CZ303924B6 - Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením - Google Patents

Abstract

Adaptér mezi koaxiálním vedením a planárním vedením je tvoren koaxiálním konektorem (1) s vnitrním vodicem (3) excentricky umísteným v pruchozím otvoru (4) konstantního prumeru procházejícím celem (2) adaptéru a vodive spojeným s vodicem (9) planárního vedení neseným substrátem (5) a umísteným na podlozce (6) adaptéru. Charakteristická impedance tohoto excentrického vedení je rovna charakteristické impedanci koaxiálního vedení koaxiálního konektoru (1) i charakteristické impedanci planárního vedení s vodicem (9) umísteným na substrátu (5).

Description

Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením

Oblast techniky

Předkládané řešení se týká konstrukce adaptéru mezi koaxiálním vedením a planárním, například mikropáskovým vedením.

Dosavadní stav techniky

K propojování koaxiálních vedení 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 nejmenší. Konstrukčně nejjednodušší avšak s odrazy v řádu desetin jsou adaptéry kdeje koaxiální vedení přímo připojeno na vedení planámí.

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, viz například patent US 4 346 355, patent US 4 280 112, patent US 4 855 697 nebo článek R. L. Eisenhart, „A Better Microstrip Connector“ In. 1978 IEEE - MTT-S International Microwave Symposium Digest, Ottava, ON, Canada, 27 až 27 June 1978, pp. 318 až 320 či J. Chenkin, „dc to 40 GHz Coaxial-to Microstrip Transition for 100 m-thick GaAs Substrates, IEEE Trans, on MTT, vol. 37, No. 7, July 1989, pp. 1147 až 1150. Řešení je výrobně velmi náročné.

Další konstrukční řešení je popsáno v E. H. England, „A Coaxial to Microstrip Transition“ IEEE Trans, on MTT, vol. 24, No. 1, January 1976, pp. 47 až 48. Toto řešení kompenzuje přítomnost lokální diskontinuity pomocí přídavného otvoru v zemní rovině mikropáskového vedení s případným ladicím šroubem.

Problematikou impedančního přizpůsobení se také zabývá patent JP 55086204 A.

Tato uvedená konstrukční řešení se vyznačují značnou výrobní náročností a jsou zaměřena především na dosažení co nej lepšího impedančního přizpůsobení adapteru. S výjimkou řešení popsaných v patentech US 4 346 355, US 4 280 112, US 4 855 697 či článku R.L.Eisenharta adaptéry v místě připojení středního vodiče koaxiálního vedení na vedení planámí významně vyzařují elektromagnetické pole. Pokud jsou takové adaptéry použity u kovových krabiček s vloženými planárními obvody, snadno dochází k vybuzení nežádoucích prostorových rezonancí krabiček. Vyzařování způsobuje také velké problémy při požadavku přesného vektorového měření na planámích vedení.

Potlačením vlnovodného vidu v planámí přenosové struktuře se zabývá patent US 5 164 358 A. Patent však neřeší potlačení vyzařování samotného adaptéru, a to ani do krabičky, ani do volného prostoru.

Podstata vynálezu

Výše uvedené problémy konstrukční složitosti a vyzařování adaptéru mezi koaxiálním a planárním vedením neseným substrátem se zemní rovinou, kde součástí adaptéru je koaxiální konektor,

- 1 CZ 303924 B6 lze potlačit pomocí konstrukce adaptéru podle vynálezu. Ke koaxiálnímu konektoru s vnitřním vodičem je připevněno jednou svou stranou čelo z vodivého materiálu. Toto čelo je svou druhou stranou připevněno k substrátu planámího vedení. Podstatou nového řešení je, že čelo je opatřeno průchozím nejlépe válcovým otvorem konstantního průměru, kterým prochází vnitřní vodič. 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. Jedná se tedy o propojení se skokovou změnou příčných rozměrů mezi excentrickým koaxiálním vedením a koaxiálním vedení na straně jedné a excentrickým koaxiálním vedením a vedením planámím na straně druhé.

Ve výhodném provedení je alespoň v části objemu mezi válcovým vnitřním vodičem koaxiálního konektoru a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení tvořeným povrchem válcového otvoru přilehlé k substrátu vloženo dielektrikum.

V dalším možném provedení je čelo svou druhou stranou připevněno k podložce umístěné pod substrátem s planámím vedením. V případě, že je zemní rovina umístěna na spodní straně substrátu, je podložka z elektricky vodivého materiálu. V případě, že je zemní rovina umístěna na horní straně substrátu, je podložka z dielektrického materiálu.

Vnitřní vodič může být 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 přímo pouzdrem, ve kterém je uloženo planámí vedení.

Konstrukce adaptéru tedy využívá excentrického koaxiálního vedení umístěného mezi koaxiálním konektorem a planámím vedením. S výhodou lze umístit přídavné dielektrikum v místě nejmenší vzdálenosti mezi středním vodičem a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení. Vnitřní vodič excentrického koaxiálního vedení je vyosen ve směru, kde k němu přiléhá substrát. Vyosení vnitřního vodiče a vnitřní průměr vnějšího vodiče excentrického koaxiálního vedení, jsou navrženy tak, aby jeho charakteristická impedance byla rovna impedanci připojeného koaxiálního a planárního vedení. Přechod mezi koaxiálním vedením a excentrickým koaxiálním vedením je z důvodů konstrukční jednoduchosti skokový. Na rozdíl od řešení uvedených v US patentech nedochází k pozvolnému přechodu od koaxiálního k excentrickému koaxiálnímu vedení. V excentrickém koaxiálním vedení je v místě jeho kontaktu s planámím vedením intenzita elektromagnetického pole koncentrována v oblasti nejmenší vzdálenosti mezi jeho středním a vnějším vodičem. Naopak, v oblasti, kde struktura může vyzařovat do volného prostoru nad substrátem, je použitím excentrického koaxiálního vedení velikost intenzity elektrického pole minimalizována, což vyzařování snižuje.

