ITTO970893A1 - Dispsitivo di misura ad iperfrequenza per test a distanza di una linea di iperfrequenza - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di misura ad iperfrequenza per test a distanza di una linea ad iperfrequenza"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di misura ad iperfrequenza per test a distanza di una linea ad iperfrequenza.

La messa a punto e la manutenzione di moduli o funzioni complessi utilizzanti dei circuiti ibridi o monolitici necessita di test che permettano di conoscere i livelli (ampiezza e fase) presenti sulle linee che collegano i differenti stadi nonch? il rapporto d'onde stazionarie. Questa necessit? ? particolarmente critica nelle iperfrequenze poich? le lunghezze d'onda considerate comportano una maggior sensibilit? dei circuiti alle dimensioni. Ora l'aggiunta di test integrati ? sempre meno compatibile con i vincoli di costo e di integrazione imposti dalla realizzazione di funzioni ibride.

E ' ben noto di misurare il coefficiente .di riflessione od il rapporto di onde stazionarie su una linea ad ipefrequenza fra due stadi integrando delle funzioni specifiche. Ci? consiste in generale nell 'utilizzare un accoppiatore direttivo costituito da una linea a microstriscia disposta sul medesimo substrato ed in prossimit? della linea di collegamento tra due stadi. L'accoppiatore fornisce delle informazioni sul livello di energia delle onde incidente e riflessa sulla linea di collegamento. Tuttavia tale soluzione presenta inconvenienti notevoli :

necessit? di spazio non compatibile con i vincoli di forte integrazione dei nuovi moduli per iperfrequenze ;

degradazione delle prestazioni del modulo a causa dell'incremento delle perdite dovute alla presenza dell'accoppiatore;

sovracosto risultante dall'aggiunta di questa funzione di test, che in generale non serve pi? dopo la fase di messa punto del modulo;

banda passante di test ridotta, che non permette di compiere rilievi dei livelli delle frequenze armoniche .

Per rimediare a certuni di tali inconvenienti sono stati proposti sistemi di test in situ consistenti nell'effettuare delle misure a distanza ed in modo amovibile con l'ausilio di una sonda ad iperfrequenza costituita da un supporto di materiale dielettrico e da mezzi di accoppiamento ad iperfrequenza portati da detto supporto. Si dispone la sonda a modesta distanza dalla linea da provare e, mediante accoppiamento con il campo elettromagnetico intorno alla linea, si ottiene un segnale che caratterizza il livello del campo nel punto considerato .

Ci? ? tuttavia insufficiente per ottenere in tempo reale le informazioni necessarie per determinare il rapporto d'onde stazionarie sulla linea ad iperfrequenza. Uno scopo dell'invenzione ? dunque di realizzare un dispositivo di misura ad iperfrequenza esente da tali inconvenienti e che permetta di ottenere in tempo reale i parametri caratteristici del posizionamento del dispositivo relativamente alla linea da provare e del regime di onde stazionarie presenti sulla linea.

Secondo l'invenzione ? dunque previsto un dispositivo di misura ad iperfrequenza per test a distanza di una linea ad iperfrequenza comprendente almeno una sonda di test in situ costituita da un sopporto di materiale dielettrico e da mezzi di accoppiamento ad iperfrequenza portati da detto supporto, caratterizzato dal fatto che per la misura a distanza ed in tempo reale del rapporto di onde stazionarie su detta linea ad iperfrequenza il dispositivo comprende almeno tre sonde spaziate a distanze predeterminate lungo l'asse longitudinale di detta linea ad iperfrequenza per costituire almeno tre punti di misura lungo detto asse, e mezzi di calcolo per estrarre i parametri caratteristici del posizionamento del dispositivo relativamente alla linea e del regime di onde stazionarie presente sulla linea a partire dai segnali forniti da dette sonde .

Un tale dispositivo di misura non richiede che uno spazio limitato al di sopra ed intorno alla linea fra gli stadi sottoposti a prova e nessuna funzione integrata supplementare.

Inoltre, le prestazioni della funzione ad iperfrequenza non vengono degradate poich? il sistema di prova ? disposto ad una distanza sufficiente per non generare alcune perturbazione sulla linea .

L'invenzione verr? meglio compresa ed ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno con l'ausilio della descrizione che segue, e dei disegni annessi, in cui:

la figura 1 ? uno schema di principio di un captatore di prova a distanza;

la figura 2 ? uno schema del dispositivo di misura secondo l'invenzione;

la figura 3 ? uno schema delle sonde del dispositivo secondo l'invenzione;

la figura 4 rappresenta un captatore ad anelli di corrente;

la figura 5 mostra la struttura di una sonda del dispositivo secondo l'invenzione;

la figura 6 rappresenta le sonde disposte nel contenitore di montaggio; e

la figura 7 ? uno schema che rappresenta il posizionamento ed il montaggio delle sonde nel contenitore .

