RU2600506C1 - Волноводно-микрополосковый переход - Google Patents

Волноводно-микрополосковый переход Download PDF

Info

Publication number
RU2600506C1
RU2600506C1 RU2015141953/28A RU2015141953A RU2600506C1 RU 2600506 C1 RU2600506 C1 RU 2600506C1 RU 2015141953/28 A RU2015141953/28 A RU 2015141953/28A RU 2015141953 A RU2015141953 A RU 2015141953A RU 2600506 C1 RU2600506 C1 RU 2600506C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
microstrip
dielectric board
dielectric
transition according
Prior art date
Application number
RU2015141953/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Олег Валерьевич Сойкин
Владимир Николаевич Ссорин
Андрей Викторович Можаровский
Алексей Андреевич Артеменко
Роман Олегович Масленников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит"
Priority to RU2015141953/28A priority Critical patent/RU2600506C1/ru
Priority to US15/765,432 priority patent/US10693209B2/en
Priority to PCT/RU2016/000659 priority patent/WO2017058060A1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2600506C1 publication Critical patent/RU2600506C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107Hollow-waveguide/strip-line transitions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/04Fixed joints
    • H01P1/042Hollow waveguide joints
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas
    • H01Q13/106Microstrip slot antennas

Landscapes

  • Waveguides (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники и может быть использовано в измерительной технике и антенных системах, а также в различных устройствах систем беспроводной связи и радаров. Техническим результатом из обретения является снижение уровня потерь прохождения сигнала и увеличение рабочей полосы частот при низком коэффициенте отражения волны волноводно-микропослокового перехода. Волноводно-микрополосковый переход содержит подводящий волноводный отрезок со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал, короткозамкнутый волноводный отрезок с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал, и диэлектрическую плату, расположенную между волноводными отрезками. При этом на верхней поверхности диэлектрической платы расположены микрополосковая линия передачи, микрополосковый зонд, являющийся продолжением микрополосковой линии, и контактный металлический слой вокруг микрополоскового зонда, не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом и микрополосковой линией передачи и образующий на диэлектрической плате внутреннюю область, являющуюся областью волноводного канала. При этом на контактном металлическом слое расположен короткозамкнутый волноводный отрезок, имеющий прорезь в области микрополосковой линии передачи, а на нижней поверхности диэлектрической платы вокруг области волноводного канала расположен заземляющий металлический слой, на котором расположен подводящий волноводный отрезок. Причем по периметру вокруг области волноводного канала в металлических слоях и в диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие, а внутри области волноводного канала на диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники, а именно к волноводно-микрополосковым переходам, обеспечивающим передачу электромагнитной энергии между металлическим волноводом и микрополосковой линией передачи на диэлектрической плате. Изобретение может быть использовано в измерительной технике и антенных системах, а также в различных устройствах систем беспроводной связи и радаров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Одна из тенденций развития современных систем связи связана с расширением диапазона используемых частот при одновременном увеличении значения несущей частоты в область миллиметровых длин волн. В миллиметровой части электромагнитного спектра (30-300 ГГц) уже сегодня функционируют такие приложения, как локальные системы радиосвязи внутри помещений, радиорелейные линии связи, автомобильные радары, устройства радиовидения и др. Например, в системах радиосвязи при переходе в миллиметровый диапазон длин волн обеспечивается значительное увеличение скорости передачи данных вплоть до единиц и даже десятков гигабит в секунду.
Системы радиосвязи и радары миллиметрового диапазона получили широкое распространение только в последнее время благодаря эволюции полупроводниковых технологий и возможности реализации приемника и передатчика в виде интегральных микросхем вместо традиционных волноводных компонент отдельных функциональных блоков. Такие микросхемы обычно устанавливаются на диэлектрические платы, образуя полностью интегрированные устройства. Для связи микросхем на плате друг с другом и с другими устройствами наибольшее распространение получил интерфейс микрополосковых линий передачи. В то же время некоторые элементы (например, антенны) радиоустройств должны принципиально иметь волноводный интерфейс для обеспечения требуемых характеристик (например, в случае антенны, коэффициента усиления, малых потерь, а также и большего уровня излучаемой мощности).
Таким образом, для эффективного функционирования систем радиосвязи миллиметрового диапазона требуется эффективный переход с волноводного интерфейса на микрополосковую линию, который служит для передачи электромагнитного сигнала в любом направлении между волноводом и реализованной на диэлектрической плате пленарной линией передачи. Кроме систем радиосвязи и радаров такие переходы также находят применение и в СВЧ измерительной технике, где волноводы используются как линии передачи с минимальными потерями.
Основными требованиями к волноводно-микрополосковым переходам, используемым в современных системах миллиметрового диапазона длин волн, являются широкая рабочая полоса частот, малый уровень собственных потерь сигнала в переходе, низкая стоимость производства и максимальная простота конструкции для интеграции перехода в оконечное устройство.
Ниже рассмотрены некоторые известные структуры волноводно-микрополосковых переходов, которые могут использоваться в устройствах миллиметрового диапазона длин волн.
