CZ2010833A3

CZ2010833A3 - Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením, zejména pro mericí prístroje

Info

Publication number: CZ2010833A3
Application number: CZ20100833A
Authority: CZ
Inventors: Hoffmann@Karel; Raboch@Jirí
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-23
Also published as: CZ303925B6

Abstract

Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením neseným substrátem (5) se zemní rovinou (10) je tvorený koaxiálním konektorem (1) s vnitrním vodicem (3) propojujícím koaxiální vedení s planárním vedením pres celo (2) s otvorem (4). V blízkosti propojení vnitrního vodice (3) koaxiálního konektoru (1) a vodice (9) planárního vedení je ze strany otvoru (4) privrácené k planárnímu vedení umísten mikrovlnný útlumový materiál (12) rozprostírající se v délce, výšce a tlouštce pokrývající alespon cást objemu, do kterého vne otvoru (4) zasahuje rozptylové elektromagnetické pole mezi vnitrním vodicem (3) a planárním vedením na jedné strane vuci celu (2) na strane druhé. V jednom možném provedení je prímý vnitrní vodic (3) koaxiálního konektoru (1) procházející otvorem (4) a spojený s vodicem (9) planárního vedení v tomto otvoru (4) umísten excentricky.

Description

Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením, zejména pro měřicí přístroje

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká konstrukce adaptéru mezi koaxiálním vedením a planárním, např. mikropáskovým vedením zejména pro měřicí účely.

Dosavadní stav techniky

K propojování měřicích přístrojů opatřených obvykle koaxiálními vstupy a výstupy a planárních obvodů se používají různé adaptéry. Tyto adaptéry zajišťují elektrický a mechanický přechod z koaxiálních přenosových vedení na planární, nejčastěji mikropáskové vedení. V důsledku změny prostorového rozložení elektromagnetického pole při přechodu z koaxiálního vedení na vedení planární, a s tím spojenou přítomností lokálních diskontinuit, vykazují všechny známé adaptéry nějakou míru odrazu a průchozího útlumu. Základní požadovanou vlastností adaptérů je, aby odraz i průchozí útlum byly co možná nejmenší a současně, aby adaptér minimálně vyzařoval elektromagnetické pole.

Při přechodu elektromagnetického pole z koaxiálního vedení na vedení planární se totiž na vedení planárním vybudí požadované prostorové rozložení elektromagnetického pole, které se podél tohoto vedení šíří. Současně se však v důsledku přítomnosti rozptylového elektromagnetického pole v místě propojení koaxiálního vedení a vedení planárního část energie elektromagnetického pole vyzáří. Toto nežádoucí vyzářené elektromagnetické pole se šíří volným prostorem a způsobuje chyby při měření zejména odrazů planárních obvodů.

Jsou známa konstrukční řešení minimalizující odraz a průchozí útlum adaptéru pomocí plynulého přechodu ze symetrického koaxiálního vedení na koaxiální vedení excentrické a následně na vedení planární, jak je uvedeno například v patentech US US4346355, US patent US4280112, US patent US4855697 nebo v článku R.L.Eisenhart, „A Better Microstrip Connector In. 1978 IEEE - MTT-S International Microwave Symposium Digest, Ottava, ON, Canada, 27-27 June 1978, pp. 318-320.

• * · · ·♦ · · · · · · ·· ··· ··· ·· ··· ···

Toto konstrukční řešení také snižuje vyzařování z adaptéru, současně se však vyznačuje značnou výrobní náročností.

Jsou také známá konstrukční řešení minimalizující odraz a průchozí útlum adaptérů, viz patent JP 55086204 A, případně řešení navržené v: E. H. England, „A Coaxial to Microstrip Transition“ IEEE Trans, on MTT, vol. 24, No. 1, January 1976, pp. 47-48. Tyto konstrukce adaptérů se však nezabývají vyzařováním adaptéru do volného prostoru nad substrátem planárního vedení.

Problematikou utlumení vyššího vlnovodného vidu se zabývá patent US 5164358 A. Vněm popsané konstrukční řešení však potlačuje pouze nežádoucí vlnovodný vid, který se již šíří planární strukturou. Potlačením vyzařování samotného adaptéru se nezabývá.

