PL207567B1 - Filtr falowodowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest filtr falowodowy, stosowany układach nadawczo/odbiorczych systemów komunikacyjnych i/lub radarowych.

Filtry falowodowe są bardzo popularnymi elementami konstrukcyjnymi w technice mikrofal i fal milimetrowych. Ten typ filtru wykazuje zwykle stosunkowo duże wartości dobroci rezonatorów i niewielkie tolerancje elektryczne w odniesieniu do obszaru przepustowego i zaporowego. Filtry falowodowe odznaczają się wysokim tłumieniem zaporowym i ograniczonym tłumieniem przejściowym. Filtry falowodowe stosowane są, korzystnie tam, gdzie z powodu wysokich wymagań na dokładność tolerancji elektrycznych i dobroć, stosowanie filtrów planarnych nie jest już możliwe.

Z dokumentu DE 197 57 892 A1 znany jest ukł ad do selektywnego czę stotliwoś ciowe tł umienia sygnałów wielkiej częstotliwości. Układ zawiera przy tym płytę nośną z zaopatrzonymi w końcówki sprzęgające powierzchniami podłoża, pierwszą i drugą, jak również płytę przewodzącą elektrycznie. Umieszczony na płycie nośnej kołpak z przewodzącą elektrycznie płytą tworzy komorę wnękową, która stanowi rezonator wnękowy. Rezonator wnękowy działa, jako filtr górnoprzepustowy, dzięki czemu występują tylko te częstotliwości aktywne, które są większe od częstotliwości granicznej określonej wymiarami geometrycznymi rezonatora wnękowego.

Inny filtr znany jest z dokumentu US 6.236.291 B1. Po stronie górnej podłoża, które po stronie dolnej pokryte jest całkowicie warstwą metaliczną, umieszczona jest obudowa, która wraz z górną stroną podłoża tworzy wnękę. W tej wnęce umieszczona jest płyta dielektryczna, która stanowi filtr dielektryczny.

Na fig. 1 załączonego rysunku przedstawiono integrację filtru falowodowego w planarnym układzie połączeń według rozwiązań znanych. Układ zawiera podłoże S, które po stronie górnej zaopatrzone jest w pierwszą linię paskową ML1 i drugą linię paskową ML2, na przykład linię mikropaskową. Pierwsza linia paskowa ML1 służy przy tym do wprowadzania przenoszonej fali elektromagnetycznej do filtru falowodowego HF, a druga linia paskowa ML2 służy do wyprowadzania fali z filtru falowodowego HF. Do wprowadzania/wyprowadzania sygnału z linii paskowej, na obu końcach filtru umieszczone są punkty wprowadzające/wyprowadzające, dla przeprowadzania sygnałów z trybu propagacyjnego w liniach paskowych do trybu propagacyjnego w filtrze falowodowym, i odwrotnie.

Te punkty sprzęgające są utworzone na obu końcach filtru z linii paskowych ML1, ML2, podłoża S, kołpaka ekranującego SC, styków przepustowych (Via-Holes) VH, masy RM po stronie tylnej i płyty nośnej TP z przejściem przelotowym DB.

Każda z linii paskowych ML1, ML2 kończy się pod kołpakiem ekranującym SC, który służy do zabezpieczenia przed wypromieniowywaniem fali elektromagnetycznej do otoczenia. Po spodniej stronie podłoża znajduje się tylna metalizacja

RM, która w obszarze kołpaka ekranującego ma przejście przelotowe DB. Na spodniej stronie podłoża umieszczona jest metaliczna płyta nośna TP, która w obszarze kołpaka ekranującego również ma przejście przelotowe DB, tak, że obydwa przejścia, w metalizacji strony tylnej podłoża i płycie nośnej TP, są współliniowe. Na tę płytę nośną TP nakręcony jest na gwincie filtr falowodowy HF, przy czym każdy z otworów filtru falowodowego połączony jest z przejściem przelotowym DB.

Fala elektromagnetyczna dociera z pierwszej linii paskowej ML1 przez podłoże S i przejście przelotowe DB do filtru falowodowego HF. Z filtru falowodowego HF fala elektromagnetyczna dociera przez przejścia przelotowe DB do drugiej linii paskowej ML2.

Przy integrowaniu zwykłych filtrów falowodowych w otoczeniu linii paskowych (na przykład w układach drukowanych bądź płytkach drukowanych) występują związane z tym wysokie koszty, które dotychczas uniemożliwiały szerokie stosowanie tej zasady. Przyczyną kosztów w tym miejscu jest duża liczba etapów produkcji i części składowych oraz niezbędny montaż części składowych na przedniej i tylnej stronie podłoża.

