ITRM950139A1

ITRM950139A1 - Linea di trasmissione e procedimento per la sua progettazione.

Info

Publication number: ITRM950139A1
Application number: IT95RM000139A
Authority: IT
Inventors: Louis J Vannatta; James P Phillips
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-08
Also published as: BR9505653A; DE19580382C1; ES2120353B1; CA2160257A1; ITRM950139A0; GB2292017A; ZA951145B; JPH08510624A; SE9503988L; SG90010A1; SE9503988D0; SE507144C2; GB9522031D0; US5539360A; FR2717326A1; FI955064A0; FR2717326B1; CN1124539A; GB2292017B; TW263620B

Abstract

Una linea di trasmissione presenta una sezione retta limitata, una conformazione geometrica della linea di trasmissione ed una perfezionata tolleranza all'impedenza caratteristica. La conformazione geometrica della linea di trasmissione utilizza una particolare combinazione di accoppiamento sul lato largo e di accoppiamento complanare con una piastra di riflessione, allo scopo di migliorare la tolleranza dell'impedenza caratteristica. In primo luogo, un interspazio complanare più esteso viene usato per ridurre l'errore di corrosione chimica. In secondo luogo, le sensibilità dello spessore del dielettrico interno sono anche state ridotte basandosi sull'accoppiamento sul lato largo e sull'accoppiamento complanare per determinare l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione. In terzo luogo, l'effetto dell'errore di registro nell'accoppiamento sul lato largo viene eliminato rendendo i due conduttori portanti i segnali sullo stesso strato.

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione, avente per titolo:

"Linea di trasmissione e procedimento per la sua pro gettazione"

In generale, la presente invenzione si riferi sce alle linee di trasmissione e, in modo più specifico, alle linee di trasmissione bilanciate aventi una piccola sezione retta ed ai procedimenti per la loro progettazione.

In generale, le linee di trasmissione bilanciate sono usate per trasmettere in maniera differe£ ziale segnali a radio frequenza (RF) fra due circuiti. Una linea di trasmissione elettrica e magnetica trasversale (TEM) tradizionalmente contiene almeno due conduttori per trasmettere il segnale a radio frequenza. Le geometrie dei due conduttori e l'impie go di un materiale dielettrico determinano l'impeden za caratteristica e la qualità della linea di trasmissione. Nel passato, conformazioni geometriche come per esempio quella di una linea di trasmissione con accoppiamento sul lato largo, illustrata nella Figura 1, quella di una linea di trasmissione compia nare, illustrata nella Figura 2, e quella di una linea di trasmissione a microstriscia, illustrata nella Fiigura 3, sono state usate per particolari ap plicazioni, in qualità dì linee di trasmissione. Tut tavia, quando si tenta di usare queste particolari conformazioni geometriche in una linea di trasmissio ne avente una limitata sezione retta, queste tradizionali conformazioni geometriche, illustrate nelle Figure 1-3, non sono riuscite a fornire una linea di trasmissione avente una impedenza caratteristica entro un intervallo desiderato. La sezione retta si r£ ferisce all'altezza ed alla larghezza della conforrna zione geometrica della linea di trasmissione. Queste tre conformazioni geometriche non riescono ad avere una impedenza caratteristica tollerante a causa delle variazioni di fabbricazione della corrosione chimica per le configurazioni dei conduttori, per il re gistro delle configurazioni dei conduttori e per lo spessore del laminato dielettrico. Inoltre, la linea di trasmissione a microstriscia è una linea di trasmissione sbilanciata. Perciò, sarebbe vantaggioso fornire una linea di trasmissione avente una limi tata sezione retta, con una impedenza caratteristica nell’intervallo desiderato, e che sia facilmente fab bricabile.