Pokud je adaptér použit v měřicím držáku pro přesné mikrovlnné měření, lze systematické chyby měření způsobené jeho odrazy a průchozím útlumem velmi efektivně eliminovat celou radou korekčních a kalibračních metod. To však neplatí pro chyby měření způsobené jeho vyzařováním. Není známá kalibrační a korekční metoda, která by umožnila vliv vyzařování adaptéru do prostoru nad planární vedení efektivně eliminovat.

Podstata vynálezu

Výše uvedené problémy konstrukční složitosti a vyzařování adaptéru mezi koaxiálním a planárním vedením neseným substrátem, zejména pro měřicí přístroje, lze potlačit pomocí konstrukce adaptéru podle vynálezu. Adaptér je tvořen koaxiálním konektorem s vnitřním vodičem, který propojuje koaxiální vedení s planárním vedením přes čelo s otvorem. Podstatou nového řešení je, že v blízkosti propojení vnitřního vodiče koaxiálního konektoru a vodiče planárního vedení je ze strany otvoru včele přivrácené k planárnímu vedení umístěn mikrovlnný útlumový materiál. Tento mikrovlnný útlumový materiál se rozprostírá v délce, výšce a tloušťce pokrývající alespoň část objemu, do kterého vně otvoru zasahuje rozptylové elektromagnetické pole mezi vnitřním vodičem a planárním vedením na jedné straně vůči čelu na straně druhé. Mikrovlnný útlumový materiál může otvor jen obklopovat, nebo ho alespoň částečně překrývá. V případě, kdy mikrovlnný útlumový materiál překrývá otvor včetně oblasti průchodu vnitřního vodiče, je v této oblasti opatřen otvorem pro průchod vnitřního vodiče koaxiálního konektoru.

Ve výhodném provedení lze adaptér realizovat tak, že přímý vnitřní vodič koaxiálního konektoru procházející otvorem v čele a spojený s vodičem planárního vedením je v tomto otvoru umístěn excentricky tak, že podélné osy vnitřního vodiče a otvoru jsou navzájem rovnoběžné, avšak leží v různých rovinách. Vnitřní vodič je vyosen ve směru kde k němu přiléhá substrát.

V dalším možném provedení je alespoň v části objemu mezi vnitřním vodičem koaxiálního konektoru a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení tvořeným povrchem otvoru přilehlé k substrátu vloženo dielektrikum.

Další variantou je, že substrát s planárním vedením je umístěn na podložce, ke které je připevněna strana čela přivrácená k planárnímu vedení. V případě, že je zemní rovina umístěna na spodní straně substrátu, je podložka z elektricky vodivého materiálu. Pokud je zemní rovina na horní straně substrátu, je podložka z dielektrického materiálu.

Další variantou je, že vnitřní vodič je v místě kontaktu s vodičem planárního vedení opatřen zkosením vedeným směrem od koaxiálního konektoru s postupně se zmenšující tloušťku vnitřního vodiče.

Čelo může být tvořeno stěnou pouzdra, ve kterém je uloženo planární vedení.

Výhodou předkládaného řešení je, že umístěním mikrovlnného útlumového materiálu v bezprostředním okolí připojení středního vodiče koaxiálního vedení na vodič planárního vedení dochází k zatlumení vyzařováného elektromagnetického pole z adaptéru.

Dalšího snížení vyzařování elektromagnetického pole z adaptéru se dosáhne realizací adaptéru s excentrickým koaxiálním vedením, což současně může přispět i ke snížení odrazů adaptéru. Excentricita přispívá ke koncentraci elektromagnetického pole pod vnitřní vodič do oblasti minimální vzdálenosti mezi vnitřním vodičem a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení tvořeným povrchem otvoru v čele adaptéru. Tím se současně zeslabuje elektromagnetické pole nad vnitřním vodičem v místě jeho propojení s vodičem planárního vedení. To snižuje vyzařování.

