FR3003405A3 - Connecteur coaxial a montage vertical pour carte de circuit imprime - Google Patents

Abstract

Un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé comportant une cavité unique. Les exemples concernent un connecteur à montage vertical présentant des performances électriques améliorées pour transmettre un signal micro-ondes en provenance ou à destination d'un port coaxial à des circuits imprimés planaires. Le connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé inclut un boîtier fileté comportant une bride à quatre pattes pour fixation sur la carte de circuit imprimé, un conducteur central et un bourrelet diélectrique pour soutenir le conducteur central. Le dessous de la bride comporte une cavité détourée de manière unique pour procurer un espace d'air pour le champ électromagnétique au-dessus de la ligne de transmission planaire. Quatre pattes dans les coins de la bride servent de connexion de masse entre le connecteur et les plans de masse du substrat. La cavité ouverte ou de grande taille sous la bride est conçue pour fournir des valeurs élevées de réactance inductive à l'extrémité supérieure de la bande micro-onde et il est généralement nécessaire de changer la géométrie planaire pour obtenir une adaptation d'impédance en bande étroite. Ces exemples décrits présentent une cavité de diamètre réduit autour du conducteur central qui, avec des trous d'interconnexion correctement positionnés sur la carte de circuit imprimé, a tendance à limiter la réactance inductive et à fournir une adaptation d'impédance à large bande. Ce modèle de connecteur peut s'adapter au guide d'ondes à rubans et au guide d'ondes coplanaire avec plan de masse sur face arrière (GCPW, grounded coplanar waveguide).

Description

U165899.FR.01 CONNECTEUR COAXIAL À MONTAGE VERTICAL POUR CARTE DE CIRCUIT IMPRIMÉ DOMAINE TECHNIQUE Cette description concerne de manière générale les connecteurs électriques, et plus particulièrement les connecteurs haute fréquence. CONTEXTE DE L'INVENTION Les connecteurs à montage vertical pour cartes de circuits imprimés (PCB, Printed Circuit Board) ou, de manière équivalente, pour plaquettes de circuit imprimé (PWB, Printed Wiring Board), sont apparus dans les catalogues de connecteurs micro-ondes peu après le début d'utilisation des circuits imprimés. Un connecteur SMA à montage vertical pour guide d'ondes à rubans est disponible depuis 1963 avec des performances adéquates dans la plage inférieure des fréquences micro-ondes. Lorsque des substrats améliorés sont devenus disponibles pour une utilisation à des fréquences micro-ondes supérieures à 10 GHz, on a souvent utilisé des connecteurs montés sur le bord de la carte, les connecteurs à montage vertical n'étant que très peu employés. Plus récemment, les circuits imprimés sont devenus plus complexes et des circuits numériques ont atteint des vitesses équivalentes à des fréquences micro-ondes élevées (40 GHz ou plus). Les concepteurs de circuits analogiques et numériques ont besoin de plus de souplesse dans le positionnement des entrées et des sorties coaxiales haute fréquence et des ports de test. Il existe désormais un besoin d'un connecteur à montage vertical présentant des performances au moins égales à celles du meilleur connecteur à montage sur le bord.

Les connecteurs à montage vertical proposés actuellement se composent d'un conducteur externe à embase munie de quatre pattes et d'un conducteur central qui peut être coupé par le client en fonction du besoin. Des modifications du circuit imprimé pour améliorer l'adaptation d'impédance sont également laissées à la discrétion du client.

Les paramètres de la carte de circuit imprimé changent avec les critères de performances électriques et mécaniques ; ainsi, un modèle de connecteur ne conviendra pas à toutes les tailles ni à tous les matériaux de circuits imprimés. Pour des paramètres d'une carte spécifique donnée optimisés pour les hautes fréquences micro-ondes, il est U165899.FR.01 2 possible de concevoir un connecteur présentant d'excellentes performances avec une géométrie de carte spécifiée. Ceci procurera au client l'avantage économique d'un modèle de port coaxial pour son circuit planaire pour lequel un seul essai suffira.

RÉSUMÉ Il est présenté ci-après un exposé simplifié du brevet qui permettra au lecteur d'en avoir une compréhension de base. Cet exposé n'est pas une présentation détaillée du brevet et il n'identifie pas les éléments essentiels/cruciaux de l'invention et ne délimite pas le champ d'application de l'invention. Son seul but est de présenter quelques concepts décrits ici sous une forme simplifiée comme un prélude à la description plus détaillée présentée par la suite. Le présent exemple de connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé prévoit un connecteur présentant une transition d'adaptation d'impédance d'un connecteur coaxial à montage vertical sur un microruban ou une ligne de transmission de guide d'ondes coplanaire d'un circuit imprimé. Les exemples concernent un connecteur à montage vertical présentant des performances électriques améliorées pour transmettre un signal micro-ondes en provenance ou à destination d'un port coaxial à des circuits imprimés planaires. Le connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé inclut un boîtier fileté comportant une bride à quatre pattes pour fixation sur la carte de circuit imprimé, un conducteur central et un bourrelet diélectrique pour soutenir le conducteur central.