Известен (из "A Novel Waveguide-to-Microstrip Transition for Millimeter-Wave Module Applications" written by Villegas, F.J., Stones, D.I., Hung, H.A. published in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.: 47, Issue 1, Jan. 1999) волноводно-микрополосковый переход, основанный на применении ступенчатой структуры волноводного канала (так называемый "гребенчатый волновод"). Вдоль продольной оси подводящего волновода помещается диэлектрическая плата, на которой выполнена микрополосковая линия. Эта линия электрически соединена с наиболее высокой ступенькой гребенчатой структуры в волноводе. Недостатками данного перехода являются значительная сложность и, следовательно, стоимость изготовления гребенчатой волноводной структуры, а также сложность точного позиционирования диэлектрической платы в волноводном канале, что ухудшает рабочие характеристики перехода и их повторяемость. Данные недостатки особенно усугубляются с ростом рабочих частот перехода до миллиметрового диапазона.
В другом известном (из "Design of Wideband Waveguide to Microstrip Transition for 60 GHz Frequency Band" written by Artemenko A., Maltsev A., Maslennikov R., Sevastyanov A., Ssorin V., published in proc. of 41st European Microwave Conference, 10-13 Oct. 2011) волноводно-микрополосковом переходе реализованный на плате излучающий элемент помещается в раскрыве волноводного канала. При этом электромагнитная связь подводящей микрополосковой линии и излучающего элемента осуществляется посредством щелевой апертуры в металлическом слое земли микрополосковой линии. Особенностью такого перехода является узкий диапазон рабочих частот, что обусловлено резонансной структурой щелевой апертуры и излучающего элемента. Кроме того, для реализации рассмотренного волноводно-микрополоскового перехода требуется несколько слоев диэлектрика, что увеличивает его сложность и уменьшает устойчивость к неточностям изготовления. Также, наличие диэлектрической платы в области волноводного канала вносит дополнительные потери, связанные с диэлектрическими потерями сигнала в подложке.
Еще один волноводно-микрополосковый переход, основанный на перекрывающихся в Е-плоскости волновода микрополосковых лепестках, известен из "Wideband Tapered Antipodal Fin-Line Waveguide-to-Microstrip Transition for E-band Applications" written by Mozharovskiy A., Artemenko A., Ssorin V., Maslennikov R., Sevastyanov A., published in proc. of 43rd European Microwave Conference, 6-10 Oct. 2013. В данном переходе диэлектрическая плата, содержащая микрополосковую линию, помещена между образующими волноводный канал металлическими обкладками вдоль волноводного тракта. Следствием такого расположения является существенный уровень паразитного излучения с торца платы, что предопределяет увеличение собственных потерь волноводно-микрополоскового перехода. Кроме того, изготовление двух обкладок, формирующих волноводный канал, приводит к ужесточению требований на планарность и шероховатость совмещаемых поверхностей и, как следствие, увеличению стоимости изготовления рассмотренного перехода.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является волноводно-микрополосковый переход, раскрытый в US 6967542, опубл. 30.12.2004. Переход, известный из наиболее близкого аналога, содержит диэлектрическую плату с микрополосковой линией передачи и микрополосковым зондом, размещенную между подводящим волноводным отрезком и короткозамкнутым волноводным отрезком, которые содержат волноводные каналы одного сечения. Короткозамкнутый волноводный отрезок размещен с той стороны диэлектрической платы, на которой выполнены зонд и линия. В то же время подводящий волноводный отрезок, который часто является интерфейсом непосредственно устройства радиосвязи, имеющего большие габариты, расположен со стороны земленого экрана микрополосковой линии на плате. Подобное взаимное расположение элементов перехода обеспечивает наличие свободной области на плате, необходимой для размещения интегральных микросхем, соединяемых с микрополосковой линией. Подводящий волноводный отрезок может иметь произвольный фланец, который при размещении на диэлектрической плате обеспечивает электрический контакт волновода с земляным проводником микрополосковой линии передачи либо напрямую, либо посредством переходных отверстий в плате.
Недостатком наиболее близкого аналога является появление в переходе эквивалентной LC-цепочки (резонансного контура), образованной вышеуказанными волноводными отрезками и той части диэлектрической подложкой, которая расположена внутри волноводного канала. При этом резонансный характер данной цепочки ограничивает ширину рабочей полосы частот устройства. Как следствие, возникает необходимость в использовании дополнительных топологических элементов на плате, увеличивающих рабочий диапазон частот перехода. Например, в волноводно-микрополосковом переходе, известном из наиболее близкого аналога, для этой цели применяются: четвертьволновый микрополосковый трансформатор импеданса, различные согласующие отрезки микрополосковой линии и т.п., что значительно усложняет конструкцию перехода и снижает устойчивость к неточностям изготовления. Еще одним недостатком является увеличение потерь при распространении сигнала между волноводом и микрополосковой линией передачи, что обусловлено наличием диэлектрической подложки платы в области волноводного канала.
Таким образом, существует необходимость в разработке волноводно-микрополоскового перехода зондового типа с широкой рабочей полосой и низким уровнем потерь прохождения сигнала, структура которого не вносит паразитную емкостную составляющую импеданса между зондом и волноводным каналом. В таком переходе не требуется использование техник компенсации паразитной емкостной составляющей, что значительно упрощает его структуру и облегчает требования по точности изготовления и позиционирования платы с микрополосковой линией относительно волноводного канала.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей заявленного изобретения является разработка волноводно-микрополоскового перехода зондового типа с широкой рабочей полосой частот и низким уровнем потерь прохождения сигнала, структура которого не вносит паразитную емкостную составляющую импеданса между зондом и волноводным каналом.