Przejście falowodowe wymaga precyzyjnego wykonania kołpaka ekranującego SC i jego mechanicznego dokładnego pozycjonowania. Metalizacja na podłożu S musi być obustronna i rozmieszczona z małym przemieszczeniem między wzorami ścieżek przewodzących po stronie wierzchniej i spodniej. Przejś cie przelotowe DB w pł ycie noś nej jest wykonywane w oddzielnym etapie produkcji. Podłoże S jest połączone z zapewnieniem przewodzenia i dokładnego pozycjonowania, z płytą nośną TP. Wykonany w postaci oddzielnej części kołpak ekranujący jest połączony, z zapewnieniem przewodzenia i dokładnego pozycjonowania, z podłożem.

PL 207 567 B1

Filtr falowodowy HF składa się zwykle z dwóch wykonanych oddzielnie części (spodniej części filtru falowodowego z trzema ścianami bocznymi filtru falowodowego i części pokrywowej, jako czwartej ściany bocznej filtru falowodowego), które wymagają następnego połączenia. Zmontowany filtr wymaga następnego zamocowania, z zachowaniem dokładnego pozycjonowania, na spodniej stronie płyty nośnej.

Taki znany filtr falowodowy zwykle zawiera wiele części konstrukcyjnych, jak kołpak ekranujący, płyta nośna, filtr falowodowy, a taki rodzaj implementacji wymaga zajęcia dużej przestrzeni.

Ponadto, z dokumentu JP 2002111312 znany jest filtr falowodowy zawierający podłoże z kształtowaną warstwą metaliczną na górnej stronie i z naniesioną przynajmniej jedną linią paskową do prowadzenia fal elektromagnetycznych. Na górną powierzchnię podłoża jest ponadto nałożona konstrukcyjna część filtru. Jedna boczna ściana filtru jest utworzona przez kształtowaną warstwę metaliczną na podłożu pozostałe boczne ściany są utworzone przez wewnętrzną powierzchnię konstrukcyjnej części filtru zwróconą do podłoża. Filtr zaopatrzony jest ponadto w punkty wprowadzania i wyprowadzania fali elektromagnetycznej, a ściana boczna konstrukcyjnej części filtru, która spoczywa na górnej powierzchni podłoża, ma ukształtowaną wewnętrzną strukturę.

Filtr falowodowy tego rodzaju, według wynalazku charakteryzuje się tym, że konstrukcyjna część filtru jest zaopatrzona w zgrubienie rozmieszczone wzdłuż ukształtowanej wewnętrznej struktury określone w zależności od przyporządkowanej charakterystyki filtru, które to zgrubienie jest podparte na kształtowanej warstwie metalicznej na górnej powierzchni podłoża i które stanowi wzniesienie krawędzi wewnętrznych ukształtowanej wewnętrznej struktury konstrukcyjnej części filtru.

Korzystnym jest, że konstrukcyjna część filtru jest elementem do montażu powierzchniowego.

Korzystnym jest, że przekrój konstrukcyjnej części filtru jest wybrany w zależności od zadanej charakterystyki filtru falowodowego.

Korzystnym jest, że przynajmniej jedna z linii paskowych usytuowanych na górnej powierzchni podłoża sięga do wewnątrz filtru falowodowego.

Korzystnym jest, że podłoże po spodniej stronie jest zaopatrzone w metalizację tylną.

Korzystnym jest, że konstrukcyjna część filtru i podłoże są połączone przewodzącym połączeniem, zwłaszcza przez lutowanie lub klejenie z zapewnieniem przewodzenia.

Korzystnym jest, że konstrukcyjna część filtru ma przewodzącą powierzchnię.

Zgodnie z wynalazkiem opracowano filtr falowodowy, który jest prosty w konstrukcji, korzystny ekonomicznie i umożliwia adaptowanie do płytki drukowanej bez zajmowania dużej przestrzeni.

Filtr falowodowy według wynalazku składa się w zasadzie z jednej, prostej i niedrogiej w produkcji części konstrukcyjnej, która umieszczona jest na wierzchniej stronie odpowiednio kształtowanego wstępnie podłoża. Filtr falowodowy utworzony jest przy tym nie tylko przez tę część konstrukcyjną lub samo podłoże, lecz przez odpowiednie wzajemne rozmieszczenie obu elementów.

