HUP2200116A1 - Körpolarizált antenna csatoló szerkezet - Google Patents

Description

Kőplatóit antenna csatoló s^trtce^t

A találmány tárgya körpolartzáit antenna csatoló szerkazef mm hullámhosszúságú radarjelek kibocsátására és vételére A szerkezet tartalmaz egy többrétegű egységet amely agy vagy többrétegű namvezetö nyomtatott áramköri lapból, legalább egy a nyomtatott áramköri lap hordozórétegének egyik felületen elrendezett mikrohullámú fedőrétegből, és a fedőrétegen elrendezett áramvezető gegesztöszálból áll Továbbá tartalmaz csaöakezó területei. és a csatlakozó területhez iltesztetf ™ célszerűen vezatöképes anyagból készült vagy vezetóképes anyaggal bevont - antennát. A gerjesztőszál — a radarjelek átvezetése érdekében — a csatlakozó területen lévő fedőrétegen van elhelyezve. A nyomtatott áramköri lapban a csaffekozó területtel szemben mélyedés van kialakítva.

A mm hullámú szintmérés a szennyező fizet elv álltelánoson elfogadottá válása miatt nagy mértékben fejlődik az utóbbi években. A műszaki életben fontos áttörés történt, mart megjelentek 77-81 GHz-es sávú olcsó és rendkívül pontos szininteró radar chipek.

Ezen radar ohípsk segítségévei megfelelő antenna illesztő egység esetén készíthető el a tertályszintmérö radar. 77-81 GHZ-es sávú radarokat jellemző módon költséges egy vagy több rétegű kerámia vagy zafír hordozás vékonyréteg íntegréítáramkörök segítségévei valósították meg mostanáig. Ennek körkeresztmetozetű körpolerizáit tápvonalhoz íilesztese könnyű faiadat, a vékonyréteg integrált áramkör nagy méretpontossága okán.

Az US 1Ö616998 82 számú -amerikai, Illetve az EF3422Ő8181 számú európai szabadalom szerinti megoldás nyomtatott áramköri lapot ismertet radarszintmérő eszközhöz. A mikrohullámú jel egy mikrohullámú vezetőn, gerjesztőszálon keresztül egy antennába van csatolva. A nyomtatott áramköri lap felső rétegén található csatlakozási terület a mikrohullámú vezető/gerjesztcszál fogadására szolgál. A rezonátortiéj formáját fordítottan hozzák létre egy gyűrű aiakú kerütetí mélyedés kialakításával a nyomtatott áramkön lap hordozójának hátoldalán, amelynek falán elektromágnesesen visszavető bevonat van. A hátoldalon lévő gyűrű alakú perifériás mélyedés a mélyedés által körülvett résszel együtt rezonátort képez a bevezetett mikrohullámú jelek számára.

Ez a kiépítés nehezen gyártható kornpezit egyhordczós megoldás, amelyen a hangoló üreg is a nyomtatott áramköri lapra van integrálva, de nem feszített és merev a nyomtatott áramköri lap. A megoldás, méretpontosságra Igen érzékeny. A nyomtatott áramköri lap a nedvességet magába szíyfe. ami az eszköz elhangzását okozza. A nyomtatott áramköri lap gerjesztöszáí alatti rétegének kerámiával való pótlása költséges és bonyolult megoldás lenne. .A műgyantával való merevítőé azon tel, hogy bonyolult megmunkálást igényel, számítani keli arra, hogy a műgyanta is felvesz nedvességet, ami méretpontosságot és adott esetben a nyomtatott áramköri lapot is deformálhatja.

Az US2019/0063983 számú amerikai szabadalmi leírásban vázolt antenna csatold megoldás nyomtatott áramköri lapra felszerelt antenna chip csatoló művet alkalmaz, ami csak drága kerámia vagy zafír hordozóval valósítható meg. Megtámasztó ragasztása és forrasztása költséges. Ez a megoldás mdsrszintmém eszköz alkalmazására vonatkozik.