Техническим результатом изобретения является снижение уровня потерь прохождения сигнала и увеличение рабочей полосы частот при низком коэффициенте отражения волны волноводно-микропослокового перехода.
Указанный технический результат достигается за счет того, что волноводно-микрополосковый переход содержит подводящий волноводный отрезок со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал, короткозамкнутый волноводный отрезок с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал и диэлектрическую плату, расположенную между волноводными отрезками. При этом на верхней поверхности диэлектрической платы расположены микрополосковая линия передачи, микрополосковый зонд, являющийся продолжением микрополосковой линии, и контактный металлический слой вокруг микрополоскового зонда, не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом и микрополосковой линией передачи и образующий на диэлектрической плате внутреннюю область, являющуюся областью волноводного канала. При этом на контактном металлическом слое расположен короткозамкнутый волноводный отрезок, имеющий прорезь в области микрополосковой линии передачи, а на нижней поверхности диэлектрической платы вокруг области волноводного канала расположен заземляющий металлический слой, на котором расположен подводящий волноводный отрезок. Причем по периметру вокруг области волноводного канала в металлических слоях и в диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие, а внутри области волноводного канала на диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие.
В диэлектрической плате и в металлических слоях выполнены металлизированные крепежные сквозные отверстия, выполненные с возможностью соединения платы с волноводными отрезками.
По меньшей мере одно металлизированное переходное сквозное отверстие выполнено с возможностью электрического соединения контактного металлического слоя и заземляющего металлического слоя с волноводными отрезками.
Диэлектрическая плата выполнена с возможностью содержать, по меньшей мере, два слоя диэлектрика, между которыми расположен заземляющий металлический слой, являющийся земляным проводником микрополосковой линии передачи.
Микрополосковый зонд имеет круглое, секториальное, прямоугольное или трапецеидальное продольное сечение.
Волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или эллиптическое поперечное сечение.
Закрытый волноводный канал имеет прямоугольное, круглое, или трапецеидальное продольное сечение.
На диэлектрической плате внутри области волноводного канала симметрично с каждой боковой стороны от микрополоскового зонда выполнено, по меньшей мере, по одному не металлизированному сквозному отверстию.
На диэлектрической плате внутри области волноводного канала выполнено не металлизированное сквозное отверстие с периметром, по существу совпадающим со всей областью волноводного канала, незанятой зондом.
Подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с рупорной антенной.
Подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с диплексером.
Диэлектрическая плата выполнена по технологии, выбранной из группы: технология печатных плат; технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики; технология лазерной переводной печати; тонкопленочная технология; технология жидкокристаллических полимеров.
Волноводные отрезки выполнены из диэлектрического материала, покрытого металлом.
Волноводные отрезки выполнены из металла.
Открытый и закрытый волноводные каналы частично или полностью заполнены диэлектрическим материалом.
На диэлектрической плате установлена микросхема, выполненная с возможностью электрического соединения с подводящей микрополосковой линией передачи при помощи технологии поверхностного монтажа.
В диэлектрической плате выполнен специальный паз, выполненный с возможностью установки в него микросхемы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - волноводно-микрополосковый переход с применением однослойной диэлектрической платы: а) общий вид волноводно-микрополоскового перехода; b) продольный разрез по оси АА′; с) вид сверху диэлектрической платы; d) вид снизу диэлектрической платы.
Фиг. 2 - волноводно-микрополосковый переход с применением диэлектрической платы, содержащей два слоя диэлектрика: а) общий вид волноводно-микрополоскового перехода; b) продольный разрез по оси АА′; с) вид сверху диэлектрической платы; d) вид сверху заземляющего металлического слоя, находящегося между двумя слоями диэлектрика в диэлектрической плате; е) вид снизу диэлектрической платы.
1 - диэлектрическая плата; 2 - подводящий волноводный отрезок; 3 - короткозамкнутый волноводный отрезок; 4 - микрополосковая линия передачи; 5 - микрополосковый зонд; 6 - открытый волноводный канал; 7 - закрытый волноводный канал; 8 - контактный металлический слой; 9 - область волноводного канала; 10 - прорезь; 11 - металлизированное переходное сквозное отверстие; 12 - не металлизированное сквозное отверстие; 13 - металлизированные крепежные сквозные отверстия; 14 - первый слой диэлектрика; 15 - второй слой диэлектрика; 16 - заземляющий металлический слой; 17 - крепежные отверстия подводящего волноводного отрезка; 18 - крепежные отверстия короткозамкнутого волноводного отрезка; 19 - крепежные элементы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Волноводно-микрополосковый переход содержит подводящий волноводный отрезок (2) со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал (6), короткозамкнутый волноводный отрезок (3) с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал (7) и диэлектрическую плату (1), расположенную между волноводными отрезками (2, 3). При этом на верхней поверхности диэлектрической платы (1) расположены микрополосковая линия передачи (4), микрополосковый зонд (5), являющийся продолжением микрополосковой линии (4), и контактный металлический слой (8) вокруг микрополоскового зонда (5), не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом (5) и микрополосковой линией передачи (4) и образующий на диэлектрической плате (1) внутреннюю область, являющуюся областью (9) волноводного канала. При этом на контактном металлическом слое (8) расположен короткозамкнутый волноводный отрезок (3), имеющий прорезь (10) в области микрополосковой линии передачи (4), а на нижней поверхности диэлектрической платы (1) вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16), на котором расположен подводящий волноводный отрезок (2). Причем по периметру вокруг области (9) волноводного канала в металлических слоях (8, 16) и в диэлектрической плате (1) выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие (11), а внутри области (9) волноводного канала на диэлектрической плате (1) выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие (12).