Nella figura 1 ? rappresentata una linea ad iperfrequenza formata da un elemento a microstriscia 1 con asse longitudinale zz' su un substrato dielettrico 2 la cui faccia inferiore ? metallizzata per realizzare un piano di massa. Una tale linea pu? veicolare un'onda elettromagnetica il cui campo magnetico B ruota intorno alla linea 1. Per rivelare ed analizzare l'onda presente sulla linea si pu? prelevare un'immagine del campo magnetico, il che ? realizzabile disponendo in prossimit? della linea un anello conduttore attraverso il quale passa il campo, il quale induce dunque una corrente, immagine del campo, nell'anello. Per accrescere la sensibilit? del captatore si utilizza un doppio anello 3,4 le cui correnti vengono cumulate. Le correnti raccolte vengono indirizzate verso un apparecchio di misura grazie ad un linea complanare il cui conduttore centrale conduce la corrente che si divide in due nei due anelli prima di ripartire tramite i conduttori di massa.

Poich? la sonda deve perturbare il meno possibile l'ambiente elettromagnetico della linea, ? necessario trasportare la corrente prelevata perpendicolarmente al piano della linea e del substrato. A partire da una tale sonda, l'invenzione propone di realizzare il dispositivo di misura della figura 2. In tale figura ? stata rappresentata la linea a microstriscia 1 di collegamento tra due stadi E1 e E2 di un modulo ad iperfrequenza. Il dispositivo di misura comprende almeno tre sonde disposte al di sopra della linea 1 e spaziate a distanze predeterminate zi, z2 lungo l'asse longitudinale della linea. Ciascuna sonda comprende come elemento di base un captatore 10, 11, 12 come descritto con riferimento alla figura 1. Ciascun captatore ? seguito da un rivelatore 13, 14, 15. I segnali rivelati da questi ultimi vengono inviati a dei mezzi di calcolo 16 che forniscono i valori dei parametri caratteristici del posizionamento delle sonde rispetto alla linea e delle onde stazionarie presenti sulla linea 1. Grazie alle misure cos? effettuate in almeno tre punti, si pu? risolvere un sistema corrispondente di equazioni, tramite il calcolatore 16, che permette cos? di ottenere il coefficiente di accoppiamento C, il coefficiente di riflessione p dello stadio successivo E2 e la posizione zO sull'asse zz' di un massimo della tensione .

I captatori devono essere posizionati alla medesima distanza dalla linea, e ci? al fine di ottenere un coefficiente di accoppiamento C identico per le tre sonde. La distanza ? selezionata in modo da ottenere una corrente sufficiente nei captatori, ma tale da non perturbare il circuito sottoposto a test. La differenza di distanza rispetto alla linea per i tre differenti captatori non deve essere superiore a circa 50 ?m.

D'altra parte, gli intervalli zi, z2 che separano i captatori lungo l'asse della linea devono essere selezionati in funzione della gamma di lunghezze d'onda del segnale da misurare. Per poter calcolare i parametri dell'onda stazionaria con la miglior sensibilit? si deve, di preferenza, selezionare intervalli z1, z2 sostanzialmente uguali a 1/8 della lunghezza d'onda centrale nella linea ad iperfrequenza, nella gamma di frequenza di funzionamento .

Infine, per evitare una variazione relativa troppo rilevante degli accoppiamenti fra i captatori e la linea, ? necessario posizionare tali captatori con precisione al di sopra dell'asse longitudinale zz' della linea. Lo scarto massimo di posizione nella direzione trasversale rispetto all'asse zz' non deve superare 100 ?m .

La figura 4 rappresenta un modo di realizzazione semplice di un captatore 10. Un substrato dielettrico 106 di forma parallelepipeda comprende su una delle facce minori una metallizzazione 101, 104, 105 a forme di E. La barra centrale 105 della E costituisce il conduttore comune ai due anelli, i cui altri rami sono costituiti dalle due barre esterne 101, 104. Le correnti cumulate nei due anelli sono indirizzate mediante una linea complanare 100 stampata nella metallizzazione di una faccia maggiore del substrato. Il conduttore centrale 102 della linea complanare ? collegato all'estremit? della barra centrale 105 mentre i conduttori paralleli 103 che formano il piano di massa sono collegati rispettivamente alle estremit? degli altri rami 101, 104 della E.

