RU2486640C1 - Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load - Google Patents

Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load Download PDF

Info

Publication number
RU2486640C1
RU2486640C1 RU2012100178/08A RU2012100178A RU2486640C1 RU 2486640 C1 RU2486640 C1 RU 2486640C1 RU 2012100178/08 A RU2012100178/08 A RU 2012100178/08A RU 2012100178 A RU2012100178 A RU 2012100178A RU 2486640 C1 RU2486640 C1 RU 2486640C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
microstrip
waveguide channel
probe
channel
Prior art date
Application number
RU2012100178/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Максимович Ермаков
Виктор Владимирович Лысенко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС")
Priority to RU2012100178/08A priority Critical patent/RU2486640C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2486640C1 publication Critical patent/RU2486640C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: waveguide-microstrip junction with a below-cutoff load, wherein a microstrip board is buried in an input waveguide channel with a rectangular cross-section perpendicular to its longitudinal axis, and a microstrip probe is deposited thereon, the probe being buried in the wide wall of the waveguide channel. Energy is output from the waveguide channel through an output microstrip line connected to the probe, which passes through an opening in the wide wall of the waveguide channel; furthermore, the waveguide-microstrip junction has a blade-type dielectric insert which forms a junction from the air waveguide channel to the dielectric-filled waveguide channel of a smaller cross-section, wherein the dielectric-filled waveguide is loaded by a below-cutoff waveguide load.
EFFECT: wider operating frequency band of the junction while maintaining the transfer constant.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) радиотехники, а более конкретно к устройствам переноса энергии на волноводных и микрополосковых линиях, и может быть использовано в измерительной технике, приемных и передающих устройствах СВЧ, антенной технике.The invention relates to the field of microwave (microwave) radio engineering, and more particularly to energy transfer devices on waveguide and microstrip lines, and can be used in measuring equipment, microwave transmitting and receiving devices, antenna technology.

Известен волноводно-микрополосковый переход (ВМП), в котором микрополосковая подложка с микрополосковой линией (МПЛ) погружена в запредельный волноводный тракт, соединенный с входным диэлектрическим волноводным каналом аналогичного сечения, по продольной оси волноводного тракта [Bharj Sarjit S. Evanscent mode waveguide to microstrip transition // Microwave Journal. - 1983, Февраль]. Эта конструкция имеет следующие недостатки: нерациональное положение микрополосковой линии в волноводном тракте затрудняет ее согласование, этот переход имеет узкую рабочую полосу частот (~15%), высокие собственные потери перехода (до 1 дБ на центральной частоте 10 ГГц).Known waveguide-microstrip transition (VMP), in which a microstrip substrate with a microstrip line (MPL) is immersed in the transcendental waveguide path connected to the input dielectric waveguide channel of a similar cross section along the longitudinal axis of the waveguide path [Bharj Sarjit S. Evanscent mode waveguide to microstrip transition // Microwave Journal. - 1983, February]. This design has the following disadvantages: the irrational position of the microstrip line in the waveguide path makes it difficult to match, this transition has a narrow working frequency band (~ 15%), high intrinsic loss of the transition (up to 1 dB at the central frequency of 10 GHz).

Известна конструкция ВМП из прямоугольного волноводного канала на МПЛ [Б.Н.Буданов, А.Я.Ильин, Е.И.Черненко. Измерительные переходные устройства для СВЧ интегральных схем // Электронная техника. Сер 1. Электроника СВЧ. - 1975. - Вып.2. с.76-80], взятая за прототип. В данной конструкции для переноса энергии используется отрезок прямоугольного волновода, нагруженного на реактивную нагрузку (короткозамкнутый четвертьволновый шлейф). Связь волновода с МПЛ осуществляется при помощи зонда, представляющего собой продолжение микрополоскового проводника МПЛ, размещенного на диэлектрической подложке и погруженного через щель в широкой стенке. Эффективность переноса энергии определяется ориентированием зонда на микрополосковой плате относительно волноводных стенок, его размерами, а также длиной короткозамыкающей нагрузки. Для улучшения согласования длина короткозамыкающей нагрузки подбирается равной около четверти длины волны в волноводном тракте на частоте, где требуется наилучшее согласование. Эта конструкция обладает следующим недостатком: резонансный характер короткозамыкающей нагрузки сильно ограничивает ширину рабочей полосы частот устройства (около 25-30% на 40 ГГц).The known design of the VMP from a rectangular waveguide channel on the MPL [B.N. Budanov, A.Ya. Ilyin, E.I. Chernenko. Measuring transition devices for microwave integrated circuits // Electronic Engineering. Ser 1. Electronics microwave. - 1975. - Issue 2. p. 76-80], taken as a prototype. In this design, a segment of a rectangular waveguide loaded on a reactive load (short-circuited quarter-wave loop) is used for energy transfer. The waveguide is connected with the MPL using a probe, which is a continuation of the MPL microstrip conductor, placed on a dielectric substrate and immersed through a gap in a wide wall. The energy transfer efficiency is determined by the orientation of the probe on the microstrip board relative to the waveguide walls, its dimensions, and also the length of the short-circuit load. To improve matching, the short-circuit load length is selected equal to about a quarter of the wavelength in the waveguide path at a frequency where the best matching is required. This design has the following disadvantage: the resonant nature of the short-circuit load greatly limits the width of the working frequency band of the device (about 25-30% at 40 GHz).