В диэлектрической плате (1) и в металлических слоях (8, 16) выполнены металлизированные крепежные сквозные отверстия (13), выполненные с возможностью соединения платы (1) с волноводными отрезками (2, 3).
По меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие (11) выполнено с возможностью электрического соединения контактного металлического слоя (8) и заземляющего металлического слоя (16) с волноводными отрезками (2, 3).
Диэлектрическая плата, выполнена с возможностью содержать, по меньшей мере, два слоя диэлектрика (14, 15), между которыми расположен заземляющий металлический слой (16), являющийся земляным проводником микрополосковой линии передачи (4).
Микрополосковый зонд (5) имеет круглое, секториальное, прямоугольное или трапецеидальное продольное сечение.
Волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или эллиптическое поперечное сечение.
Закрытый (7) волноводный канал имеет прямоугольное, круглое, или трапецеидальное продольное сечение.
На диэлектрической плате (1) внутри области (9) волноводного канала симметрично с каждой боковой стороны от микрополоскового зонда выполнено, по меньшей мере, по одному не металлизированному сквозному отверстию (12).
На диэлектрической плате (1) внутри области (9) волноводного канала выполнено не металлизированное сквозное отверстие (12) с периметром, по существу совпадающим со всей областью (9) волноводного канала, незанятой зондом (5).
Подводящий волноводный отрезок (2), выполнен с возможностью электрического соединения с рупорной антенной.
Подводящий волноводный отрезок (2), выполнен с возможностью электрического соединения с диплексером.
Диэлектрическая плата (1) выполнена по технологии, выбранной из группы: технология печатных плат; технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики; технология лазерной переводной печати; тонкопленочная технология; технология жидкокристаллических полимеров.
Волноводные отрезки (2, 3) выполнены из диэлектрического материала, покрытого металлом.
Волноводные отрезки (2, 3) выполнены из металла.
Открытый (6) и закрытый (7) волноводные каналы частично или полностью заполнены диэлектрическим материалом.
На диэлектрической плате (1) установлена микросхема, выполненная с возможностью электрического соединения с подводящей микрополосковой линией передачи (4) при помощи технологии поверхностного монтажа.
В диэлектрической плате (1) выполнен специальный паз, выполненный с возможностью установки в него микросхемы.
Волноводно-микрополосковый переход работает следующим образом.
В соответствии с Фиг. 1, для точного позиционирования компонентов перехода друг относительно друга однослойную диэлектрическую плату (1), на верхней поверхности которой расположены микрополосковая линия передачи (4), микрополосковый зонд (5), и контактный металлический слой (8) вокруг микрополоскового зонда (5) и микрополосковой линией передачи (4), а на ее нижней поверхности вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16), закрепляют между подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками при помощи крепежных элементов (19) и соответствующих металлизированных крепежных сквозных отверстий (13), выполненных в диэлектрической плате (1) и в металлических слоях (8, 16), и крепежных отверстий (17, 18) подводящего (2) и короткозамкнутого (3) волноводных отрезков, соответственно. В диэлектрической плате (1), содержащей один слой диэлектрика, в контактном (8) металлическом и в заземляющем (16) металлическом слоях по периметру вокруг области (9) волноводного канала выполнены металлизированные переходные сквозные отверстия (11) для электрического соединения земляного металлического слоя (16) микрополосковой линии передачи (4) с подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками.
Для уменьшения емкостной составляющей реактивной части импеданса между микрополосковым зондом (5) и волноводным каналом, вносимой диэлектрической платой (1), в последней реализованы два не металлизированных сквозных отверстия (12) в форме окружностей.
Диаметр не металлизированных сквозных отверстий (12) в диэлектрической плате (1) выбирается максимальным, исходя из возможностей изготовления диэлектрической платы (1) и соблюдая ограничение в виде размера волноводного канала. Это позволяет эффективно устранить паразитную емкостную составляющую импеданса, при этом форма и размеры микрополоскового зонда (5) подбираются для импедансного согласования перехода в нужном частотном диапазоне. Таким образом, данная реализация позволяет добиться высокого уровня рабочих характеристик перехода. При этом также понятно, что большие сквозные отверстия могут быть заменены и на множество отверстий меньшего диаметра.
СВЧ-сигнал подается на микрополосковую линию передачи (4), по которой он распространяется в виде квази-ТЕМ электромагнитной волны. Сигнал, по микрополосковой линии передачи (4) достигает области (9) волноводного канала диэлектрической платы (1), где в качестве согласующего элемента между подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками и микрополосковой линией передачи (4) выступает микрополосковый зонд (5). В области (9) волноводного канала часть сигнала посредством микрополоскового зонда (5) излучается в открытый (6) волноводный канал подводящего (2) волноводного отрезка. Оставшаяся часть сигнала излучается в закрытый (7) волноводный канал короткозамкнутого (3) волноводного отрезка. Расстояние между микрополосковым зондом (5) и замыканием в закрытом (7) волноводном канале короткозамкнутого (3) волноводного отрезка составляет порядка четверти электрической длины волны, что приводит к когерентному сложению прошедшей напрямую в открытый (6) волноводный канал и отраженной от закрытого (7) волноводного канала электромагнитных волн. Далее суммарный сигнал распространяется по открытому (6) волноводному каналу подводящего (2) волноводного отрезка в виде ТЕ10 моды волновода.