Az US7752911 B2 számú amerikai szabadalmi leírás antenna csatoló megoldás. Olyan szintmérö radar, amely tartályok tólíöttségl szintjének meghatározására alkalmas. A radar tartalmaz egy antennát az elektromágneses hullámok sugárzására és/vagy vételére Egy jeltovábbító eszközt az elektromágneses hullámok antennához való vezetésére. A jeltovábbító eszköz tartalmaz egy antennáb'gerjesztőszálat az elektromágneses hullámok továbbítására az antenna és egy tápvezeték között. A jeltovábbító eszköz tartalmaz egy antenna csomópontot az elektromágneses hullámok leválasztására az antennába. Az antenna csatlakozás a kővetkezőket tartalmazza: nyomtatott áramköri lep, ahol a nyomtatott áramköri lap tartalmaz egy első réteget, egy második réteget és a tápvezetéket -az alsó oldalon vagy a második rétegen belül az elektromágneses hullámok továbbítására. Egy leválasztó egységet, amely tartalmaz egy csatoló elemet és egy rezonanciateret az elektromágneses hullámok antennára való továbbítására. A rezonanciatér bemélyedésként van integrálva az első rétegbe. Az első és második réteg szigetelőanyagot tartalmaz. Az első réteg alsó oldalán fémréteg van kialakítva egy harmadik réteg termájában, amely fémréteg a tápellátás földpotenciálja és a fáié antennaként viselkedik a rezonanoíaterben. A fémréteg az első réteg és a második réteg között van elrendezve. A második réteg az első réteg alatt van elrendezve úgy, hogy lefedi a rezonanciateret.

Ebben az amerikai szabadalmi leírásban vázolt antenna csatoló megoldás nyomtatott áramköri lapra integrált olyan hordozó hátlapot ír le, ami nehezen gyártható kompozit egyhordezós megoldás, amelyen a hangoló üreg is a nyomtatott áramköri lapra Integrált, de nem feszített. A megoldás méretpontosságra igen érzékeny. Gyártása költséges.

Az US$212942 számú amerikai találmány tárgya olyan antenna csatolás, amely nagyfrekvenciás modulból származó elektromágneses jelnek egy antennába való csatolására szolgál. Az antenna csatolás tartalmaz: egy sík sugárzó elemet, amely egy áramköri lapon van elrendezve, és a jel kibocsátására van kialakítva; egy házat, amely tartalmaz egy hátsó falat és egy, a hátsó falon keresztül vezető antennát, ahol az antenna égy van kialakilva, hogy a kibocsátott jelet az antenna kezdőtartománya által meghatározott térfogatból továbbítsa az antenna fő tartománya által meghatározott térfogat mentén; és az antennában elhelyezett dlstekfromos tömítöelemef. A sik sugárzó etem a következők egyilra tehet: (a) a kezdő tartományban vagy (b) közvetlenül a kiindulási tartomány előtt van elrendezve. A kiindulási tartomány bsiső átmérője agy átmeneti tartományban azonos a fő tartomány belső átmérőjével, és a sík sugárzó elem telő növekvő. Az áramkört kártya a házhoz van rögzítve úgy, hegy lezárja a házat. Az áramköri lap, a ház, az antenna és a dietektromos tőmi'töetem egy belső üreget képez a házon belül, amelyet az áramköri lap és a dlelektromos tömítőelem gáztömören elzár a környezettől.

Ebben a dokumentumban ismertetett antenna csatoló megoldás nyomtatott áramköri lapra felszerelt csatoló müvet alkalmaz, ami elsősorban vékonyréteg hordozó rögzítésére alkalmas k-alakífás. Ennél a megoldásnál az antennát az ismert megoldásokhoz hasonlóan illesztik a nyomtatott áramköri laphoz, a megoldásunkban ismertetett kiviteli alaktól eltérően.

