RU2757205C2

RU2757205C2 - Microwave module

Info

Publication number: RU2757205C2
Application number: RU2017112412A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Волошин; Виктор Васильевич Воронков; Семён Михайлович Попов
Original assignee: Российская Федерация
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2021-10-12
Also published as: RU2017112412A; RU2017112412A3

Abstract

FIELD: instrument engineering.SUBSTANCE: use: for the manufacture of buildings microstrip microwave modules. Essence of the invention lies in the fact that the microwave module comprises a housing with a microstrip board installed inside the housing and coaxial-microstrip junctions installed in its walls, the coaxial-strip junction is installed through the threaded sleeve which is soldered into the housing, and the gap between the end of the microstrip board and the end of the sleeve is adjusted when installing the microwave module by changing the size of the bushing protrusion inside the housing due to its rotation in the threaded hole in the housing wall.EFFECT: technical result – ensuring the possibility of the minimum allowable gap between the end of the board and the wall of the case in the zone of installation of coaxial-microstrip junctions.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к конструкции корпусов микрополосковых модулей СВЧ диапазона, используемых в радиоэлектронной аппаратуре.The invention relates to the technique of ultrahigh frequencies (UHF), in particular to the design of the cases of microstrip microwave modules used in electronic equipment.

Известна конструкция типового СВЧ-модуля, содержащая корпус, в стенках которого жестко установлены коаксиально-микрополосковые переходы (КМПП) и микрополосковая плата, входы и выходы микрополосковых линий которой соединены с центральными проводниками КМПП. При этом зазор между торцом платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП для частот до 18 ГГц не должен превышать 0,2 мм, а для частот миллиметрового диапазона длин волн - 0,1 мм (см. Джуринский К.Б. Техника соединения коаксиально-микрополосковых переходов с микрополосковыми линиями в изделиях СВЧ. - Электронные компоненты. 2004, № 9, с. 39-44).The known design of a typical microwave module, containing a housing, in the walls of which coaxial-microstrip junctions (KMPP) and a microstrip board are rigidly installed, the inputs and outputs of the microstrip lines of which are connected to the central conductors of the KMPP. In this case, the gap between the end of the board and the case wall in the area of the KMPP installation for frequencies up to 18 GHz should not exceed 0.2 mm, and for frequencies of the millimeter wavelength range - 0.1 mm (see Dzhurinsky KB. Technique of coaxial connection of microstrip junctions with microstrip lines in microwave products. - Electronic components. 2004, No. 9, pp. 39-44).

Недостатком такой типовой конструкции является сложность обеспечения указанного зазора, величина которого зависит от точности изготовления как внутреннего размера корпуса СВЧ-модуля в зоне установки КМПП, так и от точности выполнения размера микрополосковой платы по ее длине в зоне выходов микрополосковых линий. Например, при изготовлении микрополосковой платы из материала Rogers производитель не гарантирует выполнение размеров платы точнее 12 квалитета, что для платы длиной 100 мм означает возможное уменьшение размера платы на 0,35 мм (см. ГОСТ 25346-89) и, соответственно, увеличение расчетного зазора с каждой стороны почти на 0,18 мм.The disadvantage of such a typical design is the complexity of providing the specified gap, the value of which depends on the manufacturing accuracy of both the internal size of the microwave module case in the area of the CMBP installation, and on the accuracy of the size of the microstrip board along its length in the area of the microstrip line outputs. For example, when manufacturing a microstrip board from Rogers material, the manufacturer does not guarantee that the board dimensions are more accurate than 12 quality, which for a board with a length of 100 mm means a possible reduction in the board size by 0.35 mm (see GOST 25346-89) and, accordingly, an increase in the design gap on each side by almost 0.18 mm.

Вторым недостатком типовой конструкции является сложность монтажа микрополосковой платы в корпусе СВЧ-модуля, в котором центральные проводники заранее установленных КМПП могут выступать внутрь корпуса на

величину, чем допустимый зазор между торцом платы и стенкой корпуса.The second drawback of the typical design is the complexity of mounting the microstrip board in the microwave module case, in which the central conductors of the pre-installed KMPP can protrude into the case on

value than the allowable gap between the end of the board and the wall of the case.