Диэлектрическая плата предлагаемого перехода может быть многослойной, что необходимо в случаях возникновения сложностей интеграции микросхем на поверхность диэлектрической платы, разработке печатных схем высокой плотности, или при необходимости реализации на данной плате других многослойных СВЧ устройств (антенн, кросс-соединений). Например, волноводно-микрополосковый переход согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения с диэлектрической платой, содержащей два слоя диэлектрика, показан на Фиг. 2. Переход содержит диэлектрическую плату 1, содержащую два слоя диэлектрика (14, 15), помещенную между подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками, содержащими открытый (6) и закрытый (7) волноводные каналы. Между слоями диэлектрика (14, 15) вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16), являющийся в данном случае земляным проводником микрополосковой линии передачи (4). На верхней стороне первого слоя (14) диэлектрика диэлектрической платы (1) расположены микрополосковая линия передачи (4), микрополосковый зонд (5), и контактный металлический слой (8) вокруг микрополоскового зонда (5) и микрополосковой линией передачи (4), а на нижней поверхности второго слоя (15) диэлектрика диэлектрической платы (1) вокруг области (9) волноводного канала расположен заземляющий металлический слой (16). В диэлектрической плате (1), содержащей два слоя диэлектрика (14, 15), в контактном (8) и в заземляющих (16) металлических слоях по периметру вокруг области (9) волноводного канала выполнены металлизированные переходные сквозные отверстия (11) для электрического соединения контактного (8) и заземляющих металлических слоев (16) с подводящим (2) и короткозамкнутым (3) волноводными отрезками.
Нужно отметить, что диэлектрическая плата разработанного перехода может содержать большое число диэлектрических слоев, при этом земляной проводник микрополосковой линии передачи может быть выполнен на нижней стороне платы или на одном из ее внутренних заземляющих слоев.
Подбором формы зонда (круглой, секториальной, прямоугольной, трапецеидальной) и параметров сквозных не металлизированных отверстий в области волноводного канала диэлектрической платы, например, симметрично с каждой стороны зонда или с периметром, совпадающим по существу со всей областью волноводного канала, незанятой зондом, можно настроить характеристики перехода для работы в нужной полосе частот. В случаях, когда необходимо расширение полосы пропускания, возможно использование дополнительных топологических элементов на плате, увеличивающих рабочий диапазон частот перехода: четвертьволнового микрополоскового трансформатора импеданса, различных согласующих отрезков микрополосковой линии и т.п.
Для согласования характеристик перехода в широком частотном диапазоне частот необходимо, чтобы длина волноводного канала короткозамкнутого волноводного отрезка составляла порядка четверти длины волны в волноводе. В других частных случаях эта длина может иметь и другое значение, определяемое из результатов электромагнитного моделирования перехода для достижения наилучших характеристик. Диапазон значений этой длины в общем случае составляет от нуля до половины рабочей длины волны.
Предлагаемый переход может успешно применяться, например, в приемопередающих устройствах современных радиорелейных линий связи миллиметрового диапазона длин волн. В частности, приемник и передатчик радиочастотного приемопередающего модуля для радиорелейной связи может быть реализован на многослойных диэлектрических платах с применением технологии печатных плат. Микросхемы радио приемника и передатчика могут быть установлены в пазы на платах и электрически соединены с площадками и линиями передачи на платах с помощью технологии микросварки или по методу перевернутых кристаллов. На каждой из этих плат может быть выполнен волноводно-микрополосковый переход в соответствии с одной из реализаций настоящего изобретения. Переходы служат для переноса электромагнитной энергии между волноводом и микрополосковой линией передачи. При этом волноводные выходы переходов могут являться частями волноводного диплексера, позволяющего разнести принимаемый и передаваемый сигнал по близким частотным полосам. В другом частном случае волноводный выход может являться входным портом рупорной антенны или другого типа антенн с волноводным входным интерфейсом.
Заявленный волноводно-микрополосковый переход может работать в различных частотных диапазонах в полосе 50-100 ГГц и выше, например в диапазонах 57-66 ГГц или 71-86 ГГц. Указанные диапазоны являются наиболее перспективными для реализации различных систем радиосвязи с высокой пропускной способностью, что и обуславливает применение заявленного перехода в устройствах, приложениях и системах связи бурно развивающегося и перспективного миллиметрового диапазона длин волн. Как показали эксперименты, заявленный переход обеспечивает значение потерь прохождения сигнала не более 1 дБ, диапазон частот рабочей полосы 71-86 ГГц при коэффициенте отражения волны менее -20 дБ по всей рабочей полосе, тогда как в наиболее близком аналоге потери прохождения сигнала составляют около 1,5 дБ, а указанный коэффициент отражения менее -20 дБ достигается только в диапазоне частот шириной 8 ГГц, что не покрывает всего требуемого рабочего диапазона 71-86 ГГц.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить волноводно-микрополосковый переход зондового типа с широкой рабочей полосой частот при низком коэффициенте отражения волны и низком уровне потерь прохождения сигнала, структура которого не вносит паразитную емкостную составляющую импеданса между зондом и волноводным каналом.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Claims (17)