Целью изобретения является увеличение рабочей полосы частот перехода при сохранении величины коэффициента передачи.The aim of the invention is to increase the working frequency band of the transition while maintaining the magnitude of the transmission coefficient.

Для достижения указанной цели предлагается волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой, в котором микрополосковая плата погружена во входной волноводный канал прямоугольного сечения перпендикулярно его продольной оси и на нее нанесен микрополосковый зонд, погруженный в широкую стенку волноводного канала, при этом энергия из волноводного канала выводится через выходную микрополосковую линию, соединенную с зондом, проходящую через отверстие в широкой стенке волноводного канала.To achieve this goal, a micro-strip waveguide transition with an overload load is proposed, in which a microstrip board is immersed in a rectangular input waveguide channel perpendicular to its longitudinal axis and a microstrip probe is immersed in it, immersed in a wide waveguide channel wall, while the energy from the waveguide channel is output through microstrip output line connected to the probe passing through an opening in a wide wall of the waveguide channel.

Согласно изобретению, он содержит диэлектрическую вставку ножевого типа, образующую переход с воздушного волноводного канала на волноводный канал с диэлектрическим заполнением меньшего сечения, при этом волновод с диэлектрическим заполнением нагружается на запредельную волноводную нагрузку.According to the invention, it contains a knife-type dielectric insert forming a transition from an air waveguide channel to a waveguide channel with a dielectric filling of a smaller cross section, while the waveguide with dielectric filling is loaded on the transcendent waveguide load.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого волноводно-микрополоскового перехода с запредельной нагрузкой из литературы не известны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed waveguide-microstrip junction with a transcendental load are not known from the literature, therefore it meets the criteria of novelty and inventive step.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the device.

На фиг.2 показана топология верхнего слоя микрополосковой платы.Figure 2 shows the topology of the upper layer of the microstrip board.

На фиг.1 изображены входной волноводный канал прямоугольного сечения (1), плавный переход с диэлектрической вставкой ножевого типа (2), микрополосковая плата (3), микрополосковый зонд (4), нанесенный на микрополосковую плату (3), выходная микрополосковая линия (5), соединенная с микрополосковым зондом (4), и запредельная волноводная нагрузка (ЗВН) (6).Figure 1 shows the input waveguide channel of rectangular cross section (1), a smooth transition with a knife-type dielectric insert (2), a microstrip board (3), a microstrip probe (4) deposited on a microstrip board (3), and an output microstrip line (5 ) connected to the microstrip probe (4) and the transcendental waveguide load (ZVN) (6).

На фиг.2 изображены микрополосковая плата (3), погруженная перпендикулярно волноводному каналу, с нанесенным на нее зондом (4) и микрополосковая линия (5), соединенная с зондом (4).Figure 2 shows a microstrip board (3) immersed perpendicular to the waveguide channel with a probe (4) deposited on it and a microstrip line (5) connected to the probe (4).

