RU2349994C2 - Устройство для передачи широкополосных высокочастотных сигналов - Google Patents

Abstract

Устройство (2) для передачи широкополосных высокочастотных сигналов (16) средней длины волны (lm) с проводящей структурой (7), которая имеет, по меньшей мере, одну цепь (11) передачи сигнала и две симметрично расположенные относительно цепи (11) передачи сигнала основные цепи (12), которые совместно образуют копланарную линию (13) передачи, причем проводящая структура (7) таким образом расположена на двух противолежащих сторонах, по меньшей мере, одного диэлектрического слоя (18) подложки заданной толщины (d), что проводящая структура (7) образует гальваническое разделение, которое в заданных зонах (9) стыковки перекрывается, вследствие чего зоны (9) стыковки проводящей структуры (7) передают высокочастотные сигналы (16) через электромагнитную стыковку (10), причем толщина (d) слоя (18) подложки меньше, чем lm/4, и причем несколько электромагнитных стыковок (10) расположены последовательно друг за другом. Технический результат изобретения состоит в том, чтобы обеспечить гальваническое разделение, которое имеет хорошие свойства передачи при частотах более 6 ГГц. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для передачи широкополосных высокочастотных сигналов средней длины волны с проводящей структурой, которая имеет, по меньшей мере, одну цепь передачи сигнала и две симметрично расположенные относительно цепи передачи сигнала основные цепи, которые совместно образуют копланарную линию передачи, причем проводящая структура таким образом расположена на двух противолежащих сторонах, по меньшей мере, одного диэлектрического слоя подложки заданной толщины, что проводящая структура образует гальваническое разделение, которое в заданных зонах стыковки перекрывается, вследствие чего зоны стыковки проводящей структуры передают высокочастотные сигналы через электромагнитную стыковку.

Такого рода гальванические разделения можно найти, к примеру, в измерительных приборах техники измерений процессов. Эти измерительные приборы помещаются обычно в автоматизированные технические средства и технические средства управления производственным процессом с целью измерения в ходе процесса переменных процесса, таких, к примеру, как расход, уровень заполнения, давление и температура или иного рода физического и/или химического параметра процесса. Заявительницей производятся и продаются, к примеру, измерительные приборы под названием «Micropilot», которые работают по методу измерения времени распространения и служат для определения и/или наблюдения за уровнем заполнения среды в резервуаре. При методе измерения времени распространения через антенну посылаются, к примеру, микроволны, или радиолокационные волны, или ультразвуковые волны, и отраженные на поверхности среды эховолны по прошествии зависимого от расстояния времени распространения сигнала снова принимаются. Учитывая время распространения, можно затем рассчитать уровень заполнения среды в резервуаре. Следующим принципом измерения из множества методов измерения для определения уровня заполнения в резервуаре является принцип направленных микроволн или метод измерения TDR (Time Domian Reflection). При методе измерения TDR вдоль поверхностного волновода Зоммерфельда или коаксиального волновода посылается, к примеру, высокочастотный импульс, который при скачке величины DK (диэлектрическая постоянная) окружающей поверхностный волновод среды частично отражается обратно. На основании разницы во времени между посылкой высокочастотного импульса и приемом отраженного эхо-сигнала можно определить уровень заполнения. Так называемый способ FMCW (Frequency Modulated Continuous Waves) в связи с вышеупомянутыми принципами измерений также осуществим.

Это изобретение в соответствии с родовым понятием используется для того, чтобы обеспечить гальваническое разделение между заземленным местом протекания процесса и измерительным прибором. Гальваническое разделение необходимо в технике измерения процессов, так как место протекания процесса или находящиеся в соприкосновении с процессом элементы на основании требований взрывозащиты должны быть помещены на потенциал Земли. Основные массы измерительных приборов, однако, по большей части отличаются от потенциала Земли. Разница обоих потенциалов образует напряжение, которое создается между заземленными элементами процесса и измерительным прибором, вследствие чего возбуждается электрический ток. Этот ток имеет тот недостаток, что провода основной массы сильно нагружаются за счет прохождения тока. В результате возникает эффект того, что массовый провод сильно нагревается, так что степень защиты от воспламенения «искробезопасность» измерительного прибора нельзя более обеспечить.