1. Волноводно-микрополосковый переход, содержащий подводящий волноводный отрезок со сквозным отверстием, образующим открытый волноводный канал, короткозамкнутый волноводный отрезок с глухим пазом, образующим закрытый волноводный канал, и диэлектрическую плату, расположенную между волноводными отрезками, при этом на верхней поверхности диэлектрической платы расположены микрополосковая линия передачи, микрополосковый зонд, являющийся продолжением микрополосковой линии, и контактный металлический слой вокруг микрополоскового зонда, не имеющий электрического контакта с микрополосковым зондом и микрополосковой линией передачи и образующий на диэлектрической плате внутреннюю область, являющуюся областью волноводного канала, при этом на контактном металлическом слое расположен короткозамкнутый волноводный отрезок, имеющий прорезь в области микрополосковой линии передачи, а на нижней поверхности диэлектрической платы вокруг области волноводного канала расположен заземляющий металлический слой, на котором расположен подводящий волноводный отрезок, причем по периметру вокруг области волноводного канала в металлических слоях и в диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие, а внутри области волноводного канала на диэлектрической плате выполнено, по меньшей мере, одно не металлизированное сквозное отверстие.
2. Переход по п. 1, отличающийся тем, что в диэлектрической плате и в металлических слоях выполнены металлизированные крепежные сквозные отверстия, выполненные с возможностью соединения платы с волноводными отрезками.
3. Переход по п. 1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно металлизированное переходное сквозное отверстие выполнено с возможностью электрического соединения контактного металлического слоя и заземляющего металлического слоя с волноводными отрезками.
4. Переход по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая плата выполнена с возможностью содержать, по меньшей мере, два слоя диэлектрика, между которыми расположен заземляющий металлический слой, являющийся земляным проводником микрополосковой линии передачи.
5. Переход по п. 1, отличающийся тем, что микрополосковый зонд имеет круглое, секториальное, прямоугольное или трапецеидальное продольное сечение.
6. Переход по п. 1, отличающийся тем, что волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или эллиптическое поперечное сечение.
7. Переход по п. 1, отличающийся тем, что закрытый волноводный канал имеет прямоугольное, круглое или трапецеидальное продольное сечение.
8. Переход по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате внутри области волноводного канала симметрично с каждой боковой стороны от микрополоскового зонда выполнено, по меньшей мере, по одному не металлизированному сквозному отверстию.
9. Переход по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате внутри области волноводного канала выполнено не металлизированное сквозное отверстие с периметром, по существу совпадающим со всей областью волноводного канала, незанятой зондом.
10. Переход по п. 1, отличающийся тем, что подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с рупорной антенной.
11. Переход по п. 1, отличающийся тем, что подводящий волноводный отрезок выполнен с возможностью электрического соединения с диплексером.
12. Переход по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическая плата выполнена по технологии, выбранной из группы: технология печатных плат; технология низкотемпературной совместно обжигаемой керамики; технология лазерной переводной печати; тонкопленочная технология; технология жидкокристаллических полимеров.
13. Переход по п. 1, отличающийся тем, что волноводные отрезки выполнены из диэлектрического материала, покрытого металлом.
14. Переход по п. 1, отличающийся тем, что волноводные отрезки выполнены из металла.
15. Переход по п. 1, отличающийся тем, что открытый и закрытый волноводные каналы частично или полностью заполнены диэлектрическим материалом.
16. Переход по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате установлена микросхема, выполненная с возможностью электрического
соединения с подводящей микрополосковой линией передачи при помощи технологии поверхностного монтажа.
17. Переход по п. 16, отличающийся тем, что в диэлектрической плате выполнен специальный паз, выполненный с возможностью установки в него микросхемы.
RU2015141953/28A 2015-10-02 2015-10-02 Волноводно-микрополосковый переход RU2600506C1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141953/28A RU2600506C1 (ru) 2015-10-02 2015-10-02 Волноводно-микрополосковый переход
US15/765,432 US10693209B2 (en) 2015-10-02 2016-10-03 Waveguide-to-microstrip transition with through holes formed through a waveguide channel area in a dielectric board
PCT/RU2016/000659 WO2017058060A1 (ru) 2015-10-02 2016-10-03 Волноводно-микрополосковый переход