Принцип работы такого ВМП основан на явлении полного синфазного отражения на границе раздела в волноводном канале двух сред с различной диэлектрической проницаемостью при неизменности сечения волноводного канала. ТЕ-волна входит в устройство через входной волноводный канал прямоугольного сечения (1), преобразуется в ТЕ-волну для диэлектрического волноводного канала меньшего сечения на диэлектрической вставке ножевого типа (2), после чего попадает в микрополосковую плату (3), погруженную перпендикулярно волноводному каналу, где наводится на микрополосковый зонд (4) и преобразуется в квази ТЕ-волну, которая выводится через выходную микрополосковую линию (5), соединенную с микрополосковым зондом (4). Не преобразованные микрополосковым зондом (4) остатки ТЕ-волны проходят в ЗВН (6), где в областях пучности магнитного поля испытывают синфазное отражение в объеме ЗВН и снова наводятся на микрополосковый зонд (4). В области ЗВН в данном изобретении, согласно уравнениям Максвелла, для прямоугольного волновода все составляющая Нх становится мнимой, что рождает волну, противоположную по направлению, но идентичную по фазе. Таким образом, волна, попавшая в ЗВН, возвращается в идентичной фазе, во всей области частот, где ЗВН все еще является запредельной. Для выполнения условия отражения необходимо, чтобы волна отразилась именно в объеме волноводного канала, поэтому длина ЗВН должна быть не менее половины длины волны в тракте, что соответствует области пучности магнитного поля во всей рабочей полосе частот.The principle of operation of such a HFM is based on the phenomenon of total in-phase reflection at the interface in the waveguide channel of two media with different dielectric constants, while the cross section of the waveguide channel remains unchanged. A TE wave enters the device through an input waveguide channel of rectangular cross section (1), is converted into a TE wave for a dielectric waveguide channel of a smaller cross section on a knife-type dielectric insert (2), and then it enters a microstrip board (3) immersed perpendicular to the waveguide channel where it is directed to the microstrip probe (4) and converted into a quasi TE wave, which is output through the microstrip output line (5) connected to the microstrip probe (4). The remnants of the TE wave that are not transformed by the microstrip probe (4) pass into the ZVN (6), where in the antinode regions of the magnetic field they are in-phase reflected in the volume of the ZVN and are again guided to the microstrip probe (4). In the area of ZVN in this invention, according to the Maxwell equations, for a rectangular waveguide, the entire component of H x becomes imaginary, which gives rise to a wave that is opposite in direction but identical in phase. Thus, the wave that has entered the ZVN returns in an identical phase, in the entire frequency range, where the ZVN is still transcendental. To fulfill the reflection condition, it is necessary that the wave is reflected precisely in the volume of the waveguide channel, therefore, the length of the explosive wave should be at least half the wavelength in the path, which corresponds to the antinode region of the magnetic field in the entire working frequency band.

Расчетные потери перехода составляют не более 0,5 дБ в полосе частот 28-48 ГГц (~52%).The estimated transition loss is not more than 0.5 dB in the frequency band 28-48 GHz (~ 52%).

Таким образом изобретение позволяет увеличить рабочую полосу частот при сохранении коэффициента передачи по сравнению с прототипом.Thus, the invention allows to increase the working frequency band while maintaining the transmission coefficient compared with the prototype.

Claims (1)

Волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой, в котором микрополосковая плата погружена во входной волноводный канал прямоугольного сечения перпендикулярно его продольной оси, и на нее нанесен микрополосковый зонд, погруженный в широкую стенку волноводного канала, при этом энергия из волноводного канала выводится через выходную микрополосковую линию, соединенную с зондом, проходящую через отверстие в широкой стенке волноводного канала, отличающийся тем, что содержит диэлектрическую вставку ножевого типа, образующую переход с воздушного волноводного канала на волноводный канал с диэлектрическим заполнением меньшего сечения, при этом волновод с диэлектрическим заполнением нагружается на запредельную волноводную нагрузку. A waveguide-microstrip junction with an overwhelming load, in which a microstrip board is immersed in a rectangular input waveguide channel perpendicular to its longitudinal axis, and a microstrip probe immersed in a wide wall of the waveguide channel is applied to it, while the energy from the waveguide channel is output through the microstrip output line, connected to the probe passing through an opening in a wide wall of the waveguide channel, characterized in that it contains a knife-type dielectric insert forming Navigate to Air waveguide channel waveguide channel filling with the dielectric smaller cross-section, wherein the waveguide is filled with a dielectric loaded waveguide at exorbitant load.
RU2012100178/08A 2012-01-10 2012-01-10 Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load RU2486640C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100178/08A RU2486640C1 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012100178/08A RU2486640C1 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2486640C1 true RU2486640C1 (en) 2013-06-27

Family

ID=48702430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012100178/08A RU2486640C1 (en) 2012-01-10 2012-01-10 Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2486640C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600506C1 (en) * 2015-10-02 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит" Waveguide-microstrip junction