Az US74988P6 82 számú amerikai szabadalmi leírás nagyfrekvenciás elektromos antenna berendezést ismertei egy keskeny csíkból kialakított áramvezatőhöz való csatolásra. A berendezés a következőket tartalmazza:

agy általában hengeres falú antennát; egy nyomtatott áramköri lapot, amelynek egyik oldalán egy főldpotenctelon tevő áramvezető lap van, másik eldalán pedig egy keskeny csíkból kialakított áramvezető, amely egy pöttyben végződik. A pötty az antennával rezonál, amely előre meghatározott nagy rádiófrekvenciás sávszélességű jeleket továbbit a berendezésben. Az antenna vége merőlegesen kapcsolódik az öt körülvevő hordozóhoz, és lényegében a pötty a berendezés középpontjában van. Továbbá van egy nyílása a nyomtatott áramkön lap mellett, amelyen keresztül az áramvazető átnyúlik az antenna falán.· Több párhuzamos vezetőt tartalmaz az antenna tálához iktatva. így az antenna elektromosan van csatlakoztatva a földpotencláten lévő áramvezető laphoz. A fóldpotenriálon lévő áramvezető lap lényegében a nyomtatott áramkön lap teljes területére kiterjed. Ebben az US74988Ü6 B2 számú amerikai szabadalmi leírásban vázolt antenna csatoló megoldás nyomta tett áramköri lapra integrált hordozó hátlapot ir le, ami nehezen gyártható kompozit egyhordozós megoldás. A hangoló drag is a nyomtatott áramkön lapba van integrálva, de nem feszített a hangoló üreg végét lezáró nyomtatott áramkön lap, A megoldás méretpontosságra igen érzékeny, Nem alkalmas mm hullámú áramkörtechnikához, meri érzékeny a hordozó vetemedésére, ami tekintettel annak nedvszívó tulajdonságára, elkerülhetetlen.

A fentiekben ismertetett megoldásuk, és a gyakorlatban alkalmazott megoldások hátránya, hogy azok jelentős részét nagy stabilitású vékonyréteg áramkörökhöz fejlesztették ki, illetve a laminált mikrohullámú műanyag réteges változatok nem alkalmasak a 77-öf GHZ-es frekwoeláfe, mm hullámhosszúságú alkalmazásra, mert kicsi a gyártási pontossága és az illesztő üreget, a méret szórása nagy mértékben befolyásolja (elhangolási perturbációja nagy). Ugyanakkor, a műanyag hordozó vetemedése miatti méretpontosság szintén elhangolja az illesztő üreget.

A szabadalom szerinti megoldás kidolgozásával célkitűzésűnk egy olyan mm hulláma tartományban működő antenna csatoló eszköz megalkotása volt, amely olcsó laminált mikrohullámú műanyag hordozó esetén lehetővé feszi a reprodukálható tömeggyártást.

Az innovációs folyamat során felismertük, hogy a költséges vékonyréteg integrált áramkör miként helyettesíthető olcsó ipari integrált áramkörrel és laminált mikrohullámú műanyag hordozóval speciális kfeiskítás esetén. Ahhoz, hogy a vékonyréteg hordozó áramkörhöz képest - különösen több réteg esetén - kisebb méret pontosságú laminált műanyag mikrohullámú hordozóról a felet reprodukálható módon be tudjuk csatolni a kör keresztmetszetű körpelarizált antennába., a femkfeit műanyag hordozót úgy keli kialakítani, hogy annak csatoló része hártya vékonyságú legyen, mivel ekkor az Illesztő üreget annak méret szórása csak igen kis mértékben befolyásolja (elhangolási perturbációja minimális). Ugyanakkor, a műanyag hordozó vetemedése miatti méret pontosságot megnöveljük mindkét aidalröl körkörösen rögzítve, dobszerű módon feszítve a hártya vékonyságú csatoló részt