Część konstrukcyjna może być wykonana, korzystnie, jako element SMD (surface mounted device - do montażu powierzchniowego). Zwykle pewna część elementów zastosowanych na płytce drukowanej stanowi elementy SMD. Celowe jest uwzględnienie części konstrukcyjnej SMD filtru falowodowego według wynalazku w procesie wytwarzania. Montaż zespołu konstrukcyjnego może odbywać się tylko po jednej stronie. W wyniku tego występują dodatkowe zalety w odniesieniu do kosztów i czasu wytwarzania.

Korzystne jest, jeżeli część konstrukcyjna, określana również, jako górna część filtru, ma powierzchnię przewodzącą i może być wykonywana na przykład z metalu lub metalizowanego tworzywa sztucznego, przy czym w tym ostatnim przypadku występują dodatkowe zalety pod względem kosztów wytwarzania i ciężaru. Korzystne jest, jeżeli górna część filtru ma połączenie elektryczne z podłożem, zwłaszcza jest do niego przylutowana, lub przyklejona z zapewnieniem przewodzenia elektrycznego.

W korzystnej odmianie wykonania wynalazku górna część filtru zaopatrzona jest w strukturę znajdującą się na ścianie bocznej przeciwległej do podłoża, a więc do strony podłoża, na której zamocowana jest górna część filtru. Ta struktura może być nakładana zależnie od danych pożądanych właściwości filtracyjnych filtru falowodowego. Korzystne jest, jeżeli przekrój filtru falowodowego jest dobrany odpowiednio do filtrowanych sygnałów wielkiej częstotliwości.

Przedmiot, wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia znany filtr falowodowy umieszczony na podłożu, fig. 2 -górną część filtru falowodowego według wynalazku, mającą kształtowaną powierzchnię wewnętrzną, w widoku od góry, fig. 3 - górną część filtru falowodowego, mającą kształtowaną powierzchnię wewnętrzną, w przekroju podłużnym, fig. 4 metalizowaną warstwę na powierzchni wierzchniej podłoża, widoku od góry, a fig. 5 przedstawia

PL 207 567 B1 strukturę filtru falowodowego według wynalazku, zawierającego podłoże i górną część filtru, w przekroju podłużnym wzdłuż linii B-B' według fig. 2 i fig. 4.

Na fig. 2 rysunku przedstawiono w widoku od góry górną część filtru, z kształtowaną powierzchnią wewnętrzną. Górna konstrukcyjna część filtru FB na każdym z przeciwległych końców ma otwór OZ, przez który przechodzą linie mikropaskowe (por. fig. 4 i fig. 5) do filtru falowodowego. Górna konstrukcyjna część filtru FB ma w zasadzie kształt litery U (por. fig. 3) i we wnętrzu zawiera ukształtowaną wewnętrzną strukturę SK. Korzystne jest przy tym, jeżeli ta wewnętrzna struktura SK jest dobrana odpowiednio do pożądanych właściwości filtracyjnych filtru falowodowego.

Przy zastosowaniu metody technologicznej, takiej jak frezowanie lub formowanie wtryskowe, możliwe jest mechaniczne otrzymywanie bardzo dokładnie ukształtowanych wewnętrznych struktur SK, w związku z tym filtr falowodowy wykazuje małe tolerancje elektryczne dla funkcji wprowadzania i filtracji.

Ponadto, korzystne jest, jeżeli górna kostrukcyjna część filtru FB zaopatrzona jest w biegnące wokół zgrubienie ST (fig. 2 i fig. 3). Zgrubienie ST osadzone jest w przypadku filtru falowodowego bezpośrednio na metalizowanej stronie wierzchniej podłoża (nieprzedstawione). To zgrubienie ST jest dopasowane do zastosowanego sposobu uszczelniania. W przestrzeniu pośredniej, która po złożeniu powstaje między górną częścią filtru a podłożem, może się znajdować przewodzące spoiwo lutownicze lub przewodzący klej, dla zapewnienia optymalnego połączenia.

Zgrubienie ST może jest korzystnie tak dopasowane, że na przykład przy uszczelnianiu „spoinami lutowniczymi”, powstające podczas procesu lutowania napięcia powierzchniowe spoiwa lutowniczego wykorzystywane są do samoczynnego pozycjonowania, przy lutowaniu, konstrukcyjnej części filtru FB dokładnie na przedstawionej na fig. 4 kształtowanej warstwie metalicznej.

Na fig. 3 przedstawiono przekrój górnej części filtru wzdłuż linii A-A' według fig. 2. Przedstawiona jest górna konstrukcyjna część filtru FB o kształcie w zasadzie litery ze znajdującą się wewnątrz ukształtowaną strukturą SK. Wewnętrzna struktura SK została przy tym przedstawiona tylko przykładowo. Możliwe są oczywiście, zależnie od zastosowania, również inne kształty struktury.