У имеющихся в продаже измерительных приборов разделение цепи тока производится чаще всего на входе измерительного прибора, т.е. подводы тока и подводы сигнала гальванически разделяются. Гальваническое разделение подводов тока производится при прилагаемом переменном токе чаще всего через индуктивную стыковку посредством трансформатора или через емкостную стыковку посредством конденсаторов. При обеспечении измерительного прибора постоянным током преобразователь постоянного тока размыкает проводку энергоснабжения измерительного прибора, или текущий по проводам ток ограничивается посредством дополнительных конструктивных элементов. Сигнально-техническое, гальваническое разделение линии передачи данных чаще всего производится посредством оптопары. Учитывая все это, данный вариант выполнения взрывозащиты во входном модуле измерительного прибора имеет тот недостаток, что для гальванического разделения находящихся в процессе элементов аппаратуры периферии необходимо большое количество дорогих и чувствительных к помехам конструктивных элементов.

Поэтому в сфере высокочастотной техники уже давно предпринимаются попытки унифицировать гальваническое разделение со стороны высокой частоты, так как здесь чаще всего гальванически должны разделяться только сигнальная проводка и базовая проводка, что может осуществляться посредством не требующей больших затрат, планарной техники волновода.

В WO 03/063190 A2 описывается простое гальваническое разделение посредством высокочастотного штекерного разъема для обеспечения степени защиты от воспламенения «искробезопасность». Система коаксиального штекерного разъема состоит из муфты и штекера с разделяющим слоем в качестве гальванического разделения. Штекер может также заменяться полужестким кабелем. Недостатком этой перемены требований в отношении степени защиты от воспламенения «искробезопасности» является то, что изготовление гальванически разделенного штекерного разъема очень тяжело в исполнении и дорого. В дальнейшем на этих переходах штекерного соединения из-за геометрических скачков проводящих структур в штекерной системе сигналы сильно отражаются или гасятся. Для высоких частот, к примеру, свыше 20 ГГц, гальваническое разделение внутренней проводки из-за геометрии штекерного соединения невыполнимо более посредством простой стыковки через зоны стыковки штекерного соединения, вследствие чего внутренняя проводка должна быть гальванически разделена посредством другого конструктивного элемента, в частности конденсатора.

В DE 19958560 А1 вариант выполнения гальванического разделения высокочастотных сигналов представлен посредством применения шлицевой проводки. В данной публикации два шлицевых провода установлены параллельно друг над другом, так что посланное от одного шлицевого провода электромагнитное излучение вводится в другой щелевой провод. Вследствие этого возникает гальванически разделяющее соединение между обоими шлицевыми проводами. Адаптация шлицевых проводов насквозь через разделительный слой осуществляется посредством микрополосковой проводки.

Недостатком данного варианта выполнения является сложная, многослойная конструкция стыковочной структуры, которая подразумевает большое количество фаз процесса изготовления. Кроме того, шлицевая проводка и микрополосковая проводка имеют по сравнению с копланарной проводкой намного большую дисперсию, то есть намного большую зависимость скорости распространения в среде электромагнитных волн от длины волны или от частоты.

В ЕР 0882995 А1 приведены различные типы гальванического разделения копланарной токопроводящей дорожки. В копланарной проводящей технике три отдельных планарных волновода установлены рядом друг с другом на подложке, причем средний планарный волновод проводит сигнал, и, причем два других планарных волновода, которые образуют экранирующую проводку, обрамляют средний. Для. гальванического разделения планарных волноводов в данной публикации выявляются различные возможности:

- Планарные волноводы разъединяются, и в место разъединения устанавливается конденсатор.

- Проводки снова легко разъединяются, причем проводящая часть устанавливается на противолежащей стороне подложки, и фрагменты проводок пространственно перекрываются. Через эти перекрывающие фрагменты сигнал емкостным образом стыкуется.

Недостатком данного гальванического разделительного устройства является то, что эти устройства имеют хорошие стыковочные свойства только до частотной зоны в несколько ГГц и не подходят для более высоких частот примерно от 6 до 10 ГГц. Причина состоит в том, что эффективность емкостной стыковки сигнала через подложку толщиной >1 мм слишком мала, и на конце планарных волноводов нужно ожидать очень сильного излучения высокочастотного сигнала.