Le dessous de la bride comporte une cavité détourée de manière unique pour procurer un espace d'air pour le champ électromagnétique au-dessus de la ligne de transmission planaire. Quatre pattes au niveau des coins de la bride servent de connexion de masse entre le connecteur et les plans de masse du substrat. La cavité ouverte ou de grande taille sous la bride est conçue pour fournir des valeurs élevées de réactance inductive à l'extrémité supérieure de la bande micro-onde et il est généralement nécessaire de changer la géométrie planaire pour obtenir une adaptation d'impédance en bande étroite. Ces exemples décrits présentent une cavité de diamètre réduit autour du conducteur central qui, avec des trous d'interconnexion correctement positionnés sur la U165899.FR.01 5 carte de circuit imprimé, a tendance à limiter la réactance inductive et à fournir une adaptation d'impédance à large bande. Ce modèle de connecteur peut s'adapter au guide d'ondes à rubans et au guide d'ondes coplanaire avec plan de masse sur face arrière (GCPW, grounded coplanar waveguide).

Un facteur important pour obtenir des performances améliorées à des fréquences plus élevées réside dans la cavité détourée dans la bride. Grâce à la taille réduite, les trous d'interconnexion qui relient les plans de masse supérieur et inférieur sont en contact direct avec le dessous de la bride du connecteur, ce qui tend à améliorer les performances.

Un grand nombre des caractéristiques qui en découlent seront mieux comprises si l'on se réfère à la description détaillée suivante examinée en liaison avec les dessins joints. DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante et de ses dessins joints sur lesquels : la figure 1 montre un premier exemple de connecteur d'une carte de circuit imprimé typique incluant une vue de côté 118 et une vue de dessous ; la figure 2 montre un deuxième exemple de connecteur de carte de circuit imprimé typique 20 connu dans la technique antérieure comme étant du type mini SMP ; la figure 3 montre un premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 4 montre les détails de la base d'adaptation d'impédance ; la figure 5 montre une vue isométrique de dessus du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 6 montre une vue isométrique de dessous du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 7 montre une vue de face du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base U165899.FR.01 4 d'adaptation d'impédance ; la figure 8 montre une vue de dessous du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 9 montre une vue de droite du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 10 montre une vue de gauche du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 11 montre un deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance et une interface coaxiale de 1,85 mm ; la figure 12 montre une vue isométrique de dessus du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 13 montre une vue isométrique de dessous du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 14 montre une vue de dessous du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 15 montre une vue de face du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 16 montre une vue de droite du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 17 montre une vue de gauche du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance ; la figure 18 montre une image de la disposition d'un guide d'ondes coplanaire avec plan de masse sur face arrière (GCPW, grounded coplanar waveguide) pour un substrat R04003 de 8 mils (203 gm) d'épaisseur d'une plaquette de circuit imprimé ; U165899.FR.01 5 la figure 19 montre des paramètres S représentatifs du connecteur représenté sur la figure 3 qui a été couplé à une plaquette de circuit imprimé comportant la disposition de conducteur représentée sur la figure 18; la figure 20 montre une vue agrandie de la transition connecteur/substrat de la plaquette de circuit imprimé ; la figure 21 montre une vue agrandie d'une autre transition connecteur/substrat de la plaquette de circuit imprimé pour réduire la capacité ; la figure 22 montre une transition améliorée dans une disposition de microruban pour un substrat R04003 de 8 mils (203 tim) d'épaisseur ; la figure 23 montre les paramètres S du connecteur (300, figure 3) et la disposition de substrat de la figure 22; la figure 24 est une image d'une transition améliorée d'un GCPW/microruban avec le connecteur de la figure 3 ; la figure 25 montre les paramètres S pour la transition améliorée de la figure 24; la figure 26 montre des données mesurées pour le connecteur de la figure 3 monté sur une carte de circuit imprimé avec la piste telle que représentée sur la figure 18; la figure 27 montre des données mesurées pour le connecteur de la figure 3 monté sur une carte de circuit imprimé avec la piste telle que représentée sur la figure 18, mais sans le trou dans le plan de masse sous la broche centrale du connecteur.