Breve descrizione dei Disegni

La Figura 1 è una illustrazione della conformazione geometrica di una linea di trasmissione sul lato largo che è ottenuta secondo la tecnica precedente ,

la Figura 2 è una illustrazione della conformazione geometrica di una linea di trasmissione complanare che è realizzata secondo la tecnica preceden te ,

la Figura 3 è una illustrazione della conformazione geometrica di una linea di trasmissione a mi_ crostriscia che è realizzata secondo la tecnica precedente ,

la Figura 4 è una illustrazione dei piani di simmetria usati in conformità con la presente invenzione,

la Figura 5 è una illustrazione di una linea di trasmissione in conformità con la presente invenzione,

la Figura 6 rappresenta una illustrazione in vista prospettica della linea di trasmissione della Figura 5 in conformità con la presente invenzione, la Figura 7 è una Illustrazione di una tabella che riporta le tolleranze misurate della conforma zione geometrica di una linea di trasmissione In con formiti con la presente invenzione,

la Figura 8 è una illustrazione di due tabelle che espongono le tolleranze misurate da una conformazione geometrica di una linea di trasmissione secondo la tecnica precedente.

Descrizione di una preferita forma di realizzazione Una preferita forma di realizzazione della presente invenzione comprende una conformazione geometrica della linea di trasmissione avente una perfe zionata tolleranza dell'impedenza caratteristica per una linea di trasmissione avente una sezione retta limitata. La conformazione geometrica della linea di trasmissione utilizza una univoca combinazione di accoppiamento sul lato esteso e di accoppiamento complanare con una piastra di un riflettore allo scopo di perfezionare la tolleranza dell'impedenza carattjì ristica. In primo luogo, un interspazio complanare più largo viene usato per ridurre l'errore di "etching". In secondo luogo, le sensibilità dello spessore del dielettrico interno sono state anche ri_ dotte basandosi sull'accoppiamento a lato largo e sull'accoppiamento complanare per determinare l'imp£ denza caratteri stica della linea di trasmissione. In terzo luogo, l'effetto dell'errore di registro nello accoppiamento sul lato largo viene eliminato rendendo i due conduttori che portano i segnali sullo stes so strato.

Una conformazione geometrica di linea di trasmissione con accoppiamento sul lato largo, come quella illustrata nella Figura 1, presenta una impedenza caratteristica che è sensibile allo spessore del materiale dielettrico fra il primo conduttore 101 ed il secondo conduttore 103, lo sfalsamento di registro fra il primo conduttore 101 ed il secondo conduttore 103, e la larghezza del primo conduttore 101 e del secondo conduttore 103. La tabella 801 del la Figura 8 illustra la tolleranza della conformazio ne geometrica della linea di trasmissione sul lato largo nei confronti delle inaccuratezze della corrosione chimica o "etching" ovvero della larghezza del la linea e del dielettrico per una linea di trasmissione da 50 ohm, avente una desiderata larghezza del conduttore di 0,39 millimetri ed uno spessore del dielettrico di 0,125 millimetri. Come si può vedere dalla tabella 801, la conformazione geometrica della linea di trasmissione sul lato largo varia approssimativamente dal -24,5% al 27% a causa delle variabi lità. La tabella 803 della Figura 8 illustra la rela zione della tolleranza della conformazione geometrica della linea di trasmissione con accoppiamento sul lato largo alle fluttuazioni nella larghezza dei con duttori ed al registro di sfalsamento fra il primo conduttore 101 ed il secondo conduttore 103. Come si può vedere dalla tabella 803, la conformazione geome trica della linea di trasmissione sul lato largo varia fra -8Ϊ e 17Ϊ per il dato sfalsamento di registro.

La conformazione geometrica della linea di trasmissione con accoppiamento complanare come illustrata nella Figura 2 manca di fornire una linea di trasmissione di 50 ohm quando il criterio di progettazione richiede una larghezza complessiva della linea di trasmissione inferiore a 1,6 millimetri. La ragione di questa inefficienza è che una linea di trasmissione da 50 ohm avente un conduttore con una larghezza di 1,6 millimetri richiede un interspazio complanare di 0,025 millimetri. Un interspazio di questa larghezza è difficile da fabbricare con la tecnologia attualmente diisponibìle per la presente data applicazione. L'interspazio complanare è illustrato nella Figura 2 come la distanza fra il primo conduttore 201 ed il secondo conduttore 203 ed è con trassegnato con Y nella Figura 2.