A találmányunk tehát körpolartzált antenna csatoló szerkezet rom hullámhosszúságú radarjelek kibocsátására és vételére A szerkezet tartalmaz egy többrétegű egységet, amely egy vagy többrétegű nemvezető nyomtatott áramköri lapból, legalább egy a nyomtatott áramkört lap hordozórétegének egyik felületén elrendezett mikrohullámú fedőrétegből, és a fedőrétegen elrendezett éramvezető gerjesztőszálból áll. Továbbá tartalmaz csatlakozó tertifetet, és a csatlakozó területhez illesztett - célszerűen vezetöképes anyagból készült vagy vezetőképes anyaggal bevont - antennát. A gegesztőszál ...... a radarjelek átvezetése érdekében — a csatlakozó területén lévő fedőrétegen van elhelyezve. A nyomtatott áramkört lapban a csatlakozó területtel szemben mélyedés van kialakítva. A fedőréteg a mélyedés keresztmetszetét meghaladó méretű, és célszerűen 0,1 ~ 0,4 mm közötti vastagságú. A fedőréteg a mélyedés feleit hártyát képezően van megfeszítve. A többrétegű egység fémből vagy fémmel bevont anyagból kialakított felső szorító elem és fémből vagy fémmel bevont anyagból kialakított alsó szorító elem közé van szorítva. A felső szorító elemben az antenna gerjesztéséhez szükséges rezonátorüreg, az alsó szorító elemben a hullámhossznak megfelelő mikrohullámú csatorna van kiképezve. A gerjesztőszál felöli szorító elemben a gerjesztöszál keresztmetszetét meghaladó keresztmetszetű horony van kialakítva a gegesztőszál hossza mentén. A felső szorító elem és az asö szorító elem áramátvezetést biztosító módon van egymáshoz szorítva.

A találmányunk néhány előnyős kialakítását a függő igénypontok ismertetik.

A szabadalom szerinti antenna csatoló szerkezetet a rajzok ntepján ismertetjük:

Az. 1. ábra az. antenna eseteié szerkezet 3. ábra szemű kiviteli alakjának „F részletét ábrázolja, részben metszetben.

A 2. ébre a 3. ábra, szerinti antenna csatoló szerkezet robbantott ábrája.

A 3. ábra az. antenna csatoló szerkezet .egy lehetséges kiviteli alakjának oldalnézete, részben metszetben, ahol az alsó szorító elem maga az antenna is.

A 4. ábra az. antenna csatoló szerkezet 6. ábra szerinti kivitel! alakjának JV* részletét ábrázolja, részben metszetben.

Az 5. ábra a 6. ábra szerinti antenna csatoló szerkezet robbantott ábrája.

A 6. ábra az antenna csatoló szerkezet egy másik lehetséges kiviteli alakjának oldalnézett részlete, részben metszetben, ahol az alsó szorító elem és az antenna különálló munkadarab.

A körpoterizáit 20 antenna csatoló szerkezet mm hullámhosszúságú radarjelek kibocsátására és vételére szolgál (3., 8. ábra). A 20 antenna csatoló szerkezet tartalmaz egy 22 többrétegű egységet, amely egy vagy többrétegű nemvezető 6 nyomtatott áramköri lapból, legalább egy a 6 nyomtatott áramköri lap hordozórétegének a 15 egyik felületén elrendezett mikrohullámú 1 fedőrétegből, és az 1 fedőrétegen elrendezett áramvezetö 12 gerjesztőszálböl éli (1,, 2„ δ. és n. ábra), A S nyomtatott áramköri lapban ki van alakítva a 19 mélyedés, amely meghatározza a 16 csatlakozó területet (1„ 2., 4, és δ. ábra). Tartalmaz továbbá a 16 csatlakozó területhez illesztett ~ célszerűen vezetőképes anyagból készült vagy vezetőképes anyaggal bevont -- 3 antennát (1 - 3. ábra). A 6 nyomtatott áramköri lap 3 antenna felöli 15 egyik felülete az 1 fedőréteggel van lezárva (1 - 6. ábra). A 22 többrétegű egység fordítva is elhelyezhető a 4, 5 szorítóetemek között, úgy, hogy az 1 fedőréteg és a 12 gerjesztőszál az 5 felső szorító elem alá kerüljön. Ebben az esetben a 11 hornyot az 5 felső szorító elemben képezzük ki, és a 13 rezonátoröraget mélyebbre képezzük ki az δ felső szorító· elemben. Továbbá a 9 rugalmas tömítést például szigetelő ,0* gyűrni is a 4 alsó szorító elem és a 5 nyomtatod áramköri lap közé helyezzük.. Ehhez nyilvánvalóan a 4 alsó szorító elem 3 rögzitőelemhez való csatlakozó vállalt szélesebbre válasznak. Ezt a kiviteli alakot egyértelműsége okán nem ábrázoltuk. Az i fedőréteg a 19 mélyedés keresztmetszetét meghaladó méretű, célszerűen 0,1 -- 6.4 mm közötti vastagságú és a 6 nyomtatott áramköri lapra van laminálva. A 6 nyomtatott áramköri lap FR4 típusú egy vagy többrétegű lemez.. Az 1 fedőréteggel ellátott F$4-es, vagy hasonló tulajdonságú 6 nyomtatott áramköri lap a kereskedelmi forgalomban beszerezhető. A 12 gerjesztőszál -- a radarjelek átvezetése érdekében — az 1 fedőrétegen van elhelyezve. Az 1 fedőréteg a 19 mélyedés felett hártyát képezően van megfeszítve úgy. hogy a 22 többrétegű egység a 5 felső szorító elem és a 4 alsó szorító elem közé van szorítva, A 18 rezonátor üreg és a 17 csatorna célszerűen vexetöképes felülettel rendelkező, de nem mágnesezhető anyagból van kialakítva. Ezen felül a 4 alsó szorító elem és az 5 felső szorító etem a Ü rugalmas tömítés segítségével a 6 nyomtatott áramköri lap megfelelő pozícióban való rögzítését és a hártya tűlfesz'itésének gátlását Is szolgálja, és a 6 nyomtatott áramköri lap 1 fedőréteggel ellentétes oldalára van illesztve. Az 1 fedőréteg dobszerű megfeszítését az ő felső szőréé elem és a 4 alsó szorító elem egymáshoz szorítása biziosíija (1., 4. ébre)· Ezt a - célszerűen áremvezető tulajdonságű - 8 rögzrföelemekkeí érjük el. A 8 rögzítőelemek célszerűen belső kulcsnyilású csavarok. Az 1 fedőréteg mérete legalább a 4. 5 szorítóelemeken felnyúló (δ. ábra), de akar a 6 nyomtatott áramköri lap teljes 1ő egyik felületéi befedő (2. ábra) méretű Is lehet.