Un même numéro de référence désigne des pièces identiques dans les dessins joints. DESCRIPTION DÉTAILLÉE La description détaillée fournie ci-dessous en relation avec les dessins joints a pour but de donner une description des présents exemples et n'est pas destinée à représenter les seules formes dans lesquelles le présent exemple peut être construit ou utilisé. La description expose les fonctions de l'exemple et la séquence d'étapes requises pour construire et faire fonctionner l'exemple. Toutefois, des fonctions et séquences identiques ou équivalentes peuvent être accomplies par des exemples différents. Le présent exemple concerne un connecteur présentant une transition d'adaptation d'impédance d'un connecteur coaxial à montage vertical sur un microruban ou une ligne de transmission de guide d'ondes coplanaire d'une carte de circuit imprimé.

U165899.FR.01 Les connecteurs décrits ici sont souvent appliqués à des circuits fonctionnant à des fréquences élevées qui peuvent être appelées radiofréquences (« RF ») ou fréquences micro-ondes. Il est entendu que ce sont des termes généraux qui ne sont pas destinés à limiter la conception à une bande de fréquences spécifique (par exemple la bande Ku, la bande X, les ondes millimétriques ou similaire) sauf indication contraire, mais qui sont plutôt simplement destinés à donner une indication de l'adéquation des exemples décrits ici à une utilisation à des fréquences plus élevées.

Dans sa présente acception, une ligne de transmission microruban, ou plus simplement un « microruban » désigne un conducteur de signal unique au-dessus d'un plan de masse unique, typiquement soutenu par un matériau diélectrique qui définit l'impédance caractéristique des lignes de transmission microruban calculée à partir de paramètres incluant la largeur du conducteur de signal, la hauteur entre le conducteur central et le plan de masse et la constante diélectrique du matériau diélectrique, connue de l'homme de l'art. Des plaquettes de circuit imprimé comportant des conducteurs microrubans peuvent également inclure des zones étendues de conducteur de masse sur le côté du conducteur de signal avec des trous d'interconnexion métallisés pour assurer le couplage avec le plan de masse. Généralement, ces zones de masse sur le côté du conducteur central assurent le blindage et la masse des circuits sur ce côté de la plaquette de circuit imprimé.

Bien que les présents exemples soient décrits et illustrés ici comme étant mis en oeuvre dans un connecteur présentant une transition d'adaptation d'impédance d'un connecteur coaxial à montage vertical sur un microruban ou une ligne de transmission de guide d'ondes coplanaire d'une carte de circuit imprimé, le système décrit est fourni à titre d'exemple et non comme une limitation. Comme l'homme du métier le reconnaîtra, les présents exemples sont appropriés pour une application dans un large éventail de types de systèmes de lignes de transmission différents. La figure 1 montre un premier exemple de connecteur de carte de circuit imprimé typique 102 comprenant une vue de côté 118 et une vue de dessous 120. Ce type de U165899.FR.01 7 connecteur particulier est connu de l'homme de l'art comme une prise à montage droit de type MCX pour carte de circuit imprimé. La majorité des fournisseurs de connecteurs offrent généralement des connecteurs à montage vertical pour carte de circuit imprimé tels que celui représenté. En plus de fournir une transition mécanique, il peut être souhaitable de préserver les qualités électriques d'un signal transitant entre une plaquette de circuit imprimé et un câble. Par exemple, il peut être souhaitable de fournir une bonne adaptation (mesurée par S11, S22, l'affaiblissement d'adaptation ou le TOS (taux d'ondes stationnaires)), et d'avoir une faible perte (mesurée par S21, S12 et similaire). Dans de nombreux connecteurs classiques, de bonnes propriétés de signal peuvent être assurées par de bonnes techniques de blindage et de mise à la masse. Cependant, lorsque la fréquence du signal augmente, ces modèles de transition classiques peuvent s'avérer inadéquats. Un connecteur classique 102 peut inclure une partie fixation de câble 104 avec laquelle il est possible de faire un raccordement externe (typiquement avec un câble de 50 ou 75 ohms) par l'intermédiaire d'un connecteur correspondant (non représenté). Le connecteur 102 peut inclure une partie fixation de carte de circuit imprimé 106 qui couple le connecteur à la masse électrique et aux pistes de signal d'une carte de circuit imprimé (ou d'une plaquette de circuit imprimé) sur laquelle le connecteur 102 est disposé. Les pistes de circuit imprimé sont généralement conçues pour avoir une impédance caractéristique de 50 ou 75 ohms, bien que toute impédance caractéristique souhaitée puisse être prévue. La surface extérieure du connecteur est généralement reliée à la masse électrique. La broche centrale 112, qui transporte le signal, peut être couplée à une piste de carte de circuit imprimé (non représentée). Dans la transition entre la broche 112 et la piste, il faut prendre soin, au niveau de la conception, d'empêcher que la ligne de signal soit court-circuitée sur le plan de masse (non représenté) de la carte de circuit imprimé qui est habituellement présent dans les modèles bien conçus impliquant les radiofréquences (RF) et les micro-ondes. La configuration des trous pour le montage mécanique du connecteur 102 sur-la plaquette de circuit imprimé 116 est représentée. Pour empêcher un court-circuit, un espace 122 est souvent prévu entre le corps de connecteur et la plaquette de circuit imprimé 116 sur laquelle le connecteur sera disposé.