Zkosení středního vodiče v místě jeho připojení na vodič planárního vedení s postupně se zmenšující jeho tloušťkou směrem od koaxiálního konektoru též přispívá ke snížení vyzařování adaptéru, protože prodlužením průměrné vzdálenosti mezi vnitřním vodičem a čelem se snižuje intenzita elektrického pole.

Potlačení vyzařování elektromagnetického pole z adaptéru zvyšuje přesnost měření zejména odrazů planárních obvodů.

Útlumový materiál sice zvýší průchozí útlum adaptéru, avšak v měřicích aplikacích tento útlum lze snadno eliminovat vhodnou kalibrační a korekční metodou.

Jednodušší alternativou avšak s menším potlačením vyzařování je konstrukční řešení používající místo excentrického koaxiálního vedení obvyklého symetrického koaxiálního vedení.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je uveden podélný vertikální řez adaptérem mezi koaxiálním a planárním vedením podle vynálezu. Na obr. 2 je zobrazen řez adaptérem v pohledu od planárního vedení.

Příklad uskutečnění vynálezu

Příklad konstrukční řešení adaptéru podle vynálezu je pro planární vedení realizované jako mikropáskové vedení uveden na obr. 1 a 2. Adaptér obsahuje koaxiální konektor 1, například SMA konektor, který je připevněný k čelu 2 adaptéru. Toto čelo 2 je opatřeno otvorem 4 a může být tvořeno přímo krabičkou, ve které je umístěno planární vedení. Vnitřní vodič 3 koaxiálního konektoru 1 je excentricky veden skrze tento otvor 4, který je z výrobního hlediska realizovaný nejlépe jako

• • ·	♦	• •	·· • · • ·
• ·	•	*	« ·
• ♦		·· ·	··

válcový. Podélné osy vnitřního vodiče 3 a otvoru 4 jsou navzájem rovnoběžné, avšak leží v různých rovinách tak, že vnitřní vodič 3 je vyosen ve směru, kde k němu přiléhá substrát 5. Konec vnitřního vodiče 3 je přitlačen k vodiči 9 mikropáskového vedení neseného substrátem 5 se zemní rovinou 10 a umístěného vdaném příkladě na podložce 6 adaptéru. Pomocí osazení 7 v čele 2 adaptéru je substrát 5 planárního vedení přitlačen k této podložce 6. Materiál podložky 6 závisí na tom, kde je umístěna zemní rovina 10 planárního vedení. V případě, že je zemní rovina 10 umístěna na spodní straně substrátu 5, je podložka 6 z elektricky vodivého materiálu.

V případě, že je zemní rovina 10 umístěna na horní straně substrátu 5, je podložka 6 z dielektrického materiálu. Dále je vhodné, je-li alespoň v části objemu mezi vnitřním vodičem 3 koaxiálního konektoru a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení, tvořeným povrchem otvoru 4, přilehlé k substrátu 5 vloženo dielektrikum ti.

V daném příkladě je dielektrikum 11 v místě nejmenší vzdálenosti mezi vnitrním vodičem 3 koaxiálního konektoru 1 a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení. Toto dielektrikum 11 umožňuje přesné mechanické nastavení polohy vnitřního vodiče 3 koaxiálního konektoru 1 v otvoru 4. Současně přispívá ke snížení vyzařování adaptéru. Ke snížení vyzařování adaptéru přispívá i zkosení 8 konce vnitřního vodiče 3. Dalšího potlačení vyzařování adaptéru je dosaženo pomocí mikrovlnného útlumového materiálu 12 umístěného v nejbližším okolí otvoru 4 na opačné straně než se nachází substrát 5 planárního vedení. Tento mikrovlnný útlumový materiál 12 se rozprostírá v délce, výšce a tloušťce pokrývající alespoň část objemu, do kterého vně otvoru 4 zasahuje rozptylové elektromagnetické pole mezi vnitřním vodičem 3 a planárním vedením na jedné straně vůči čelu 2 na straně druhé. Mikrovlnný útlumový materiál 12 může obklopovat otvor 4 nebo ho částečně překrývá nebo ho může v části nad vodičem 9_plně překrývat. Pokud mikrovlnný útlumový materiál 12 překrývá otvor 4 včetně oblasti průchodu vnitřního vodiče 3, pak je v této oblasti opatřen otvorem pro průchod tohoto vnitřního vodiče 3.