Задачей изобретения является сделать возможным гальваническое разделение, которое имеет хорошие передающие свойства при частотах более чем 6 ГГц.

Эта задача в соответствии с выполнением изобретения решается посредством того, что толщина подложки меньше чем lm/4 и, что несколько электромагнитных стыковок расположены последовательно друг за другом. Для беспотенциальной в соответствии с изобретением передачи высокочастотных сигналов диапазона частот более чем 6 ГГц необходим интервал меньше lm/4 записанной средней длины волны lm высокочастотного сигнала, чтобы обеспечить оптимальную передачу записанного сигнала в планарный волновод или в симметричный копланарный волновод. Если же выбирается больший интервал зон стыковки, чем описано выше, то эффективность электромагнитной стыковки высокочастотного сигнала очень мала и имеют место сильные потери при несогласованной электромагнитной стыковке высокочастотного сигнала. Так как этот интервал меньше, чем lm/4, при высоких частотах не достаточен для предписания по взрывозащите «степень защиты от воспламенения - искробезопасность» (EN 50020), которое предписывает минимальное расстояние от 1 мм, то гальваническое разделение в соответствии с изобретением или электромагнитная стыковка при зазорах менее 1 мм выполняются многократно. Этим путем можно добиться того, что норма, несмотря на выход за пределы нижней границы минимального зазора, снова будет соблюдена. Преимущества расположения в соответствии с изобретением можно, суммируя, описать следующим образом, что устройство безразлично по отношению к внешним воздействием помех, кроме того, не требует много затрат при изготовлении и удовлетворяет нормам степени защиты приборов от воспламенения - искробезопасности.

В особо предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что проводящая структура имеет несколько фрагментов, которые с чередованием установлены на обеих сторонах слоя подложки. Копланарная проводящая структура разделяется на отдельные фрагменты, которые на обеих сторонах установлены таким образом и способом, что зоны стыковки фрагментов проводящей структуры посредством слоя подложки пространственно раздельно перекрываются. Благодаря пространственному перекрытию зон стыковки возникает такая электромагнитная стыковка для высокочастотных сигналов от одного фрагмента на одной стороне высокочастотной подложки к фрагменту на противолежащей стороне высокочастотной подложки, вследствие чего осуществляется гальваническое разделение капланарной проводки.

Согласно предпочтительному варианту выполнения решения в соответствии с изобретением предлагается, чтобы ширина, длина зон стыковки проводящих структур и/или толщина слоя подложки была выполнена таким образом, чтобы электромагнитная стыковка высокочастотного сигнала через зоны стыковки была максимальна, и волновое сопротивление проводящей структуры было согласовано. Изменение ширины проводящих структур приводит к скачкообразному изменению волнового сопротивления проводки. Эти скачки волнового сопротивления необходимы для преобразований полного сопротивления. Таким образом, посредством изменения ширины проводящих структур и согласования стыковочного зазора зон стыковки возможно согласовать волновое сопротивление перехода и обеспечить стыковку сигнала с максимально малым отражением.

Рациональный вариант выполнения устройства в соответствии с изобретением состоит в том, что слой подложки является высокочастотной подложкой, и что высокочастотная подложка с нанесенной проводящей структурой установлена, по меньшей мере, на одной структуре носителя. Под высокочастотной подложкой понимается диэлектрический материал носителя, который подходит для высокочастотной техники, так как для высокочастотной техники он выполняет важные свойства, такие, к примеру, как малые потери, высокая стабильность диэлектрика. Металлопроводящие структуры нанесены посредством известного способа покрытия, к примеру термическое напыление металла на пригодный для высоких частот материал подложки, и структурированы посредством известного способа структурирования, к примеру литографии и травления. Структурирование проводящей структуры предпочтительно осуществлено таким образом, что фрагменты проводящей структуры имеют по возможности одинаковую краевую зону, так как разрыва материала и в форме могут вызывать в высокочастотной технике сильные помехи в поведении сигнала. Для механической стабилизации в большинстве случаев очень тонкой высокочастотной подложки она совместно со структурированными фрагментами проводящей структуры помещается на материал носителя. Этим материалом носителя может быть, к примеру, простая плата из эпоксидной смолы, которая применяется в низкочастотной технике.