U165899.FR.01 8 Une entretoise 108 peut être incluse sur les quatre pattes afin d'empêcher un court-circuit de la ligne de signal 112 de la carte de circuit imprimé avec la masse (corps du connecteur et pattes 110). Les quatre pattes 110 sont les connexions de masse avec la carte de circuit imprimé ; toutefois, l'espace procuré par les entretoises 108 est généralement supérieur à 1/4 d'une longueur d'onde au-dessus de 15 GHz, ce qui risque de provoquer une fuite de signal ou l'initiation non souhaitée d'une onde de surface sur la carte de circuit imprimé. Comme on peut le voir dens ce modèle, aucune disposition particulière n'est prise en matière d'adaptation d'impédance entre la partie fixation de câble 104 et la partie fixation 106 à la carte de circuit imprimé pour préserver les 10 caractéristiques du signal au niveau de cette discontinuité ou transition. La figure 2 montre un deuxième exemple de connecteur de carte de circuit imprimé typique 200 connu dans la technique antérieure comme étant du type mini SMP. Une vue de l'arrière 212 et une vue de côté sont représentées. Il s'agit d'un boîtier 204 de 15 connecteur monté par le dessus dans lequel le conducteur central 202 est coudé à 90° à la partie inférieure du boîtier, sort par le côté et devient une transition de couplage terminal avec le circuit imprimé. Ce modèle comporte ainsi deux discontinuités d'impédance, une au niveau de l'angle droit 206 et une autre au niveau de la fixation 208 du conducteur central sur la carte de circuit imprimé 210; l'adaptation d'impédance est 20 donc plus difficile à obtenir. La mauvaise adaptation d'impédance apparaît clairement dans les chiffres d'affaiblissement d'adaptation généralement publiés au-dessus de 25 GHz cités dans les catalogues des fabricants pour ce type de connecteur. Ces deux types de connecteurs 25 200, 102 décrits ci-dessus (figure 1) ne fournissent pas une adaptation d'impédance au sein de la structure du connecteur. L'adaptation d'impédance dans le cadre de la conception du connecteur serait souhaitable pour améliorer les performances électriques à des fréquences de fonctionnement existantes spécifiées et pour étendre la fréquence de fonctionnement à des connecteurs électriques haute fréquence. Les 30 demandeurs ont conçu sous le connecteur une cavité unique destinée à assurer une adaptation d'impédance et à minimiser les distances de raccordement à la masse dans une plaquette de circuit imprimé couplée au connecteur comme dans le connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé.

U165899.FR.01 9 La figure 3 montre un premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance 300. La vue isométrique montre la construction d'adaptation d'impédance unique du connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé 300.

Le connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé inclut une cavité unique 301 détourée dans la bride 304. La cavité détourée 301 procure un espace d'air au-dessus de la ligne de signal lorsque le connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé 300 est fixé sur le dessus d'une ligne de transmission planaire (non représentée). La forme de la cavité détourée représentée est fournie à titre d'exemple. Pour obtenir des performances électriques équivalentes en matière d'adaptation d'impédance, il est possible d'utiliser une forme rectangulaire, carrée ou trapézoïdale. Les coins arrondis représentés ont pour but de faciliter l'usinage. La surface inférieure de la bride 306 touche le plan de masse supérieur (non représenté) de la carte de circuit imprimé et a tendance à contenir le champ électromagnétique à l'intérieur de la structure fermée. Les exemples décrits ici concernent un connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé présentant des performances électriques améliorées pour transmettre un signal micro-ondes en provenance ou à destination d'un port coaxial à des circuits imprimés planaires. Le connecteur à montage vertical inclut un boîtier fileté 318 avec une bride à quatre pattes 304 pour fixation sur la carte de circuit imprimé (non représenté), un conducteur central 310 et un bourrelet diélectrique pour soutenir le conducteur central. Le dessous de la bride comporte une cavité détourée 301 pour procurer un espace d'air pour le champ électromagnétique au-dessus de la ligne de transmission planaire. L'interface coaxiale 318 illustrée sur la figure 3 est une SSBT de taille 20 ; toutefois, n'importe quelle interface de 50 ohms peut être utilisée si la taille est compatible avec les hautes fréquences micro-ondes.