Uvedené konstrukční řešení přispívá ke snížení odrazů adaptéru a současně potlačuje vyzařování elektromagnetického pole z adaptéru.

Přehled obrázků na výkrese

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

Příklady provedení vynálezu

Příklad konstrukčního řešení adaptéru podle vynálezu je pro planámí vedení realizované ve formě mikropáskového vedení uveden na obr. 1 a 2. Vodič 9 planárního vedení je nesen substrátem 5 se zemní rovinou 10. Adaptér se sestává z koaxiálního konektoru 1, například z SMA

-2CZ 303924 B6 konektoru, připevněnému k čelu 2. Střední vodič 3 koaxiálního konektoru I je excentricky veden průchozím otvorem 4 konstantního průměru, který je z hlediska výrobní náročnosti nejlépe válcový, v čele 2 adaptéru. Podélné osy vnitřního 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. Čelo 2 může být tvořeno přímo stěnou krytu, ve kterém je planámí vedení uloženo. Konec vnitřního vodiče 3 je přitlačen k vodiči 9 planámího vedení neseného substrátem 5 se zemní rovinou 10 a umístěného v uvedeném příkladě na podložce 6. Pomocí osazení 7 v čele 2 adaptéru je substrát 5 planárního vedení přitlačen k této podložce 6. V případě, je-li zemní rovina 10 umístěna na spodní straně substrátu 5, je podložka 6 z elektricky vodivého materiálu a může být zhotovena jako jeden celek s čelem 2. V případě, že je zemní rovina 10 umístěna na horní straně substrátu 5, je podložka 6 z dielektrického materiálu.

Alespoň v části objemu mezi válcovým vnitřním vodičem 3 koaxiálního konektoru a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení tvořeným povrchem válcového otvoru 4 přilehlé k substrátu 5 je vloženo dielektrikum 11. Většinou bývá umístěno v místě nejmenší vzdálenosti mezi vnitřním 3 vodičem koaxiálního konektoru i a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení tvořeným povrchem otvoru 4. Toto dielektrikum 11 umožňuje přesné mechanické nastavení polohy vnitřního vodiče 3 koaxiálního konektoru 1 v otvoru 4 a buď je stejné jako dielektrikum koaxiálního konektoru i, nebo může být i odlišné. Současně dielektrikum 11 přispívá ke snížení vyzařování adaptéru. Ke snížení vyzařování adaptéru přispívá i zkosení 8 konce vnitřního vodiče 3.

Rozměry excentrického koaxiálního vedení včetně případně vloženého dielektrika 11 se určují optimalizací pomocí počítačového 3 D modelování elektromagnetického pole, přičemž základním kriteriem je požadavek minimálních odrazů od adaptéru. Když je jich dosaženo je charakteristická impedance excentrického vedení pak téměř shodná s charakteristickou impedancí připojených vedení. Malá odchylka od charakteristické impedance připojených vedení je možná. Může přispět ke kompenzaci vlivu lokálních diskontinuit v místech připojení excentrického vedení na koaxiální a planámí vedení. Při simulaci vlastností adaptéru pomocí 3D simulátoru elektromagnetického pole byl koeficient odrazu v kmitočtovém pásmu do 23 GHz menší než 0,03. Obdobné konstrukční řešení lze použít např. i pro planámí vedení typu koplanámí vlnovod.

Adaptér funguje tak, že umožňuje postupnou změnu prostorového rozložení elektromagnetického pole mezi rozložením v koaxiálním vedením a rozložením odpovídajícím vedení planámímu. Odrazy od adaptéru jsou tak minimalizovány obdobně jako u známých adaptérů, zde však jednodušším mechanickým řešením.

Průmyslová využitelnost

Adaptér mezi koaxiálním a planárním vedením excentrickým přechodem podle vynálezu lze průmyslově využít pro realizaci planámích obvodů pouzdřených do kovových krabiček i v měřicí technice pro realizaci měřicích držáků pro frekvenční oblast jednotek až desítek GHz.

Claims (7)

1. Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením neseným substrátem se zemní rovinou, kde součástí adaptéru je koaxiální konektor (1) s vnitřním vodičem (3) připevněný na jednu stranu čela (2) z vodivého materiálu, které je svou druhou stranou připevněno k sub-3 CZ 303924 B6 stratu (5) s vodičem (9) planámího vedení, vyznačující se tím, že toto čelo (2) je opatřeno průchozím otvorem (4) konstantního průměru, kterým prochází vnitřní vodič (3), kde podélné osy vnitřního 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).

2. Adaptér podle nároku 1, 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).

3. Adaptér podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že čelo (2) je svou druhou stranou připevněno k podložce (6) umístěné pod substrátem (5) s vodičem (9) planámího vedení.

4. Adaptér podle nároku 3, vyznačující se tím, že v případě, že je zemní rovina (10) umístěna na spodní straně substrátu (5), je podložka (6) z elektricky vodivého materiálu.

5. Adaptér podle nároku 3, vyznačující se tím, že v případě, že je zemní rovina (10) umístěna na horní straně substrátu (5), je podložka (6) z dielektrického materiálu.

6. Adaptér podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se t í m , že vnitřní vodič (3) je v místě kontaktu s vodičem (9) planámího vedení opatřen zkosením (8) směrem od koaxiálního konektoru (1) postupně zmenšujícím tloušťku vnitřního vodiče (3).

7. Adaptér podle kteréhokoli z nároků laž6, vyznačující se tím, že čelo (2) je tvořeno pouzdrem, ve kterém je uloženo planámí vedení.