Come si ? visto, l'intervallo fra i captatori ? ad esempio di qualche millimetro nella banda C. Un problema rilevante ? allora il raccordo dei captatori a dei connettori che abitualmente hanno dei diametri di circa 5 mm..

Ci? obbliga dunque a scalare i connettori gli uni rispetto agli altri, trasversalmente all'asse della linea 1.

A tale scopo, come rappresentato nella figura 3, si prevede dunque di realizzare delle sonde comprendenti ciascuna un captatore 10, 11, 12 montato su un supporto 30, 31, 32 che assicura il mantenimento preciso del captatore ed il suo collegamento al connettore corrispondente 40, 41, 42 scalato. Cos?, il supporto 30 scala il connettore 40 verso la sinistra della figura, rispetto all'asse della linea, il supporto 31 ? diritto e conduce il connettore 41 di fronte al captatore 31, ed il supporto 32 scala il connettore 42 verso la destra della figura rispetto all'asse della linea.

La figura 5 rappresenta un esempio di realizzazione di tre sonde mostrate separate. Ciascuna sonda comprende un captatore 10, 11, 12 ed un supporto, ad esempio di allumina, 30, 31, 32. Il supporto 30 ha un angolo mozzato 303. Esso comprende una metallizzazione 302 nella quale ? stata realizzata, mediante incisione, una linea complanare 300 che permette di scalare l'uscita verso il connettore rispetto al punto di fissaggio del captatore 10 sulla porzione del supporto. Il conduttore centrale 301 della linea complanare sul supporto ? collegato al conduttore centrale della linea complanare del captatore 10.

Il supporto 31 ? diritto. Esso comprende una metalizzazione 312 ed una linea complanare 310 rettilinea, con un conduttore centrale 311 che collega al captatore 11 un connettore situato di fronte. Infine, il supporto 32 comprende una metalizzazione 322 nella quale ? realizzata una linea complanare 320 con un suo conduttore centrale 321 che permette di scalare nell'altro senso l'uscita verso il connettore corrispondente, rispetto al punto di fissaggio del captatore 12 sul supporto.

Per assicurare un posizionamento preciso delle sonde le une rispetto alle altre e del complesso rispetto alla linea da provare, ? necessario prevedere mezzi di montaggio che consistono sostanzialmente in un contenitore 5 rappresentato nella figura 6. Tale contenitore comprende, su un fondo 51, dei gradini 53, 55 il cui spessore determina l'intervallo fra le sonde lungo l'asse longitudinale zz' che ? anche l'asse di allineamento dei captatori. Nella figura solo il captatore 10 ? stato rappresentato, per chiarezza del disegno. La faccia interna del fondo 51 e le corrispondenti facce (rivolte verso l'alto nella figura) dei gradini 53 e 55 servono come facce d'appoggio 3, 31, 32 rispettivamente. D'altra parte, i bordi dei gradini e le pareti 50 e 52 permettono lo scalamento dei supporti fra loro secondo l'asse trasversale alla linea. Il gradino 53 comprende un lato obliquo 54 su cui prende appoggio l'angolo mozzato 303 del supporto 30. Ci? migliora la precisione di montaggio del supporto 30 e permette d'altra parte di prolungare il gradino 53 in modo da assicurare un appoggio soddisfacente al supporto 31.

La precisione di posizione in altezza dei captatori, vale a dire il posizionamento in distanza rispetto alla linea da provare, ? ottenuta all'atto dell'assemblaggio del sonde nel contenitore, come ? rappresentato nella figura 7.

Si vede in tale figura che si pu? utilizzare un arresto 60 di posizionamento dei captatori che permette di compensare le tolleranze dLl sulle lunghezze di substrato LI e dL2 sulle lunghezze di captatore L2, nonch? il gioco e fra substrato e captatore, grazie al gioco ?1 tra i supporti ed il contenitore .

Grazie a tali caratteristiche si ottengono errori di posizionamento assolutamente compatibili con le precisioni ricercate e che non generano se non assai modeste variazioni di accoppiamento. In un esempio di realizzazione si sono misurati i seguenti errori :

distanza al di sopra della linea:

5 ?m fra i captatori 10 ed 11,

24 ?m fra i captatori 11 e 12,

intervallo fra captatori lungo l'asse della linea :

24 ?m circa fra i tre captatori.