Deux patins d'alignement 308 auront tendance à améliorer la précision de l'alignement du conducteur central 310 avec un patin de conducteur de carte de circuit imprimé correspondant (non représenté) disposé sur la carte de circuit imprimé. Les tolérances dimensionnelles standard sur les quatre pattes de montage 312 peuvent ne pas être compatibles avec l'alignement souhaité pour un fonctionnement à de hautes fréquences U165899.FR.01 10 micro-ondes. En conséquence, un soin particulier doit être apporté à la disposition et au perçage de ces trous de montage et à_ la construction des pattes 312. Quatre pattes 312 dans les coins de la bride servent de raccordement à la masse entre le connecteur et les plans de masse du substrat sur la plaquette de circuit imprimé (non représentée). Une structure de cavité 301 spécialement conçue usinée dans la bride 304 a tendance à fournir une adaptation d'impédance assez large à l'emplacement où la piste de la plaquette de circuit imprimé (non représentée) est couplée à une broche ou à un conducteur central(e) 310 du connecteur 300. La cavité ouverte ou de grande taille 314 sur le dessous de la bride 304 peut conduire à des valeurs élevées de réactance inductive à l'extrémité supérieure de la bande micro-onde et peut nécessiter de changer la géométrie planaire pour obtenir une adaptation d'impédance en bande étroite.

L'adaptation d'impédance est en outre facilitée par la cavité de diamètre réduit 316 autour du conducteur central 310 qui, avec des trous d'interconnexion correctement positionnés entre les plans de masse sur la carte de circuit imprimé, aura tendance à limiter la réactance inductive au niveau de la discontinuité et à fournir une adaptation d'impédance à large bande par rapport à la fréquence. Ce modèle de connecteur peut s'adapter au guide d'ondes à rubans et au guide d'ondes coplanaire avec plan de masse sur face arrière (GCPW, grounded coplanar waveguide). La profondeur nominale de la cavité usinée dans la bride 304 dans l'exemple décrit ci-dessous est de 0,0255 pouce (0,65 mm).

La caractéristique qui tend à améliorer les performances à des fréquences plus élevées réside dans la cavité 301 détourée dans la bride. Grâce à la cavité de taille réduite 316, les trous d'interconnexion qui relient les plans de masse supérieur et inférieur de la plaquette de circuit imprimé (non représentée) sont en contact direct avec dessous de la bride 304 du connecteur. En procurant des connexions de masse aussi courtes que possible, cette structure permet d'adapter de façon optimale des connecteurs coaxiaux à d'autres supports de transmission. Il est en outre intéressant de noter que la structure d'adaptation 301 incorporée dans la bride 304 peut être intégrée dans un grand nombre d'interfaces de connecteurs coaxiaux lorsque cela est souhaité. 165899.FR.01 11 La figure 4 montre les détails de la base d'adaptation d'impédance. Les dimensions de la cavité 301 représentée procurent les performances, comme indiqué sur la figure 19, lors de l'utilisation du motif de conducteur de plaquette de circuit imprimé représenté sur la figure 18. Dans cet exemple, la large cavité 314 inclut une première zone rectangulaire 402 dont les dimensions nominales sont de 0,120 pouce (3,05 mm) de largeur et de 0,040 pouce (1,02 mm) de profondeur. Dans son prolongement, et centrée sur sa largeur, on trouve une deuxième région rectangulaire 404 de 0,070 pouce (1,78 mm) de largeur et sensiblement 0,025 pouce (0,63 mm) de profondeur pourvue de deux zones de congé sensiblement en quart de cercle 406 entre la première -région rectangulaire 402 et la deuxième région rectangulaire 404, les rayons ayant une dimension nominale de 0,025 pouce (0,63 mm).

La cavité de diamètre réduit 316 inclut une troisième région rectangulaire 408 de 0,070 pouce (1,7 mm) de largeur centrée sur ses première et deuxième régions rectangulaires 402, 404. La troisième région rectangulaire 408 est adjacente à une région semi-circulaire 410 ayant un rayon sensiblement égal à 0,035 pouce (0,89 mm).

La distance entre le bord de la troisième région rectangulaire adjacente à la région semi- circulaire et le bord extérieur ou distal de la première région rectangulaire est sensiblement égale à 0,100 pouce (2,54 mm). La figure 5 montre une vue isométrique de dessus du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance. La figure 6 montre une vue isométrique de dessous du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance. La figure 7 montre une vue de face du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance.