Предпочтительный вариант выполнения решения в соответствии с изобретением предлагает, чтобы высокочастотная подложка изготавливалась, по меньшей мере, из материала группы синтетических или керамических материалов. Эти группы материалов имеют идеальные электромагнитные свойства для высокочастотной техники и химически устойчивы, экономичны и просты в изготовлении. Среди синтетических материалов при этом особо следует назвать частично кристаллический синтетический материал Polyetheretherketon (PEEK) и группу фторопластов, таких, к примеру, как Polytetrafluorethylen (PTFE) или тефлон, Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), а среди керамик группу LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics). Эти материалы имеют те преимущества, что они уже с давнего времени обосновались в высокочастотной технике, и что они обладают химическими и физическими свойствами, такими, к примеру, как химическая устойчивость и термостойкость, которые важны в измерительной технике процессов.

Согласно благоприятному варианту выполнения устройства в соответствии с изобретением поднимается вопрос о том, что переход высокочастотных сигналов от проводящей структуры на муфту коаксиального разъема выполнен отрывочным или непрерывным и что между проводящей структурой и муфтой коаксиального разъема выполнен электрический контакт посредством зажимного устройства, сварки и/или пайки. Переход сигнала из копланарной проводящей системы происходит непрерывно или отрывочно на стандартизированную муфту коаксиального разъема или на другую конструктивную форму планарного волновода. Непрерывный переход осуществляется таким образом, что внутренняя проводка муфты коаксиального разъема устойчиво согласуется с геометрией планарного волновода. Благодаря этому возникает только незначительный геометрический скачок, который вызывает на проводках незначительные отражения. Постоянный переход имеет по вышеуказанным причинам большую ширину полосы частот, да и большие габариты. Электрическое контактирование, по меньшей мере, этих двух типов перехода от одной структуры к другой структуре выполняется посредством зажимного устройства, посредством сварки и/или посредством пайки. Зажимное устройство выполнено как пружина и/или винт, который с определенным усилием прижимает присоединительные элементы, к примеру муфту коаксиального разъема на планарные структуры волновода.

Предпочтительным вариантом выполнения решения в соответствии с изобретением является то, что бесступенчатый переход волнового сопротивления в зоне перехода симметричной копланарной проводки выполнен на микрополосковую проводку. Эта зона перехода имеет зависящую от места ширину проводящей структуры, к примеру коническую по природе. Посредством подходящего выбора функции, зависящей от места ширины проводящей структуры, можно добиться перехода волнового сопротивления с малыми отражениями для больших ширин полосы частот сигнала.

Особо предпочтительный вариант решения в соответствии с изобретением можно усмотреть в том, что между выбранными фрагментами проводящей структуры установлено межслойное соединение, которое вызывает кондуктивный переход сигнала между выбранными фрагментами проводящей структуры. *** Исходя из соображений схемотехники необходимо в существующей зоне стыковки, к примеру, в которой в отверстие вставляется металлическая втулка или штифт и/или создается паяльный мостик, посредством межслойного контактирования создать проводящее соединение. Оформление зон фрагментов вокруг межслойного соединения и самого межслойного соединения выполнено таким образом, что волновое сопротивление соответствующего геометрического скачка выровнено для определенной частотной зоны. Поэтому, не происходит никаких значительных отражений сигнала в месте межслойного соединения.

Следующий особо предпочтительный вариант выполнения решения в соответствии с изобретением предлагает, что устройство интегрировано в измерительный прибор, который через передающее и/или приемное устройство излучает высокочастотный сигнал в открытую или закрытую пространственную систему и/или принимает высокочастотный сигнал из открытой или закрытой пространственной системы и что посредством замера времени пробега посланного высокочастотного сигнала определяет уровень заполнения загружаемым материалом, причем высокочастотный сигнал является микроволновым сигналом. Это устройство может, к примеру, использоваться в технике измерения процессов для измерительного прибора, посредством которого определяется уровень заполнения. У таких измерительных приборов находящиеся в пространстве процесса (резервуар, бункер) части измерительного прибора, такие, к примеру, как антенна или ее корпус, по причинам взрывозащиты уместно помещать на потенциал земли, чтобы не произошло разряда искры зажигания на антенне. Если опорный потенциал измерительного прибора отличается от потенциала земли, течет искажающий уравнительный ток. Посредством гальванического разделения этот уравнительный ток парализуется между опорными потенциалами.

