektorů SMA, k mikropáskovým substrátům s vysokofrekvenčními a mikrovlnnými obvody, kde konektory jsou opatřeny přírubou se čtyřmi shodnými, vzhledem ke středovému vodiči konektoru symetricky vytvořenými, otvory se vzájemnou středovou vzdáleností Ht, vyznačující se tím, že tato sestava je

   35 tvořena kovovým rámečkem (1) a kovovým hranolem (
2. 2) pro uchycení mikropáskového substrátu (4) uvnitř rámečku (1), kde rámeček (1) má délku delší strany (A), délku kratší strany (B) a výšku (C) a kde alespoň na jedné jeho straně je vytvořen pro průchod středového vodiče konektoru (3) středový otvor (10) o průměru (D₂), jehož velikost je dána vztahem

   Z>J

   40 kde D, je průměr vnitřního vodiče konektoru (3), e_r je relativní permitivita dielektrika mezi středním a vnějším vodičem koaxiálního vedení ve stěně rámečku (1) a Zo je impedance konektoru (3), kolem středového otvoru (10) jsou symetricky vytvořeny čtyři otvory, jejichž vzájemné středové vzdálenosti odpovídají středovým vzdálenostem Hi otvorů v přírubě konektoru (3), a to první dolní otvor (11) pro umístění prvního šroubu (111), druhý dolní otvor (12) pro umístění

   45 druhého šróúbů (121); první Korní otvor (13) se zavitém pro umístění třetího šroubu (131) a dru-4CZ 17592 Ul hý horní otvor (14) se závitem pro umístění čtvrtého šroubu (141) a kde v hranolu (2) jsou vytvořeny Čtyři závitové otvory, ato vjedněch protilehlých stranách kolmo na jejich podélnou osuje vytvořen pro přichycení konektoru (3) první závitový otvor (21) pro zašroubování prvního šroubu (111) a druhý závitový otvor (22) pro zašroubování druhého šroubu (121), jejichž vzájemná

   5 středová vzdálenost je Hj a jejichž vzdálenost H₂ od kraje delší hrany horní plochy hranolu (2) je dána vztahem H₂=Hi/2-D|/2-/z_s-_í/w, kde je výška mikropáskového substrátu (4) včetně metalizace a v druhých protilehlých stranách kolmo najejich podélnou osuje vytvořen pro přichycení mikropáskového substrátu (4) přes v něm vytvořené uchycovací otvory ke horní straně hranolu (2) třetí závitový otvor (23) pro zašroubování pátého šroubu (231) a čtvrtý závitový otvor (24) ío pro zašroubování šestého šroubu (241), jejichž vzájemná středová vzdálenost H₃ je větší než H1+D3+D4, kde D₃ je průměr prvního respektive druhého šroubu (111, 121) a D₄ je průměr pátého respektive šestého šroubu (231, 241), přičemž v rnikropáskovém substrátu (4) vytvořené uchycovací otvoiy jsou souosé se třetím závitovým otvorem (23) a čtvrtým závitovým otvorem (24) a jejich průměr je větší než průměr pátého respektive šestého šroubu (231, 241), průměry

   15 závitů prvního a druhého závitového otvoru (21, 22) a průměiy prvního a druhého šroubu (111, 121) jsou menší než jsou průměry otvorů v přírubě konektoru (3), průměry závitů prvního a druhého horního otvoru (13, 14) a třetího a čtvrtého šroubu (131, 141) jsou jen o malou toleranci menší než průměry otvorů v přírubě konektoru (3) a průměry prvního a druhého dolního otvoru (11, 12) odpovídají průměrům otvorů v přírubě konektoru (3).

   20 2. Sestava podle nároku 1, vyznačující se tí m, že v rnikropáskovém substrátu (4) vytvořené uchycovací otvory mají průměr o 0,5 mm větší než průměr pátého respektive šestého šroubu (231, 241), průměry závitů prvního a druhého závitového otvoru (21, 22) a průměry prvního a druhého šroubu (111, 121) jsou o 0,55 mm menší než jsou průměry otvorů v přírubě konektoru (3), průměry závitů prvního a druhého horního otvoru (13, 14) a třetího a čtvrtého

   25 šroubu (131, 141) jsou o 0,05 mm menší než průměry otvorů v přírubě konektoru (3).
3. 3. Sestava podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m, že rámeček (1) je ze své horní strany opatřen horním krycím a stínícím víčkem (5).
4. 4. Sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že rámeček (1) je na své spodní straně opatřen spodním krycím a stínícím víčkem (6).

   8 výkresů

   -5v/u 1 f 437 S, U I