Cos?, l'invenzione permette di realizzare un dispositivo di misura affidabile e preciso, poco ingombrante, che non richiede alcuna aggiunta di elementi supplementari sui moduli da provare e che non provoca alcuna perturbazione nel funzionamento, permettendo misure in tempo reale.

Ben inteso, l'esempio di realizzazione descritto non ? affatto limitativo dell'invenzione, in particolare per quanto concerne il numero di sonde utilizzate .

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di misura ad iperfrequenza per test a distanza di una linea ad iperfrequenza, comprendente almeno una sonda di test in situ costituita da un supporto di materiale dielettrico e mezzi di accoppiamento ad iperfrequenza portati da detto supporto, caratterizzato dal fatto che, per la misura a distanza ed in tempo reale di rapporti di onde stazionarie sulla detta linea ad iperfrequenza (1), detto dispositivo comprende almeno tre sonde (10, 11, 12, 30, 31, 32) spaziate a distanze predeterminate (zi, z2) lungo l'asse longitudinale (??') di detta linea ad iperfrequenza (1) per costituire almeno tre punti di misura lungo detto asse, e mezzi di calcolo (16) per estrarre i parametri (C, zO, p) caratteristici del posizionamento del dispositivo rispetto alla linea (1) e del regime di onde stazionarie presente sulla linea (1) a partire dai segnali forniti da dette sonde.
2. 2. Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette distanze predeterminate (zi, z2) sono tutte dell'ordine di un ottavo della lunghezza d'onda di funzionamento nella linea ad iperfrequenza.
3. 3. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che dette sonde comprendono ciascuna un captatore (10, 11, 12) formato da un doppio anello conduttore (101, 104, 105) disposto su un substrato in un piano parallelo alla linea (1) e da una linea complanare (100, 102, 103) per veicolare le correnti indotte negli anelli, detta linea complanare essendo disposta su detto substrato in un piano perpendicolare a quello degli anelli, e da un supporto di captatore (30, 31, 32), e dal fatto che detto dispositivo comprende inoltre mezzi di montaggio (5) delle sonde per assicurare un posizionamento preciso di queste ultime.
4. 4. Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che ciascun captatore comprende un substrato dielettrico (106) di forma parallelepipeda , una faccia minore del quale porta un conduttore a forma di E la cui barra centrale (105) costituisce un conduttore comune ai due anelli, mentre gli altri rami degli anelli sono costituiti dalle due barre esterne (101, 104); la linea complanare (100) essendo formata da metallizzazioni parallele (102, 103) su una faccia maggiore del substrato in modo tale che la metallizzazione centrale (102) sia raccordata alle estremit? del ramo centrale della E (105) mentre le metallizzazioni esterne di massa (103) sono collegate rispettivamente alle estremit? degli altri rami (101, 104).
5. 5. Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti captatori (10, 11, 12) sono montati su dei supporti (30, 31, 32) che assicurano un mantenimento preciso dei captatori ed uno sfasamento, rispetto all'asse di allineamento dei captatori, delle uscite mediante connettore (40, 41, 42) verso i mezzi di calcolo.
6. 6 . Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che ciascun supporto ? costituito da una piastra dielettrica una cui faccia porta una metallizzazione (302, 312, 322) nella quale ? incisa una linea complanare (300, 310, 320) raccordata alla linea complanare del captatore corrispondente fissato sulla porzione del supporto.
7. 7. Dispositivo di misura secondo una delle rivendicazioni 5 o 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di montaggio sono costituiti da un contenitore (5) il cui fondo (51) comprende dei gradini (53, 55) di spessore predeterminato, aventi una faccia libera che serve come faccia di appoggio per ciascuno dei supporti (30, 31, 32), lo spessore dei gradini essendo tale che i captatori fissati ai supporti sono mantenuti a dette distanze predeterminate (zi, z2), e dal fatto che detto contenitore (5) comprende delle pareti (50, 52) che servono da arresti per i supporti (30, 31, 32) in modo da posizionarli precisamente nelle direzioni trasversali all'asse di allineamento dei captatori.
8. 8 . Dispositivo di misura secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che almeno un gradino (53) di detto contenitore (5) comprende un piano obliquo (54) rispetto alle pareti (50, 52) del contenitore, almeno uno dei supporti (30) comprendendo un intaglio di forma corrispondente.
9. 9. Dispositivo di misura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 8, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di calcolo (16) sono previsti per calcolare il valore di ampiezza e fase del rapporto d'onde stazionarie presente su detta linea ad iperfrequenza (1), la posizione (zO) del massimo di potenza lungo la linea, ed il valore dell'accoppiamento (C) fra le sonde e la linea ad iperfrequenza.