Изобретение и выбранные примеры вариантов выполнения более подробно разъясняются на основании нижеследующих чертежей. С целью упрощения идентичные детали предусмотрены на чертежах под одними и теми же обозначениями. Чертежи представляют:

Фиг.1 схематичное изображение в общем виде смонтированного на резервуаре измерительного прибора с устройством для гальванического разделения,

Фиг.2 схематичное изображение гальванического разделения цепи передачи сигналов и с каждой стороны симметрично расположенных основных цепей,

Фиг.3 продольный разрез первого варианта выполнения гальванического разделения посредством копланарной проводящей техники,

Фи.4 продольный разрез второго варианта выполнения гальванического разделения посредством копланарной проводящей техники,

Фиг.5 общий вид в перспективе представленного на Фиг.3 первого варианта выполнения, и

Фиг.6 увеличенный фрагмент общего вида в перспективе представленного на Фиг.5 первого варианта выполнения.

На Фиг.1 представляется пример использования гальванического разделения с системой измерения процесса. Измерительный прибор 1 на Фиг.1, который смонтирован на резервуаре 4, определяет, к примеру, по методу измерений времени распространения, уровень 6 заполнения загружаемого материала 5 в резервуаре 4. Измерительный прибор 1 содержит передающее и/или приемное устройство 3, через которое в свободное пространство излучаются микроволновые сигналы 17, которые отражаются на поверхности резервуара 4 или на поверхности загружаемого материала 5 и по прошествии определенного времени распространения снова принимаются передающим и/или приемным устройством 3. Посредством времени распространения микроволновых сигналов 17 определяется уровень 6 заполнения загружаемого материала 5 в резервуаре 4. Перед блоком 27 регулировки/обработки результатов стоит задача вырабатывать микроволновые сигналы 17 и оценивать или метрологически перерабатывать принятый отраженный микроволновой сигнал 17. Это передающее и/или приемное устройство 3 посредством устройства 2 в соответствии с изобретением гальванически отделено от блока 27 регулировки/обработки, остальной электроники в измерительном приборе 1, подводки 26 энергоснабжения и полевой шины 25. Посредством гальванического разделения и заземления находящихся в процессе элементов образуется «самозащищенный» измерительный прибор 1, который исключает опасность искрообразования и, одновременно, опасность в результате нагрева электрических проводов, который может послужить причиной воспламенения определенной взрывоопасной атмосферы.

Предпочтительно в представленном случае речь идет о двухпроводном измерительном приборе, у которого подводка 26 энергоснабжения и подводка полевой шины 25 совместно соединены в одну проводку, так что необходима только одна двухжильная проводка, чтобы обеспечивать измерительный прибор 1 энергией и, одновременно, делать возможной коммуникацию с удаленным пунктом управления.

Устройство 2 применимо как в свободно излучаемой радарной измерительной технике, так и в измерительной технике TDR с наведенными на волноводы высокочастотными сигналами 16. Измерительная техника TDR (Time Domian Reflectometry), которая не явно показана на Фиг.1, является альтернативным методом измерения уровня 6 заполнения в резервуаре 4. При данном методе измерения вдоль волновода в резервуар 4 направляются высокочастотные сигналы 16, которые на основании изменения значений диэлектрической проницаемости окружающей волновод среды отражаются обратно. Это изменение значений диэлектрической проницаемости окружающей волновод среды вызывается границей раздела фаз загружаемого материала 5 к воздуху в резервуаре. По разнице по времени, так называемому времени пробега, посланных высокочастотных сигналов 16 к принятым отраженным высокочастотным сигналам 16 на волноводе можно определить уровень 6 заполнения резервуара 4.