Az 8 felső szorító elemben a 3 antenna 23 csatlakozó végének keresztmetszatévei megegyező keresztmetszetű 18 rezonátorüreg, a 4 alsó szorító elemben a 3 antenna keresztmetszetével megegyező keresztmetszetű mikrohullámú 17 csatorna van kiképezve (1., 3., 4 és Ő. ábra). Adott esetben maga a 3 antenna lehet a 4 első szorító elem (3. ábra) A 4 alsó szorító elem 13 gerjesztószál felöli felületében a 12 gerjesztőszál keresztmetszetét meghaladó keresztmetszetű 11 horony van kialakítva a 12 gegesztószái hossza mentén (2. és S. ábra). A 3 antenna a 4 alsó szorító elemben kialakítóit 17 csatornához van iktatva, A IS csatlakozó terület, a 18 rezonátorüreg és a mikrohullámú 17 csatorna keresztmetszete kör vagy sokszög alakú. Az ö felső szorító elem és a 4 alsó szorító elem anyaga célszerűen nem mágnesezhető fém, vagy nem mágnesezhető anyaggal bevont megfelelő anyag, például műanyag, vagy vezetőképes műanyag.

A 8. ábrán látható egyik lehetséges kialakítás esetében a 3 antenna nem a 4 alsó szorító elem részeként van kialakítva, hanem külön elemként van a 20 antenna csattoló szerkezethez rögzítve.

A találmányunk szerinti tartályszintmérésre alkalmas 20 antenna csatoló szerkezei a már ismert módon illeszthető a 12 gerjesztöszálon keresztül a radar chipekhez, kétirányú jelvezetést biztosítva. A mérés a radar chípekből a 12 gerjesztőszálra kibocsátott, illetve a 12 gerjesztő szálon keresztül fogadott jelek központi feldolgozó egységbe továbbításával végezhető el. Tekintettel ama, hogy a 20 antenna csatoló szerkezet alkalmazása szakember kőteles tudása, ennek részletesebb ismertetése szükségtelen.

Megoldásunk ismertetésének részletessége egyúttal kiviteli példaként is szolgál Megfelelő tájékoztatást ad szakember számára a teláimányunk szerinti megoldás megvalósításához.