Allo scopo di superare gli inconvenienti delle conformazioni geometriche delle linee di trasmissione esistenti, è stata inventata una nuova conformazione geometrica dii linea di trasmissione che utilizza le caratteristiche ricavate sia dalla conformazione geometrica delia linea di trasmissione con accoppiamento sul lato largo sia dalla conformazione geometrica della linea di trasmissione con accoppiamento complanare. La parte 1 della Figura 4 è una illustrazione del piano di simmetria dalla conformazione geometrica della linea di trasmissione complanare che è stato adottato dalla nuova conforma, zione geometrica della linea di trasmissione. La par te 2 della Figura 4 è una illustrazione del piano di simmetria ricavato dalla conformazione geometrica della linea di trasmissione sul lato largo il quale è stato adottato dalla nuova conformazione geometrica della linea di trasmissione.

La Figura 5 è una illustrazione della conformazione geometrica di una linea di trasmissione 500 in conformità con la presente invenzione. La conformazione geometrica della linea di trasmissione 500 comprende un primo conduttore 501, un secondo condut tore 503 ed un terzo conduttore 505. Il primo condut tore 501 ed il secondo conduttore 503 sono accoppiati con accoppiamento di bordo come in una tradizione le conformazione geometrica complanare, come rappresentato dai condensatorii 507 nella Figura 5. In aggiunta, il primo conduttore 501 ed il secondo condut tore 503 sono accoppiati con accoppiamento sul lato largo utilizzando il terzo conduttore 505 in qualità di riflettore a piastra, come illustrato dai condensatori 509 rappresentati nella Figura 5. L'altezza effettiva sul lato largo è uguale al doppio della di stanza fra il terzo conduttore 505 ed un piano fonna to sul primo conduttore 501 e sul secondo conduttore 503. Nella preferita forma di realizzazione, il primo conduttore 501 ed il secondo conduttore 503 sono usati per portare segnali a radio frequenza fra un ricevitore radio ed una antenna. Il terzo conduttore 505 è un conduttore fluttuante usato per contenere i campi elettrici fra il primo conduttore 501 ed il secondo conduttore 503, riflettendo così una immagine dei conduttori 501 e 503. Spesso, al terzo conduttore viene fatto riferimento come riflettore a piastra o piastra di riflessione. Tipicamente, lo spazio fra il terzo conduttore 505 ed il piano del primo conduttore 501 e del secondo conduttore 505 viene riempito con un materiale dielettrico. Alternativamente, tale spazio può essere lasciato vuoto. Nella preferita forma di realizzazione, il materiale dielettrico è un materiale per pannelli circuitali fles sibili, a cui viene fatto comunemente riferimento co me flex, avente una costante dielettrica E r uguale a 3,4.

Inoltre, il terzo conduttore 505 contiene nel senso della sua lunghezza delle discontinuità periodiche per sopprimere gli eventuali modi di trasmissione indesiderabili, per esempio il modo elettrico trasversale (TE), il modo magnetico trasversale (TM) oppure il modo elettromagnetico trasversale (TEM). Le discontinuità periodiche vengono realizzate mediante interruzione del terzo conduttore nel senso della sua lunghezza. La distanza elettrica fra le discontinuità periodiche dovrebbe essere inferiore ad un quarto della lunghezza d'onda della frequenza massima che deve essere trasmessa sulla linea di trasmissione 500. Nella preferita forma di realizzazione, le discontinuità periodiche si verificano ogni decimo della lunghezza d'onda della massima frequenza trasmessa sulla linea di trasmissione. La mas sima frequenza trasmessa è di 1,5 Gigahertz (GHz).