U165899.FR.01 12 La figure 8 montre une vue de dessous du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance.

La figure 9 montre une vue de droite du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance.

La figure 10 montre une vue de gauche du premier exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance. La figure 11 montre un deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance avec une interface coaxiale de 1,85 mm 1101. Cet exemple de connecteur inclut la bride 304 avec les proportions de la cavité décrites précédemment. Toutefois, cet exemple fournit une interface pour une prise de 1,85 mm 1102 illustrant les différentes interfaces qui peuvent être fournies.

L'interface de 1,85 mm est utile jusqu'à 67 GHz. Des interfaces de connecteurs de plus grand diamètre peuvent être adaptées pas-à-pas par des techniques classiques dans la ligne de 50 ohms. Cela tend à limiter les performances à haute fréquence, mais peut permettre la normalisation des connecteurs avec les motifs de gravure de circuits imprimés et offrir de meilleures performances à basse fréquence. La figure 12 montre une vue isométrique de dessus du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance.

La figure 13 montre une vue isométrique de dessous du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance.

U165899.FR.01 13 La figure 14 montre une vue de dessous du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance.

La figure 15 montre une vue de face du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance. La figure 16 montre une vue de droite du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance. La figure 17 montre une vue de gauche du deuxième exemple d'un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé spécialement conçu présentant une base d'adaptation d'impédance. La figure 18 montre une image de la disposition d'un GCPW pour un substrat R04003 de 8 mils (203 gm) d'épaisseur d'une plaquette de circuit imprimé 1802. Une vue de dessus de la carte 1802 montre la piste du signal 1808 et le plan de masse supérieur 1810. Il y a quatre trous métallisés 1804 pour recevoir les pattes du connecteur (312, figure 3) qui seront insérées à l'intérieur. Il y a aussi sept trous d'interconnexion 1806 de 6 mils (152 gm) couplés à la masse qui seront positionnés sous le connecteur (300, figure 3) une fois qu'il sera disposé sur la plaquette de circuit imprimé 1802.

Cet exemple de plaquette de circuit imprimé peut être réalisé en matériau R04003® de Rogers ayant les caractéristiques suivantes : le substrat R04003 est un matériau composite hydrocarbure/céramique renforcé par fibre de verre présentant une constante diélectrique de 3,38, un facteur de pertes diélectriques de 0,0027, un revêtement de cuivre de 0,0005 pouce (12,7 gm) d'épaisseur sur les deux côtés et une épaisseur totale de 0,008 pouce (0,20 mm). Ce motif de gravure a tendance à être un motif de plan de masse supérieur de circuit imprimé optimisé pour utilisation avec le connecteur (300, figure 3). Une fois couplée au connecteur à montage vertical pour carte de circuit imprimé, la plaquette de circuit U165899.FR.01 14 imprimé ayant le motif de masse représenté crée un système de transition de connecteur ou d'impédance entre un câble (tel qu'un câble coaxial) et une plaquette de circuit imprimé. Les trous d'interconnexion 1806 avec la masse qui seront placés sous la bride du connecteur sont positionnés selon une disposition circulaire autour du conducteur central du connecteur. Le diamètre du conducteur extérieur déterminera si des modes autres que le mode électromagnétique transverse (TEM, Transverse Electromagnetic Mode) peuvent exister dans la région de transition. L'équation permettant de déterminer la longueur d'onde du mode coaxial supérieur suivant (TE11) est : Xc= (D+d)u/2 Il s'agit d'une approximation généralement à 3 % près d'une solution numérique plus précise et elle montre qu'il n'y aura pas de modes supérieurs pris en charge au-dessous de 80 GHz dans la cavité remplie d'air de 0,070 pouce (1,78 mm) de diamètre du connecteur. À titre d'exemple, l'anneau des trous d'interconnexion a un diamètre de 0,0790 pouce (2 mm) et peut être rempli de matériau R04003 ayant une constante diélectrique de 3,38. On obtient sensiblement une cavité de guide d'ondes circulaire dans laquelle la longueur d'onde de coupure du mode TE11 est : Xc = D/2-\[ e 3,412 et Xc = 49 GHz et est située dans la bande de fréquence souhaitée. Un petit trou ou une ouverture obtenu(e) par gravure ou tout autre procédé dans le plan de masse inférieur centré sous le conducteur central (comme le montre la vue en coupe transversale de la figure 20) réduira typiquement la constante diélectrique effective et augmentera la fréquence de coupure TE11 au-dessus de 50 GHz. La figure 19 montre des paramètres S représentatifs du connecteur représenté sur la figure 3 qui a été couplé à une plaquette de circuit imprimé comportant la disposition de conducteur représentée sur la figure 18. Les paramètres S, ou paramètres de dispersion, sont représentés pour des fréquences variant entre le courant continu et 55 GHz avec un trou dans le plan de masse. L'affaiblissement d'adaptation S11 est généralement supérieur à -20 dB à travers la bande. S11 commence à augmenter à des fréquences supérieures à 40 GHz. La perte de transmission S21 est en majeure partie négligeable, mais augmente avec la fréquence. Le motif combiné de circuit GCPW (1802, figure 18) sous la bride du connecteur (304, figure 3) qui assure la transition avec le microruban sur le bord de la bride présente des performances améliorées dans la bande de 40 à 50 GHz.