A találmányunk előnyei más mm hullámú körpolaözáit antenna csatoló szerkezettel szemben, ami drága zafír vagy kerámia hordozás vékonyréteg hordozóval van kivitelezve, hogy a találmányunk szerinti megoldásban egyszerűen kőltséghatékonyan tömeggyártható mikrohullámú laminált műanyag hordozóval valósítjuk meg a csatoló szerkezetet. A műszaki megoldás elviseli a vékony hártya tág méret szórását, mert a vékony hártyaréteg kevésbé hangolja el az illesztő rezonátorüreget, mint a korábban alkalmazott megoldások. A kialakításunk jót tolerálja a mikrohullámú laminált műanyag hordozó vetemedést tulajdonságsít mert jobban megfeszíti hártyát. A megfelelő feszességet a találmányunk szerinti alsó ás felső szorító elemek alkalmazása biztosítja. Továbbá a rezonátorűreg falát nem kell egyéb vezetömteggei eiiáir-k mert a felső sxori'tóelem fala biztosítja a megfelelő árnyékolást.

Claims (7)

Szabadalmi .igénypontok

1. Körpotemteit antenna csatold szerkezet (20) mm hullámhosszúságú radagelek kibocsátására és vételére, amely tartalmaz egy többrétegű egységet (22)_: amely egy vagy többrétegű nemvezető nyomtatott áramköri lapból (6), legalább agy a nyomtatott áramköri lap (6) hordazómtegértek egyik felületén (IS) elrendezett . mikrohullámú fedőrétegből (1), és a fedőrétegen (1) elrendezett ámmvezetö gerjesztőszálbóí (12) áll, továbbá tartalmaz csatlakozó területet (16), és a csatlakozó területhez (18) illesztett - célszerűen vszetöképes anyagból készült vagy vezetőképes any aggal bevont - antennát (3), továbbá a gerjesztöszái (12)......a radarjelek átvezetése érdekében — a csatlakozó területen (16) lévő fedőrétegen (1) van elhelyezve., a nyomtatott áramköri lapban (6) a mikrohullámú csatornával (17) szemben mélyedés (19) van kialakítva. azzal Jellemezve, hogy a fedőréteg (1) a mélyedés (10) kamsztmetssetet meghaladó méretű, és célszerűen 0,1 0,4 mm közötti vastagságú, és a mélyedés (19) felett hártyát képezően van megfeszítve azzal, hogy a többrétegű egység (22) fémből vagy fémmel bevont anyagdöí kialakított felső szorító elem (5) és célszerűen fémből vagy fémmel bevont anyagból kialakított alsó szorító elem (4) közé van szorítva, továbbá a felső szorító elemben (ő) a gerjesztéséhez szükséges rezonátorüreg (18), az alsó szorító elemben (4) a hullámhossznak megfelelő mikrohullámú csatorna (17) van kiképezve, továbbá a gegesztőszál (12) felöli szoritó elemben (4, 5) a gerjesztőszál (12) keresztmetszetét meghaladó keresztmetszetű horony (11) van kialakítva a gerjesztőszál (12) hossza mentén, továbbá a felső szorító elem (5) és az alsó szorító elem (4) áramátvezetést biztosító módon van egymáshoz szorítva.

2. Az 1. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a felső szorító elem (ő) rugalmas tömítéssel (2) van ellátva.

3. A1. vagy 2. igénypont szarinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a mikrohullámú fedőréteg (1) egy FR4 típusú nyomtatott áramköri lap (8) egyik teljes féiütetére van laminálva.

4. Az 1. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a rezonátorüreg (18) és a mikrohullámú csatorna (17) belső keresztmetszete kör alakúra van kialakítva.

5. Az 1. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a rezonátorúreg (18) és a mikrohullámú csatorna (17) belső keresztmetszete sokszög alakú.

ő.

Az 1. - S. igénypont szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a gerjesztőszál (12) felöli szorító elemben (4, 5) a gagesztöszfe (12) hossza mentén lévő horony (11) kúpos vagy lépcsős kialakítású.

7. Az 1 — S. igénypontok bármelyike szerinti szerkezet, azzal jellemezve, hogy a felső szorító elem ($) és/vagy az. alsó szorító elem (4) fémből vagy fémmel bevont anyagból vagy vezetőképes műanyagból van klaiskiteo.