Фиг.2 представляет схематичное изображение троекратно выполненного гальванического разделения цепи 11 передачи сигнала и обеих основных цепей 12. Посредством многократного гальванического разделения самозащищенная зона II отделяется от несамозащищенной зоны I. Для упрощения взгляда на устройство 2 многократное гальваническое разделение или электромагнитная стыковка 10, символизированное через зоны 9 стыковки, представлено посредством трех последовательно включенных конденсаторов. В высокочастотной зоне перекрывающие друг друга зоны 9 стыковки фрагментов 8 обладают не только емкостными, но и индуктивными свойствами или особенностями, вследствие чего электромагнитная стыковка 10 должна устанавливаться посредством сложной схемы замещения с несколькими емкостями и несколькими индуктивностями.

Фиг.3 представляет продольный разрез в соответствии с обозначением А-В на Фиг.5 вдоль цепи 11 передачи сигнала с дополнительной структурой 20 носителя. Гальваническое разделение происходит в данном примере варианта выполнения через несколько фрагментов 8, которые попеременно или чередованием нанесены на обе стороны высокочастотной подложки и перекрываются пространственно, соответственно, с зоной 9 стыковки. Длина е зоны 9 стыковки составляет приблизительно lm/4, так как при такой длине е зоны 9 стыковки в идеальном случае не происходит никаких отражений высокочастотного сигнала 16 в конце фрагментов. Толщина d высокочастотной подложки 19 на основании оптимизированной электромагнитной стыковки 10 высокочастотных сигналов 16 в зонах 9 стыковки фрагментов 8 с частотой выше, чем 6 ГГц, установлена на маленькой lm/4, что в данном примере варианта выполнения соответствует высокочастотной подложке 19, к примеру, из тефлона, с толщиной d примерно 250 мкм.

Электрический переход 24 от планарного фрагмента 8 на присоединительный элемент муфты 22 коаксиального разъема осуществляется посредством пайки, зажима или сварки обеих структур. Этот переход 24 может осуществляться отрывочно, вследствие чего происходит геометрический скачок в проводящей структуре 7, который вызывает отражения на проводящей структуре 7, или изменяет волновое сопротивление проводящей структуры 7. Этих отрицательных эффектов помех можно избежать, если фрагмент 8 проводящей структуры 7 или, к примеру, внутренний проводник муфты 22 коаксиального разъема сам имеет постоянный переход 24 структуры, посредством чего достигаются слабо отраженные переходы волнового сопротивления с большими ширинами полос частот. В представленном случае общая конструкция проводящей структуры 7 предпочтительно выполнена совместно с оставшейся высокочастотной электроникой 27 на той же высокочастотной подложке 19. Под оставшейся высокочастотной электроникой 27 понимается часть блока регулировки и/или обработки результатов, которая вырабатывает и/или метрологически перерабатывает высокочастотные сигналы 16 или микроволновые сигналы 17. Эта высокочастотная подложка 19, включая проводящую структуру 7, муфту 22 коаксиального разъема и оставшуюся высокочастотную электронику 27, установлена на структуру 20 носителя. Устройство 2 и высокочастотная электроника 27, к примеру, совместно наклеиваются на низкочастотную плату, так как, к примеру, плата толщиной примерно 250 мкм из тефлона не является механически стабильной. Если же в качестве материала для высокочастотной подложки 19 используется керамика, к примеру, LTCC, то можно отказаться от дополнительной структуры 20 носителя, так как этот слой 18 подложки самостоятельно имеет хорошую механическую стабильность.

Данный пример варианта выполнения многократного гальванического разделения можно изготовить очень просто, так как сборка данной копланарной проводящей структуры 7 выполняется на высокочастотной подложке совместно с высокочастотной электроникой 27. Изготовление проводящей структуры 7 может, поэтому, производиться совместно со стандартизованным процессом изготовления остальных проводящих элементов высокочастотной электроники или блока 27 регулировки/обработки результатов. Только посредством процесса структурирования проводящих структур 7 и изготовления межслойного соединения 21 гальваническое разделение осуществляется просто, что ведет к значительному сокращению расходов, так как не применяются никакие дополнительные конструктивные элементы и производственные процессы для преобразования гальванического разделения. Преимуществом данного варианта выполнения гальванического разделения посредством проводящей структуры 7 является то, что данная конструкция имеет широкополосную характеристику полосового фильтра. Посредством симметричной копланарной линии 13 передачи достигаются широкополосные передачи полосового фильтра свыше 15% средней частоты или средней длины волны lm. Кроме того, копланарная линия 13 передачи в противоположность другим планарным волноводам, как, например, микрополосковым линиям 15 передачи, имеет намного меньшую дисперсию, то есть скорость распространения электромагнитных волн в среде только незначительно зависит от длины волны или от частоты. Это очень предпочтительно, так как дисперсия приводит к различиям во времени распространения высокочастотных сигналов 16 на планарных волноводах в зависимости от частоты, вследствие чего было бы невозможно измерение времени распространения с помощью широкополосного микроволнового импульса, так как принятый измеряемый сигнал из-за различных скоростей распространения компонентов микроволнового импульса не может быть однозначно сопоставлен времени или участку пути.