La Figura 7 rappresenta una tabella che illustra i risultati della nuova conformazione geometrica della linea di trasmissione per varie tolleranze per una linea di trasmissione da 50 ohm. Per le date tolleranze, l'impedenza caratteristica varia fra -15,2 e 17,2%, in confronto con la tolleranza sul lato largo che varia fra -24,5% e 27%. Perciò, la nuova conformazione di linea di trasmissione consente la progettazione di. una linea di trasmissione maggiormente tollerante nei confronti degli errori, per piccole sezioni rette.

Allo scopo di progettare una linea di trasmissione applicando questa conformazione geometrica, dovrebbe essere seguito il seguente procedimento. In primo luogo, si determina una desiderata sezione retta fisica della linea di trasmissione, con inclusione sia dell'altezza sia della larghezza della linea di: trasmissione. Nella preferita forma di realizzazione, l'altezza complessiva non potrebbe superare 0,311 millimetri, il dielettrico interno era limitato a 0,100 millimetri e la larghezza della linea di trasmissione non poteva superare 1,6 millimetri. In secondo luogo, si determina la desiiderata impedenza caratteristica della linea di trasmissione, Zod. Nella preferita forma di realizzazione, la desiderata impedenza caratteristica Zod è uguale a 50 ohm. In terzo luogo, si determina la frequenza massi ma di trasmissione che deve essere usata sulla linea di trasmissione e la sua corrispondente lunghezza d'onda nella linea di trasmissione. Nella preferita forma di realizzazione, la massima desiderata fre quenza di trasmissione è di 1,5 GHz, che presenta una corrispondente lunghezza d'onda nella linea di trasmissione uguale a 110 millimetri. In quarto luogo, si sceglie un interspazio complanare Y fra il primo conduttore 501 ed il secondo conduttore 503. L'interspazio complanare dovrebbe essere scelto in modo tale da essere il più piccolo purché sia conve niente, date le attuali tecnologie di fabbricazione. L'interspazio complanare dovrebbe generare una impedenza caratteristica complanare Zoc che sia superiore all'impedenza caratteristica desiderata Zod. Nella preferita forma di realizzazione, l'interspazio complanare Y è stato scelto in modo da essere uguale a 0,25 millimetri. Utilizzando l'interspazio complanare Y e la larghezza complessiva della linea di trasmissione, si calcola la larghezza uguale massima del primo conduttore 501 e la stessa larghezza uguale massima per il secondo conduttore 503. Nella preferita forma di realizzazione, la larghezza del primo conduttore 501 e la larghezza del secondo conduttore 503 sono uguali a 0,55 millimetri. In quinto luogo, si calcola l'altezza sul lato largo fra il primo conduttore 501 ed il secondo conduttore 503 in modo tale da soddisfare la seguente equazione:

Questa equazione rappresenta una stima approssimata dell'impedenza effettiva della risultante linea di trasmissione. Nella preferita forma di realizzazione, l'altezza sul lato largo è uguale a 0,200 millimetri. In sesto luogo, si imposta'la distanza fra il terzo conduttore 505 ed il piano del primo conduttore 501 ed il secondo conduttore 503 uguale ad una metà dell'altezza calcolata sul lato largo. In settimo luogo, si costruisce la conformazione geometrica calcolata e quindi si regola finemente le dimensioni in modo da realizzare la desiderata impedenza caratteristica. Molto probabilmente, la stima, come risultato della soluzione della sopra esposta equazione, fornirà una impedenza caratteristica inferiore all'impedenza caratteristica desiderata Zod. Priima di fabbricare la conformazione geometrica calcolato, una accurata modellazione può essere effettuata impiegando uno stimolatore di struttura ad alta frequenza, per esempio un simulatore di struttura ad alta frequenza 85180A reperibile presso la Hewlett Packard. Come operazione facoltativa, si possono progettare delle discontinuiità perio diche nel senso della lunghezza del terzo conduttore 505. Queste discontinuità periodiche o rotture nel terzo conduttore 505 dovrebbero essere distanziate per meno di un quarto della lunghezza d'onda della massima frequenza che deve essere trasmessa lungo la linea di trasmissione 500. Nella preferita forma di realizzazione, le discontinuità periodiche erano distanziate di un decimo di una lunghezza d'onda della frequenza massima da trasmettere attraverso la linea di trasmissione 500 (20 IMI) . Come interruzioni, esse possono essere chiaramente osservabili nella Figura 6 che è una vista in prospettiva della linea di trasmissione della Figura 5.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Linea di trasmissione per trasmettere un segnale desiderato avente una frequenza massima, la frequenza massima avendo una prima lunghezza d'onda, la linea di trasmissione essendo caratterizzata da: un primo conduttore (501) avente una prima predeterminata larghezza e disposta entro un primo piano ; un secondo conduttore (503) sostanzialmente parallelo al primo conduttore e complanare e separato rispetto al primo conduttore ed avente una seconda predeterminata larghezza; e un terzo conduttore (505) sollevato dal primo piano, sostanzialmente parallelo al primo piano, tale terzo conduttore avendo una terza predeterminata larghezza e lunghezza, ed avendo delle discontinuità nel senso della lunghezza ad una predeterminata distanza molto inferiore ad 1/4 della lunghezza d'onda della massima frequenza.
2. Linea di trasmissione secondo la rivendica zione 1, in cui la terza predeterminata larghezza è superiore alla somma della prima predeterminata larghezza e della seconda predeterminata larghezza.
3. Linea di trasmissione secondo la rivendica zione 1, in cui un materiale dielettrico viene inserito fra il piano formato dal primo conduttore e dal secondo conduttore ed il terzo conduttore.
4. Linea di trasmissione secondo la rivendica zione 1, in cui il segnale desiderato viene differenzialmente trasmesso sul primo conduttore e sul secondo conduttore.
5. Linea di trasmissione secondo la rivendicazione 4, in cui il terzo conduttore è una piastra di riflessione per il primo conduttore e per il secondo conduttore.
6. Linea di trasmissione secondo la rivendica zione 1, in cui la distanza predeterminata è uguale a 1/10 della lunghezza d'onda della massima frequenza.
7. Linea di trasmissione secondo la rivendica zione 1, in cui la linea di trasmissione è una linea di trasmissione bilanciata.
8. Procedimento per progettare una linea di trasmissione caratterizzato dalle seguenti operazioni: determinare una desiderata sezione retta fisica della linea di trasmissione, con inclusione della altezza e della larghezza; determinare una desiderata impedenza caratteristica Zod della linea di trasmissione; determinare una massima frequenza di trasmissione sulla linea di trasmissione, tale massima frequenza avendo una lunghezza d'onda; scegliere un Interspazio complanare fra un primo conduttore ed un secondo conduttore e scegliere una larghezza del primo conduttore e del secondo conduttore, per formare cosi una impedenza caratteristica complanare Zoc, tale che l'impedenza caratte ristica complanare Zoc sia maggiore di Zod; calcolare, in risposta all'impedenza caratteristica della linea di trasmissione ed all'Impedenza caratteristica complanare, un'altezza sul lato largo (broadside) fra il primo conduttore ed il secondo conduttore, per formare cosi una impedenza caratteri stica sul lato largo, Zob; impostare una distanza fra un terzo conduttore ed un piano del primo conduttore e del secondo conduttore uguale a 1/2 dell'altezza sul lato largo; e interrompere il terzo conduttore nel senso della sua lunghezza ad una distanza inferiore a 1/4 della lunghezza d'onda della massima frequenza.
9. Procedimento per la progettazione in conformità con la rivendicazione 8 ulteriormente caratterizzato dall'operazione di scegliere, in risposta all'operazione di scelta di un interspazio complanare, un materiale dielettrico avente una costante dielettrica.
10. Procedimento di progettazione secondo la rivendicazione 8, in cui l'operazione di calcolo è ulteriormente caratterizzata dal fatto che viene soddisfatta la seguente equazione Zob.