U165899.FR.01 15 Le facteur qui permet d'obtenir des performances améliorées à des fréquences plus élevées est la cavité (301, figure 3) détourée dans la bride. Grâce à la taille réduite, les trous d'interconnexion qui relient les plans de masse supérieur et inférieur sont en contact direct avec le dessous de la bride du connecteur. En procurant des connexions de masse aussi courtes que possible, cette disposition permet d'adapter des connecteurs coaxiaux à d'autres supports de transmission. Lorsqu'un modèle de module ou « package » de circuit utilise des circuits imprimés empilés ou une enceinte blindée, le trou du plan de masse peut employer un espace d'air formant une couche fine sous le trou. Le coût et la complexité supplémentaires peuvent être prohibitifs et un autre modèle est suggéré. Le conducteur central du connecteur peut être conique entre, par exemple, le diamètre 24 mils (61011m) et le diamètre 14 mils (356 lim) avec la piste gravée à adapter. Cela aura tendance à réduire la capacité de la plaque parallèle et à augmenter la réactance inductive de la cavité d'air. Il est maintenant possible d'optimiser le trou dans le plan de masse supérieur pour 50 ohms ou pour le plus petit affaiblissement d'adaptation pour la transition. La figure 20 montre une vue agrandie de la transition connecteur/substrat de la plaquette de circuit imprimé 1802. La figure montre une coupe transversale de la transition agrandie avec le trou 2006 du plan de masse inférieur dans le plan de masse inférieur 2004. Le conducteur central 310 du connecteur (300, figure 3) est couplé à la piste de signal 1808. Les trous d'interconnexion métallisés 1806 relient électriquement le feuillard de masse supérieur 1810 au plan de masse inférieur 2004.

La figure 21 montre une vue agrandie d'une autre transition connecteur/substrat de la plaquette de circuit imprimé 1802 pour réduire la capacité. Dans cet exemple, le conducteur central 2110 du connecteur (300, figure 3) a été modifié car il est de forme conique pour réduire son diamètre à l'endroit où il touche la plaquette de circuit imprimé 1802. La broche 2110 est reliée à une piste de signal 1808 dont la surface a été réduite pour correspondre au diamètre de la broche au niveau du point de contact, ce qui réduit également sa capacité. Dans cet exemple, le trou dans le plan de masse 2004 de l'exemple précédent est absent.

U165899.FR.01 16 La figure 22 montre une transition améliorée dans une disposition de microruban pour un substrat R04003 de 8 mils (203 p.m) d'épaisseur. Il y a quatre trous métallisés pour les pattes 2204 du connecteur et six trous d'interconnexion 2206 sous la bride du connecteur.