На Фиг.4 представлен второй вариант выполнения гальванического разделения в продольном разрезе. В данном варианте выполнения отказываются от межслойного соединения 21 через высокочастотную подложку 19, однако при этом необходима многослойная конструкция слоя 18 подложки, который делает изготовление проводящих структур 7 более дорогостоящим. Следующим преимуществом является то, что место, которое требуется для многократной электромагнитной стыковки 10, при многослойном выполнении высокочастотной подложки 19, меньше. Само собой разумеется, что можно принимать во внимание еще множество других вариантов выполнения с одним или несколькими слоями подложки.

На Фиг.5 можно увидеть вид в перспективе первого варианта выполнения, который делает возможным гальваническое разделение между самозащищенной зоной и самонезащищенным прибором.

Конструкция разъясняется на основании характеристики записанного высокочастотного сигнала 16 или микроволнового сигнала 17. Высокочастотный сигнал 16 или микроволновой сигнал 17 от высокочастотной электроники или блока 27 регулировки/обработки результатов, который, к примеру, перемещался в технике микрополосковой линии 15 передачи, через межслойное соединение 21 цепи 12 передачи сигнала переводится в копланарную линию 13 передачи. Чтобы эту отрывочную обремененную отражениями переходную зону 14 высокочастотного сигнала 16 смягчить посредством геометрического скачка планарных волноводов на месте межслойного соединения 21, был выполнен бесступенчатый переход волнового сопротивления или плавный волноводный переход 28 в цепи 11 передачи сигнала копланарной линии 13 передачи, который делает возможным слабо отраженный переход волнового сопротивления высокочастотного сигнала 16 с большой шириной полосы частот. Цепь 11 передачи сигнала и обе основные цепи 12 проходят параллельно рядом друг с другом по нижней стороне высокочастотной подложки 19 и создают копланарную линию 13 передачи. На верхней стороне высокочастотной подложки 19 установлены, соответственно, другие фрагменты 8, так что фрагменты 8 проводящей структуры 7 на различных сторонах высокочастотной подложки 19 образуют пространственно разделенные зоны стыковки. Через эти зоны стыковки, которые на длине е, равной lm/4, перекрываются, высокочастотные сигналы 16 электромагнитно вводятся, соответственно, в противолежащий фрагмент 8. Длина е зон 9 стыковки установлена приблизительно равной lm/4, так как электромагнитное поле не отрывочно заканчивается фрагментом 8 проводящей структуры 7, и через lm/4-трансформацию холостого хода открытого конца фрагментов 8 проводящей структуры 7 возникает электромагнитное короткое замыкание между обеими перекрытыми зонами 9 стыковки. Ширина b зон 9 стыковки выполнена таким способом, что посредством отрывочного изменения ширины b фрагментов 8 в районе зоны 9 стыковки происходит скачок волнового сопротивления. Такие скачки волнового сопротивления необходимы в качестве трансформаций полного сопротивления, чтобы согласовать полное сопротивление фрагментов 8 с полным сопротивлением электромагнитной стыковки 10 через диэлектрический материал высокочастотной подложки 19. Эти электромагнитные стыковки 10 выполнены многократно, к примеру, в первом и втором вариантах выполнения троекратно. На последних фрагментах 8 симметричной копланарной линии 14 передачи показан отрывочный электрический переход 24 на муфту 22 коаксиального разъема. Этот электрический контакт 23 подсоединений муфты 22 коаксиального разъема может производиться множеством различных способов, которые все имеют свои недостатки и преимущества. К примеру, можно выполнять пайку, зажим или сварку, которая соединяет планарную структуру волновода с подсоединениями муфты 22 коаксиального разъема. По причинам согласования волнового сопротивления отрывочный нагруженный отражениями переход 24 волновых структур может быть выполнен, соответственно, посредством постоянного, слабо отраженного перехода 24 фрагментов 8 или присоединений муфты 22 коаксиального разъема.

