CZ303925B6

CZ303925B6 - Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planárním vedením, zejména pro mericí prístroje

Info

Publication number: CZ303925B6
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: 2013-06-26
Also published as: CZ2010833A3

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 pruchozím otvorem (4) konstantního prumeru. 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, výsce a tloustce pokrývající alespon cást objemu, do kterého vne otvoru (4) zasahuje rozptylové elektromagnetické pole mezi vnitrním vodicem (3) respektive planárním vedením a celem (2). V jednom mozném 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

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 stím 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 planámího část energie elektromagnetického pole vyzáří. Toto nežádoucí vyzářené elektromagnetické pole se šíří volným prostorem a způsobuje 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 planární, jak je uvedeno například v patentech US 4 346 355, patent US 4 280 112, patent US 4 855 697 nebo v článku 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. 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 až 48. Tyto konstrukce adaptérů se však nezabývají vyzařováním adaptéru do volného prostoru nad substrátem planámího vedení.

Problematikou utlumení vyššího vlnovodného vidu se zabývá patent US 5 164 358 A. V něm 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 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 do prostoru nad planámí 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 planámím vedením přes čelo s otvorem. Podstatou nového řešení je, že otvor je průchozí otvor konstantního průměru a v blízkosti propojení vnitřního vodiče koaxiálního konektoru a vodiče planárního vedení je ze strany tohoto otvoru 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 a planámím 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 překiývá 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 včele a spojený s vodičem planárního vedení 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, zeje 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 planámí 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 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 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 prodloužením 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.

-2CZ 303925 B6

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 vynálezu. Na obr. 2 je zobrazen řez adaptérem v pohledu od planámího vedení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad konstrukčního řešení adaptéru podle vynálezu je pro planámí 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 průchozím otvorem 4 konstantního průměru a může být tvořeno přímo krabičkou, ve které je umístěno planámí vedení. Vnitřní vodič 3 koaxiálního konektoru i 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 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 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 11. V daném příkladě je dielektrikum 11 v místě nejmenší vzdálenosti mezi vnitřním vodičem 3 koaxiálním konektoru I a vnějším vodičem excentrického koaxiálního vedení. Toto dielektrikum 11 umožňuje přesné mechanické nastavení polohy vnitřního vodiče 3 koaxiálního konektoru i 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 a planámím 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 planámí vedení např. typu koplanámí vlnovod.

Průmyslová využitelnost

Nevyzařující adaptér mezi koaxiálním vedením a planámím vedením podle vynálezu lze průmyslově využít realizaci planámích obvodů pouzdřených do kovových krabiček, zejména však v

-3 CZ 303925 B6 měřicí technice pro realizaci měřicích držáků pro měření planámích obvodů ve frekvenční oblast jednotek až desítek GHz.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Adaptér pro propojení koaxiálního vedení s planámím 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 planámím vedením přes čelo (2) s otvorem (4), vyznačující se tím, že otvor (4) je průchozí otvor konstantního průměru a v blízkosti propojení vnitřního vodiče (3) koaxiálního konektoru (1) a vodiče (9) planárního vedení je ze strany tohoto otvoru (4), přivrácené k 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. 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 nároku 1 nebo 2, 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 vyosen ve směru, kde k němu přiléhá substrát (5).
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) je vloženo dielektrikum (11).
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. 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.
7. Adaptér podle nároku 5, vyznačující se tím, ža 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 tloušťkou 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.