Les résultats simulés pour les paramètres S sur la figure 23 montrent de faibles valeurs de S11 jusqu'à 30 GHz, puis une augmentation avec la fréquence. Il est possible d'améliorer les performances en utilisant la transition GCPW représentée sur la figure 4 et en passant au mode microruban au niveau du bord de la bride, comme illustré sur la figure 10. La simulation des performances optimisées fait l'objet de la figure 23. La figure 23 montre les paramètres S du connecteur (300, figure 3) et la disposition du substrat de la figure 22. Le tracé montre de faibles valeurs de S11 jusqu'à 30 GHz, puis une augmentation avec la fréquence. La figure 24 est une image d'une transition améliorée d'un GCPW/microruban avec le connecteur de la figure 3. Il est possible d'améliorer les performances en utilisant la transition GCPW représentée initialement sur la figure 18, puis en passant au mode microruban sur le bord de la bride, comme illustré sur la figure 24. La figure 25 montre les paramètres S pour la transition améliorée de la figure 24. S21 est négligeable et l'affaiblissement d'adaptation est inférieur à 20 dB pour la plage de fréquence représentée comprise entre 0 et 55 GHz. 25 La figure 26 montre des données mesurées pour le connecteur de la figure 3 monté sur une carte de circuit imprimé avec la piste telle que représentée sur la figure 18. Il s'agit d'un écran de l'analyseur de réseau vectoriel de TOS entre 83 MHz et 67 GHz. La mesure inclut l'addition vectorielle des discontinuités du connecteur à montage vertical de la figure 3, de la carte de circuit imprimé microruban (50 ohms) et d'un connecteur à 30 montage sur le bord avec une terminaison de 50 ohms. Le motif cyclique présentant des chutes importantes jusqu'à des valeurs proches de 1.00 est typique de deux discontinuités presque égales séparées par une longue ligne de transmission. Du fait de cette condition, la racine carrée des valeurs de crête indique les valeurs séparées des deux discontinuités. Par conséquent, la racine carrée de la crête 1,55 TOS devient la 20 U165899.FR.01 17 valeur maximale 1,24 pour le connecteur à montage vertical. La figure 27 montre des données mesurées pour le connecteur de la figure 3 monté sur une carte de circuit imprimé avec la piste telle que représentée sur la figure 18, mais sans le trou dans le plan de masse sous la broche centrale du connecteur. La crête de TOS monte à 2,84 avec une fréquence croissante. L'absence du trou ajoute une capacité parallèle et abaisse l'impédance de la ligne de transmission bien en dessous de 50 ohms, ce qui tend à rendre compte la valeur de TOS plus élevée.

L'homme de l'art conviendra que les séquences de processus décrites ci-dessus peuvent être réalisées de manière équivalente dans un ordre quelconque pour obtenir un résultat souhaité. De même, il est typiquement possible d'omettre des sous-processus si cela est souhaité sans pour autant s'écarter des fonctionnalités d'ensemble des processus décrits ci-dessus.15

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1. Un connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé comprenant : un conducteur central soutenu par un diélectrique solide, un conducteur externe et une bride pour le raccordement à une carte de circuit imprimé, la bride incluant sur un côté inférieur : une pluralité de pattes permettant le positionnement du connecteur coaxial sur la carte de circuit imprimé ; une première cavité dans une partie inférieure de la bride autour du conducteur central ; et une deuxième cavité ayant une largeur supérieure à une largeur de la première cavité, s'y raccordant sur un premier côté et ayant un deuxième côté contigu à un bord de la bride, les dimensions des diamètres de câble coaxial et de la cavité de la bride étant prédéterminées afin d'optimiser les performances micro-ondes jusqu'à 50 GHz. Le connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé de la revendication 1, comprenant en outre un premier patin d'alignement et un deuxième patin d'alignement pour permettre un alignement précis du conducteur central avec une piste de carte de circuit imprimé. Le connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé de la revendication 1 dans lequel les première et deuxième cavités ont une même hauteur. Le connecteur coaxial à montage vertical pour carte de circuit imprimé de la revendication 1 dans lequel les coins de la deuxième cavité sur le premier côté attenant à la première cavité sont arrondis. Un connecteur haute fréquence comprenant : une partie fixation de câble ; et une partie fixation de carte de circuit imprimé couplée à la partie fixation de câble comprenant : 10 15
2. 2. 20
3. 3. 25
4. 4. 305.U165899.FR.01 19 une bride ayant une cavité de hauteur uniforme découpée dans une surface inférieure de la bride et autour d'une zone dans laquelle une broche de conducteur central se prolonge à partir de la bride, la cavité s'élargissant en s'étendant à travers le bord de la bride. 6. Le connecteur haute fréquence de la revendication 5 comprenant en outre une pluralité de patins d'alignement sur la surface inférieure de la bride destinés à être utilisés pour maintenir un alignement précis du conducteur central sur une ligne de signal correspondante. 7. Le connecteur haute fréquence de la revendication 1 dans lequel la bride autour de la zone où la broche du conducteur central se prolonge à partir de la bride procure une mise à la masse à proximité de la broche du conducteur central. 8. Le connecteur haute fréquence de la revendication 1 comprenant en outre une pluralité de pattes de montage destinées à assurer la stabilité mécanique lors du montage du connecteur et fournissant une connexion de masse aux éléments de circuit couplés au connecteur. 9. Le connecteur haute fréquence de la revendication 1 dans lequel l'adaptation d'impédance à un circuit couplé au connecteur est assurée par la cavité. 10. Un procédé de réalisation d'un connecteur haute fréquence comprenant les opérations suivantes : former une partie fixation de câble ; former une partie bride s'étendant depuis la partie fixation de câble ; et former une bride comportant une cavité de hauteur uniforme découpée dans une surface inférieure de la bride.