CZ21692U1 - Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárntm vedením, zejména pro měřicí přístroje - Google Patents

Description

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 planámích obvodů se používají různé adaptéry. Tyto adaptéry zajišťují elektrický a mechanický přechod z koaxiálních přenosových vedení na planámí, nejčastěji mikropáskové vedení. V důsledku změny prostorového rozložení elektromagnetického pole při přechodu z koaxiálního vedení na vedení planámí, 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 nej menší a současně, aby adaptér minimálně vyzařoval elektromagnetické pole.

Při přechodu elektromagnetického pole z koaxiálního vedení na vedení planámí 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 planámího část energie elektromagnetického pole vyzáří. Toto nežádoucí vyzářené elektromagnetické pole se šíří volným prostorem a způso20 buje chyby při měření zejména odrazů planámích 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 planámí, jak je uvedeno například v patentech US 4346355, 4280112, 4855697 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.

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 řadou 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 efektivně eliminovat.

Podstata technického řešení

Výše uvedené problémy konstrukční složitosti a vyzařování adaptéru mezi koaxiálním a planár35 ním vedením neseným substrátem, zejména pro měřicí přístroje, lze potlačit pomocí konstrukce adaptéru podle uvedeného technického řešení. 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 planámího vedení je ze strany otvoru v čele přivrácené k planámímu 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 respektive planárním vedením a čelem. 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.

-1 CZ 21692 U1

Ve výhodném provedení lze adaptér realizovat tak, že přímý vnitřní vodič koaxiálního konektoru procházející otvorem v čele a spojený s vodičem planámího 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 planámím vedením je umístěn na podložce, ke které je připevněna strana čela přivrácená k planámímu 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 planámího vedení opatřen zkosením vedeným směrem od koaxiálního konektoru s postupně se zmenšující tloušťkou vnitřního vodiče.

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

Výhodou předkládaného řešení je, že umístěním mikrovlnného útlumového materiálu v bezprostředním okolí připojení středního vodiče koaxiálního vedení na vodič planámího vedení dochází k zatlumení vyzařovaného 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 planámího vedení. To snižuje vyzařování.

Zkosení středního vodiče v místě jeho připojení na vodič planámího 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 planámích 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.

Přehled obrázků na výkrese

Na obr. 1 je uveden podélný vertikální řez adaptérem mezi koaxiálním a planámím vedením podle nového řešení. Na obr. 2 je zobrazen řez adaptérem v pohledu od planámího vedení. Příklady provedení technického řešení

Příklad konstrukčního řešení adaptéru je pro planámí vedení realizované jako mikropáskové vedení uveden na obr. 1 a 2. Adaptér obsahuje koaxiální konektor i, 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 planámí vedení. Vnitřní vodič 3 koaxiálního konektoru £ 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 růz-2CZ 21692 Ul ných 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 míkropáskového vedení neseného substrátem 5 se zemní rovinou W a umístěného v daném příkladě na podložce 6 adaptéru. Pomocí osazení 7 v čele 2 adaptéru je substrát 5 planámího vedení přitlačen k této podložce 6. Materiál podložky 6 závisí na tom, kde je umístěna zemní rovina 10 planámího 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 W 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, io přilehlé k substrátu 5 vloženo dielektrikum li. V daném příkladě je dielektrikum 11 v místě nejmenší vzdálenosti mezi vnitřním vodičem 3 koaxiálního konektoru i a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení. Toto dielektrikum H 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 planámího 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 respektive planámím vedením a čelem 2. Mikrovlnný útlumový mate20 riál 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 po25 užívající místo excentrického koaxiálního vedení obvyklého symetrického koaxiálního vedení. Aplikace útlumového materiálu 12 však zůstává zachována.

Obdobné konstrukční řešení lze použít např. i pro další planámí vedení např. typu koplanámí vlnovod.

Průmyslová využitelnost

Nevyzařující adaptér mezi koaxiálním vedením a planámím vedením podle nového technického řešení lze průmyslově využít realizaci planámích obvodů pouzdřených do kovových krabiček, zejména však v měřicí technice pro realizaci měřicích držáků pro měření planámích obvodů ve frekvenční oblasti jednotek až desítek GHz.

Claims (8)

1. 35 1. Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planámím vedením, zejména pro měřicí přístroje, kde planámí vedení je neseno substrátem (5) se zemní rovinou (10), tvořený koaxiálním konektorem (1) s vnitřním vodičem (3) propojujícím koaxiální vedení s planámím vedením přes čelo (2) s otvorem (4), vyznačující se tím, že v blízkosti propojení vnitřního vodiče (3) koaxiálního konektoru (1) a vodiče (9) planámího vedení je ze strany otvoru (4) přivrácené k

   40 planámímu 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) respektive planámím vedením a čelem (2).
2. 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

   45 oblasti opatřen otvorem pro průchod vnitřního vodiče (3).

   -3CZ 21692 Ul
3. 3. Adaptér podle kteréhokoli z nároků la2, vyznačující se tím, že přímý vnitřní vodič (3) koaxiálního konektoru (1) procházející otvorem (4) a spojený s vodičem (9) planámího vedení je v tomto otvoru (4) umístěn excentricky tak, že podélné osy vnitřního vodiče (3) a otvoru (4) jsou navzájem rovnoběžné, avšak leží v různých rovinách, kdy vnitřní vodič (3) je

   5 vyosen ve směru, kde k němu přiléhá substrát (5).
4. 4. Adaptér podle kteréhokoli z nároků 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. 5) je vloženo dielektrikum (11).

   io 5. Adaptér podle kteréhokoli z nároků laž4, vyznačující se tím, že substrát (5) s planámím vedením je umístěn na podložce (6) a strana čela (2) přivrácená k planámímu vedení je k této podložce (6) připevněna.
6. 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.

   15
7. 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. 8. Adaptér podle kteréhokoli z nároků laž7, vyznačující se tím, že vnitřní vodič (3) je v místě kontaktu s vodičem (9) planámího vedení opatřen zkosením (8) směrem od koaxiálního konektoru (1) s postupně se zmenšující tloušťkou vnitřního vodiče (3).

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