Další jednodušší alternativou, avšak s menším potlačením vyzařování, je konstrukční řešení používající místo excentrického koaxiálního vedení obvyklého symetrického koaxiálního vedení. Aplikace útlumového materiálu 12 však zůstává zachována.

Obdobné konstrukční řešení lze použít např. i pro další planární vedení např. typu koplanární vlnovod.

Průmyslová využitelnost

Nevyzařující adaptér mezi koaxiálním vedením a planárním vedením podle vynálezu lze průmyslově využít realizaci planárních obvodů pouzdřených do kovových krabiček, zejména však v měřicí technice pro realizaci měřicích držáků pro měření planárních obvodů ve frekvenční oblast jednotek až desítek GHz.

Claims

1. Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením, zejména pro měřicí přístroje, kde planární vedení je neseno substrátem (5) se zemní rovinou (10), tvořený koaxiálním konektorem (1) s vnitřním vodičem (3) propojujícím koaxiální vedení s planárním vedením přes čelo (2) s otvorem (4), vyznačující se tím, že v blízkosti propojení vnitrního vodiče (3) koaxiálního konektoru (1) a vodiče (9) planárního vedení je ze strany otvoru (4) přivrácené k planárnímu vedení umístěn mikrovlnný útlumový materiál (12) rozprostírající se v délce, výšce a tloušťce pokrývající alespoň část objemu, do kterého vně otvoru (4) zasahuje rozptylové elektromagnetické pole mezi vnitřním vodičem (3) a planárním vedením na jedné straně vůči čelu (2) na straně druhé.

2. Adaptér podle nároku 1 vyznačující se tím, že v případě, kdy mikrovlnný útlumový materiál (12) překrývá otvor (4) včetně oblasti průchodu vnitřního vodiče (3), je v této oblasti opatřen otvorem pro průchod vnitřního vodiče (3).

3. Adaptér podle kteréhokoli z nároku 1 £ vyznačující se tím, že přímý vnitřní vodič (3) koaxiálního konektoru (1) procházející otvorem (4) a spojený s vodičem (9) planárního vedení je v tomto otvoru (4) umístěn excentricky tak, že podélné osy vnitrního vodiče (3) a otvoru (4) jsou navzájem rovnoběžné, avšak leží v různých rovinách, kdy vnitřní vodič (3) je vyosen ve směru, kde k němu přiléhá substrát (5).

4. Adaptér podle kteréhokoli nároku 1 až 3 vyznačující se tím, že alespoň v části objemu mezi vnitřním vodičem (3) koaxiálního konektoru a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení tvořeným povrchem otvoru (4) přilehlé k substrátu (5) je vloženo dielektrikum (11).

5. Adaptér podle kteréhokoli z nároků 1 až 4 vyznačující se tím, že substrát (5) s planárním vedením je umístěn na podložce (6) a strana čela (2) přivrácená k planárnímu vedení je k této podložce (6) připevněna .

6. Adaptér podle nároku 5 vyznačující se tím, že v případě, že je zemní rovina (10) umístěna na spodní straně substrátu (5), je podložka (6) z elektricky vodivého materiálu.

4« • • « ···· • ··· • * »· · · • · · • · • • i • · · e ·· ··· < · ·

7. Adaptér podle nároku 5 vyznačující se tím, že v případě, že je zemní rovina (10) umístěna na horní straně substrátu (5), je podložka (6) z dielektrického materiálu.

8. Adaptér podle kteréhokoli z nároků 1 až 7 vyznačující se tím, že vnitřní vodič (3) je v místě kontaktu s vodičem (9) planárního vedení opatřen zkosením (8) směrem od koaxiálního konektoru (1) s postupně se zmenšující tloušťku vnitřního vodiče (3).

9. Adaptér podle kteréhokoli z nároků 1 až 8 vyznačující se tím, že čelo (2) je tvořeno stěnou pouzdra, ve kterém je uloženo planární vedení.