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1735945A1 (en) * 1989-12-11 1992-05-23 Предприятие П/Я А-7122 Waveguide-to-microstrip adapter
SU1739411A1 (en) * 1989-12-28 1992-06-07 Научно-исследовательский институт радиостроения Waveguide-microstrip junction
RU4635U1 (en) * 1994-11-09 1997-07-16 Воронков Владимир Антонович SEALED WAVEGUIDE-MICRO-STRIP TRANSITION
RU93588U1 (en) * 2009-12-09 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" WAVE-MICRO-STRIP TRANSITION
EP2197072A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-16 Toko, Inc. Dielectric waveguide-microstrip transition structure
US20100225410A1 (en) * 2009-03-09 2010-09-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Waveguide to microstrip transition

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1735945A1 (en) * 1989-12-11 1992-05-23 Предприятие П/Я А-7122 Waveguide-to-microstrip adapter
SU1739411A1 (en) * 1989-12-28 1992-06-07 Научно-исследовательский институт радиостроения Waveguide-microstrip junction
RU4635U1 (en) * 1994-11-09 1997-07-16 Воронков Владимир Антонович SEALED WAVEGUIDE-MICRO-STRIP TRANSITION
EP2197072A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-16 Toko, Inc. Dielectric waveguide-microstrip transition structure
US20100225410A1 (en) * 2009-03-09 2010-09-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Waveguide to microstrip transition
RU93588U1 (en) * 2009-12-09 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" WAVE-MICRO-STRIP TRANSITION

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600506C1 (en) * 2015-10-02 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит" Waveguide-microstrip junction
WO2017058060A1 (en) * 2015-10-02 2017-04-06 Алексей Андреевич АРТЕМЕНКО Waveguide-to-microstrip transition
US10693209B2 (en) 2015-10-02 2020-06-23 Limited Liability Company “Radio Gigabit” Waveguide-to-microstrip transition with through holes formed through a waveguide channel area in a dielectric board

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Double Microstrip-Slot Transitions for Broadband ${\pm} 90^{\circ} $ Microstrip Phase Shifters
Kazemi et al. Development of an ultra wide band GCPW to SIW transition
Sellal et al. Design and implementation of a substrate integrated waveguide phase shifter
Xu et al. Switchable substrate integrated waveguide
Sarhadi et al. Wideband substrate integrated waveguide power splitter with high isolation
Parment et al. Air-filled SIW transmission line and phase shifter for high-performance and low-cost U-Band integrated circuits and systems
Caballero et al. A novel transition from microstrip to a substrate integrated waveguide with higher characteristic impedance
Chen et al. Substrate integrated waveguide with corrugated wall
Franc et al. Compact high-Q, low-loss mmW transmission lines and power splitters in RF CMOS technology
Senior et al. A surface micromachined broadband millimeter-wave filter using quarter-mode substrate integrated waveguide loaded with complementary split ring resonator
Mansouree et al. Planar magic-tee using substrate integrated waveguide based on mode-conversion technique
Keltouma et al. Design and characterization of tapered transition and inductive window filter based on Substrate Integrated Waveguide technology (SIW)
Jiang et al. A broadband waveguide to substrate integrated coaxial line (SICL) transition for W-band applications
RU2486640C1 (en) Waveguide-microstrip junction with below-cutoff load
Ali et al. Wideband two-layer SIW coupler: design and experiment
Ali et al. Compact wideband double-layer half-mode substrate integrated waveguide 90 coupler
El Gibari et al. A comparative study between via-hole and via-free grounded coplanar waveguide to microstrip transitions on thin polymer substrate
Zhang et al. Broadband transition between double-sided parallel-strip line and coplanar waveguide
Acri et al. BenzoCycloButene-based in-package substrate integrated waveguides for sub-THz applications
Hammou et al. V-band microstrip to standard rectangular waveguide transition using a substrate integrated waveguide (SIW)
Djerafi et al. Antipodal fin-line waveguide to substrate integrated waveguide transition
Zhang et al. E-band “T” shape transitions between substrate integrated waveguide and standard waveguide
Nguyen et al. Half-mode slab air-filled substrate integrated waveguide (SAFSIW)
Stec et al. Quadrature hybrid coupler with two broadside coupled microstrip-slot lines
Kim et al. 60GHz substrate integrated waveguide balun

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180111