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015141953/28A RU2600506C1 (ru) 2015-10-02 2015-10-02 Волноводно-микрополосковый переход

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2600506C1 true RU2600506C1 (ru) 2016-10-20

Family

ID=57138739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015141953/28A RU2600506C1 (ru) 2015-10-02 2015-10-02 Волноводно-микрополосковый переход

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10693209B2 (ru)
RU (1) RU2600506C1 (ru)
WO (1) WO2017058060A1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685768C1 (ru) * 2018-06-27 2019-04-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Оптически-управляемый ключ миллиметрового диапазона
RU199513U1 (ru) * 2020-03-20 2020-09-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Двойной широкополосный объемный полосково-щелевой переход с развязывающей щелью
US11233507B2 (en) 2018-06-27 2022-01-25 Samsung Electronics Co., Ltd High frequency switch for high frequency signal transmitting/receiving devices
CN114050407A (zh) * 2021-10-28 2022-02-15 中国科学院空天信息创新研究院 波导模式激励结构、方法及其应用
CN116093560A (zh) * 2023-03-02 2023-05-09 电子科技大学 一种多层电路板构成的平面单刀双掷开关电路结构
RU2798012C2 (ru) * 2021-11-12 2023-06-14 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Печатная антенная решетка с широкоугольным сканированием

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11404758B2 (en) * 2018-05-04 2022-08-02 Whirlpool Corporation In line e-probe waveguide transition
TWI719431B (zh) * 2019-03-21 2021-02-21 啓碁科技股份有限公司 轉接裝置
CN111786065A (zh) * 2019-04-04 2020-10-16 启碁科技股份有限公司 转接装置
CN112054276B (zh) * 2020-09-27 2024-06-14 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种脊波导-微带线过渡电路
CN112701092A (zh) * 2020-12-24 2021-04-23 北京国联万众半导体科技有限公司 毫米波单片集成电路封装结构及其封装方法
CN115207588A (zh) * 2021-04-09 2022-10-18 华为技术有限公司 一种转接装置、电子设备、终端和转接装置的制备方法
CN113219222B (zh) * 2021-07-08 2021-09-03 航天科工通信技术研究院有限责任公司 一种面向微封装应用的射频探针
CN215989171U (zh) * 2021-10-22 2022-03-08 深圳飞骧科技股份有限公司 一种适用于w波段的波导微带径向探针转换装置
CN115458896B (zh) * 2022-09-29 2023-05-12 电子科技大学 一种波导和端口的毫米波魔t
CN117374552B (zh) * 2023-12-05 2024-02-02 成都华兴大地科技有限公司 一种低剖面密封型微带至波导的过渡结构及应用
CN117728138B (zh) * 2023-12-26 2024-07-23 北京信芯科技有限公司 一种同轴连接器与平面微带的免焊连接机构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4453142A (en) * 1981-11-02 1984-06-05 Motorola Inc. Microstrip to waveguide transition
SU1739411A1 (ru) * 1989-12-28 1992-06-07 Научно-исследовательский институт радиостроения Волноводно-микрополосковый переход
US6967542B2 (en) * 2003-06-30 2005-11-22 Lockheed Martin Corporation Microstrip-waveguide transition
JP2007228036A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 導波管/マイクロストリップ線路変換器
DE102006019054A1 (de) * 2006-04-25 2007-10-31 Robert Bosch Gmbh Hochfrequenzanordnung mit einem Übergang zwischen einem Hohlleiter und einer Mikrostrip-Leitung
RU93588U1 (ru) * 2009-12-09 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Волноводно-микрополосковый переход
RU2486640C1 (ru) * 2012-01-10 2013-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606737A (en) * 1992-03-09 1997-02-25 Fujitsu Limited Oscillator mixer and a multiplier mixer for outputting a baseband signal based upon an input and output signal
JPH07221223A (ja) * 1994-02-03 1995-08-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置,及び混成集積回路装置
US6242984B1 (en) * 1998-05-18 2001-06-05 Trw Inc. Monolithic 3D radial power combiner and splitter
JP2004096206A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Fujitsu Ten Ltd 導波管・平面線路変換器、及び高周波回路装置
EP2315310A3 (en) 2008-04-15 2012-05-23 Huber+Suhner AG Surface-mountable antenna with waveguide connector function, communication system, adaptor and arrangement comprising the antenna device
US8912858B2 (en) * 2009-09-08 2014-12-16 Siklu Communication ltd. Interfacing between an integrated circuit and a waveguide through a cavity located in a soft laminate
US9270005B2 (en) * 2011-02-21 2016-02-23 Siklu Communication ltd. Laminate structures having a hole surrounding a probe for propagating millimeter waves
GB201113131D0 (en) * 2011-07-29 2011-09-14 Bae Systems Plc Radio frequency communication
US9419341B2 (en) * 2014-03-18 2016-08-16 Peraso Technologies Inc. RF system-in-package with quasi-coaxial coplanar waveguide transition