Na fig. 4 przedstawiono w widoku od góry metalizowaną górną stronę podłoża, na której osadzana jest górna część filtru w celu utworzenia filtru falowodowego według wynalazku. Uwidoczniono na tej figurze rysunku linie paskowe ML1, ML2 oraz ukształtowaną warstwę metaliczną TM, która w rozwiązaniu według wynalazku tworzy ścianę filtru falowodowego. Linie paskowe ML1, ML2 są korzystnie liniami mikropaskowymi i służą do wprowadzania fal elektromagnetycznych do filtru i do wyprowadzania ich z niego.

Na fig. 5 przedstawiono filtr falowodowy według wynalazku, w przekroju wzdłuż linii B-B' z fig. 2 i fig. 4. Filtr falowodowy HF jest utworzony w ten sposób, ż e przedstawiona na fig. 2 górna konstrukcyjna część filtru FB umieszczona zostaje, z dokładnym dopasowaniem, na przedstawionej na fig. 4 wierzchniej ukształtowanej warstwie metalicznej TM podłoża S.

Wykonane na górnej stronie podłoża S linie paskowe ML1, ML2 prowadzą od zewnątrz do obszaru wewnętrznego filtru falowodowego HF. Warstwa metaliczna TM po górnej stronie podłoża S tworzy czwartą ścianę filtru falowodowego HF według wynalazku. Inne ściany boczne (nieprzestawione) filtru falowodowego HF utworzone są przez górną konstrukcyjną część filtru FB.

Claims (7)

1. Filtr falowodowy, utworzony z podłoża (S), ze znajdującą się na jego górnej stronie kształtowaną warstwą metaliczną (TM) i z naniesioną przynajmniej jedną linią paskową (ML1, ML2) do prowadzenia fal elektromagnetycznych, przy czym struktura kształtowanej warstwy metalicznej jest określona w zależności od pożądanej charakterystyki filtru falowodowego, oraz z konstrukcyjną częścią filtru (FB), która jest nałożona na górną powierzchnię podłoża (S), przy czym jedna boczna ściana filtru falowodowego jest utworzona przez kształtowaną warstwę metaliczną (TM) na podłożu (S), a pozostałe boczne ściany filtru falowodowego są utworzone przez wewnętrzną powierzchnię konstrukcyjnej części filtru (FB), zwróconą podłoża (S), przy czym filtr falowodowy zaopatrzony jest w punkty wprowadzania i wyprowadzania, do sprzężenia prowadzonej w linii paskowej (ML1, ML2) fali elektromagnetycznej z filtrem falowodowym i odwrotnie, ponadto ściana boczna konstrukcyjnej części filtru (FB), która spoczywa na górnej powierzchni podłoża (S), ma ukształtowaną wewnętrzną strukturę (SK), znamienny tym, że konstrukcyjna część filtru (FB) jest zaopatrzona w zgrubienie

PL 207 567 B1 (ST) rozmieszczone wzdłuż ukształtowanej wewnętrznej struktury (SK) określone w zależności od przyporządkowanej charakterystyki filtru, które to zgrubienie (ST) jest podparte na kształtowanej warstwie metalicznej (TM) na górnej powierzchni podłoża (S) i które stanowi wzniesienie krawędzi wewnętrznych ukształtowanej wewnętrznej struktury (SK) konstrukcyjnej części filtru (FB).

2. Filtr falowodowy według zastrz. 1, znamienny tym, że konstrukcyjna część filtru (FB) jest elementem do montażu powierzchniowego.

3. Filtr falowodowy według zastrz. 2, znamienny tym, że przekrój konstrukcyjnej części filtru (FB) jest wybrany w zależności od zadanej charakterystyki filtru falowodowego (HF).

4. Filtr falowodowy według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej jedna z linii paskowych (MLI, ML2) usytuowanych na górnej powierzchni podłoża (S) sięga do wewnątrz filtru falowodowego.

5. Filtr falowodowy według zastrz. 4, znamienny tym, że podłoże (S) po spodniej stronie jest zaopatrzone w metalizację tylną (RM).

6. Filtr falowodowy według zastrz. 3, znamienny tym, że konstrukcyjna część filtru (FB) i podłoże (S) są połączone przewodzącym połączeniem, zwłaszcza przez lutowanie lub klejenie z zapewnieniem przewodzenia.

7. Filtr falowodowy według zastrz. 6, znamienny tym, że konstrukcyjna część filtru (FB) ma przewodzącą powierzchnię.