На Фиг.6 показан обозначенный на Фиг.5 буквой С фрагмент, который представлен с увеличением зоны 9 стыковки фрагментов 8 проводящей структуры 7. На данном чертеже четко изображены зоны 9 стыковки фрагментов 8 проводящей структуры 7. На чертеже можно увидеть изменения ширин b фрагментов 8 в зонах 9 стыковок. Эти геометрические скачки посредством изменений ширины b фрагментов 8 образуют высокочастотные технически видимые скачки волнового сопротивления, которые используются в качестве трансформаций полного сопротивления. Посредством трансформаций полного сопротивления полное сопротивление фрагментов 8 согласовывается с полным сопротивлением электромагнитной стыковки 10 через диэлектрический материал высокочастотной подложки 19.

Claims (9)

1. Устройство (2) для передачи широкополосных высокочастотных сигналов (16) средней длины волны (lm) с проводящей структурой (7), которая имеет, по меньшей мере, одну цепь (11) передачи сигнала и две симметрично расположенные относительно цепи (11) передачи сигнала основные цепи (12), которые совместно образуют копланарную линию 13 передачи, причем проводящая структура (7) расположена на двух противолежащих сторонах, по меньшей мере, одного диэлектрического слоя (18) подложки заданной толщины (d), с возможностью образования гальванического разделения, которое в заданных зонах (9) стыковки с пространственным разделением посредством диэлектрического слоя перекрывается, причем зоны (9) стыковки проводящей структуры (7) в качестве гальванического разделения обеспечивают передачу высокочастотных сигналов (16) через электромагнитную стыковку (10), отличающееся тем, что толщина (d) слоя (18) подложки меньше, чем lm/4, и, по меньшей мере, три зоны (9) стыковки проводящей структуры (7) в качестве гальванического разделения, по меньшей мере, с тремя электромагнитными стыковками (10) расположены последовательно друг за другом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводящая структура (7) имеет несколько фрагментов (8), которые перемежающимся образом установлены на обе стороны слоя (18) подложки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина (b), длина (е) зон (9) стыковки проводящей структуры (7) и/или ширина (d) слоя (18) подложки выполнена таким образом, что электромагнитная стыковка (10) высокочастотных сигналов (16) через зоны (9) стыковки максимальна, и волновое сопротивление проводящей структуры (7) согласовано.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что слой (18) подложки образует высокочастотную подложку (19), причем высокочастотная подложка (19) с нанесенной проводящей структурой (7) установлена, по меньшей мере, на одной структуре (20) носителя.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что высокочастотная подложка (19) выполнена, по меньшей мере, из одного материала группы синтетических материалов или керамики.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переход (24) высокочастотных сигналов (16) от проводящей структуры (7) на муфту (22) коаксиального разъема выполнен отрывочным или непрерывным и, что между проводящей структурой (7) и муфтой (22) коаксиального разъема образован электрический контакт (23) посредством зажимного устройства, сварки и/или пайки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бесступенчатый переход (28) волнового сопротивления образован в зоне (14) перехода симметричной копланарной линии (13) передачи на микрополосковую линию (15) передачи.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между выбранными фрагментами (8) проводящей структуры (7) установлено межслойное соединение (21), которое вызывает кондукционный переход сигнала между выбранными фрагментами (8) проводящей структуры (7).

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство (2) интегрировано в измерительный прибор (1), который через передающее и/или приемное устройство (3) излучает высокочастотные сигналы (16) в открытую или закрытую пространственную систему (4) и/или принимает высокочастотные сигналы (16) из открытой или закрытой пространственной системы (4), и который посредством замера времени пробега посланных высокочастотных сигналов (16) определяет уровень (6) заполнения загружаемым материалом (5), причем, высокочастотные сигналы (16) являются микроволновыми сигналами (17).

Images