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4453142A (en) * 1981-11-02 1984-06-05 Motorola Inc. Microstrip to waveguide transition
SU1739411A1 (ru) * 1989-12-28 1992-06-07 Научно-исследовательский институт радиостроения Волноводно-микрополосковый переход
US6967542B2 (en) * 2003-06-30 2005-11-22 Lockheed Martin Corporation Microstrip-waveguide transition
JP2007228036A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Mitsubishi Electric Corp 導波管/マイクロストリップ線路変換器
DE102006019054A1 (de) * 2006-04-25 2007-10-31 Robert Bosch Gmbh Hochfrequenzanordnung mit einem Übergang zwischen einem Hohlleiter und einer Mikrostrip-Leitung
RU93588U1 (ru) * 2009-12-09 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова" Волноводно-микрополосковый переход
RU2486640C1 (ru) * 2012-01-10 2013-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Волноводно-микрополосковый переход с запредельной нагрузкой

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685768C1 (ru) * 2018-06-27 2019-04-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Оптически-управляемый ключ миллиметрового диапазона
RU2685768C9 (ru) * 2018-06-27 2019-08-01 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Оптически-управляемый ключ миллиметрового диапазона
US11233507B2 (en) 2018-06-27 2022-01-25 Samsung Electronics Co., Ltd High frequency switch for high frequency signal transmitting/receiving devices
RU199513U1 (ru) * 2020-03-20 2020-09-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") Двойной широкополосный объемный полосково-щелевой переход с развязывающей щелью
CN114050407A (zh) * 2021-10-28 2022-02-15 中国科学院空天信息创新研究院 波导模式激励结构、方法及其应用
CN114050407B (zh) * 2021-10-28 2023-09-26 中国科学院空天信息创新研究院 波导模式激励结构、方法及其应用
RU2798012C2 (ru) * 2021-11-12 2023-06-14 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Печатная антенная решетка с широкоугольным сканированием
CN116093560A (zh) * 2023-03-02 2023-05-09 电子科技大学 一种多层电路板构成的平面单刀双掷开关电路结构
RU2817522C1 (ru) * 2023-12-11 2024-04-16 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Волноводно-микрополосковый переход

Also Published As

Publication number Publication date
US20180358677A1 (en) 2018-12-13
US10693209B2 (en) 2020-06-23
WO2017058060A1 (ru) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2600506C1 (ru) Волноводно-микрополосковый переход
US8089327B2 (en) Waveguide to plural microstrip transition
US20080048800A1 (en) Low loss electrical delay line
CN104466317A (zh) 砷化镓双模带通滤波器及其制备方法
US11303004B2 (en) Microstrip-to-waveguide transition including a substrate integrated waveguide with a 90 degree bend section
Mozharovskiy et al. Wideband probe-type waveguide-to-microstrip transition for 28 GHz applications
US8022784B2 (en) Planar transmission line-to-waveguide transition apparatus having an embedded bent stub
CN110190371B (zh) 一种波导功分器
KR20140143990A (ko) 마이크로스트립 라인과 도파관 사이 밀리미터파 천이 방법
Bhutani et al. 122 GHz FMCW radar system-in-package in LTCC technology
Zahran et al. Flippable and hermetic E-band RWG to GCPW transition with substrate embedded backshort
Soykin et al. Wideband probe-type waveguide-to-microstrip transition for V-band applications
Othman et al. Millimeter-wave SPDT Discrete switch design with reconfigurable circle loaded dumbbell DGS
Yamazaki et al. Broadband differential-line-to-waveguide transition in multi-layer dielectric substrates with an X-shaped patch element in 280 GHz band
Bhavsar et al. LTCC based multi chip modules at C-band and Ka-band for satellite payloads
Churkin et al. Top-layer wideband transition from waveguide to planar differential line for 60 GHz applications
Schulz et al. A broadband circular waveguide-to-microstrip transition for an 80 GHz FMCW radar system
Jakob et al. WR12 to planar transmission line transition on organic substrate
Samanta Advanced multilayer thick‐film technology and TFMS, CPW, and SIW up to 180 GHz for cost‐effective ceramic‐based circuits and modules
Ahmad et al. Design of planar waveguide transition and antenna array utilizing low-loss substrate for 79 GHz radar applications
Khan et al. Substrate integrated waveguide slot-fed grid array antenna
Konstantinou et al. V-band vivaldi antenna for beyond-5g integrated photonic-wireless millimetre wave transmitter
Hosono et al. A broadband waveguide to microstrip-line transition on multi-layered LCP substrate
US12003045B2 (en) Wireless interconnect for high rate data transfer
Vaes et al. A pcb-embedding scheme for lcp ribbon waveguide at d-band