Известна также конструкция СВЧ-модуля, в которой частично устраняется указанный выше второй недостаток типовой конструкции СВЧ-модуля за счет использования при монтаже печатной платы ее упругих свойств. В плате предусмотрен протяженный вырез, позволяющий участку платы, на котором расположены выходы микрополосковых линий, придать в своей плоскости некоторое упругое смещение. При этом упруго деформированная печатная плата, минуя, благодаря специальным пазам на своем торце, выступающие из стенок корпуса центральные проводники КМПП, устанавливается на дно корпуса. После снятия деформирующего усилия плату позиционируют относительно центральных проводников КМПП и крепят в заданном положении внутри СВЧ-модуля (см. патент РФ 2566328).Also known is the design of the microwave module, in which the above second drawback of the typical design of the microwave module is partially eliminated due to the use of its elastic properties during the installation of the printed circuit board. An extended cutout is provided in the board, which allows the section of the board, on which the outputs of the microstrip lines are located, to impart some elastic displacement in its plane. In this case, the elastically deformed printed circuit board, bypassing, thanks to special grooves at its end, the central conductors of the KMPP protruding from the walls of the case, is installed on the bottom of the case. After removing the deforming force, the board is positioned relative to the central conductors of the KMPP and fixed in a predetermined position inside the microwave module (see RF patent 2566328).

Недостатком такого СВЧ-модуля является невозможность использования в ее конструкции микрополосковых плат из хрупких материалов, например, из широко применяемого в СВЧ технике поликора (корундового материала ВК 100-1 ТУ 6366-000-07593894-2013), который легко разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации. Другим недостатком, как и в первой типовой конструкции-аналоге, является невозможность устранения ошибок в размерах, допущенных при изготовлении платы и корпуса СВЧ-модуля.The disadvantage of such a microwave module is the impossibility of using microstrip boards made of fragile materials in its design, for example, from polycor, which is widely used in microwave technology (corundum material VK 100-1 TU 6366-000-07593894-2013), which is easily destroyed from mechanical stress without noticeable plastic deformation. Another disadvantage, as in the first typical analogue design, is the impossibility of eliminating errors in the dimensions allowed in the manufacture of the board and the case of the microwave module.

Зазор между торцом платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП должен быть достаточным для компенсации температурного расширения деталей СВЧ-модуля и в то же время быть минимальным для обеспечения хорошего согласования радиочастотного тракта. Наличие зазора с физической точки зрения означает введение в радиочастотный тракт, образованный КМПП и микрополосковой линией с заданным волновым сопротивлением, рассогласующей индуктивности, что ухудшает вследствие этого коэффициент стоячей волны по напряжению (Джуринский К.Б. Техника соединения коаксиально-микрополосковых переходов с микрополосковыми линиями в изделиях СВЧ. - Электронные компоненты. 2004, № 9, с. 39-44).The gap between the end of the board and the case wall in the area of the KMPP installation should be sufficient to compensate for the thermal expansion of the microwave module parts and, at the same time, be minimal to ensure good matching of the RF path. From a physical point of view, the presence of a gap means the introduction of a mismatching inductance into the radio frequency path formed by the KMPP and a microstrip line with a given wave impedance, which consequently worsens the voltage standing wave ratio (Dzhurinskiy K.B. The technique of connecting coaxial-microstrip junctions with microstrip lines in microwave products. - Electronic components. 2004, No. 9, pp. 39-44).

Задача изобретения - создание конструкции СВЧ-модуля, обеспечивающей минимально допустимые зазоры между торцом платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП независимо от точности изготовления микрополосковой платы и корпуса.The objective of the invention is to create a microwave module design that provides the minimum allowable gaps between the end of the board and the wall of the case in the area of installation of the KMPP, regardless of the manufacturing accuracy of the microstrip board and the case.

Технический результат - возможность обеспечения минимально допустимого зазора между торцом платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП с исключением необходимости выполнения внутренних размеров корпуса и размеров микрополосковой платы с высокой точностью.The technical result is the ability to ensure the minimum allowable gap between the end of the board and the wall of the case in the area of the ILC installation with the exclusion of the need to make the internal dimensions of the case and the dimensions of the microstrip board with high accuracy.

Сущность изобретения состоит в следующем. СВЧ-модуль содержит корпус, внутри которого расположена плата с микрополосковыми линиями, а также КМПП, установленные в стенках корпуса. Выходы микрополосковых линий платы соединены с центральными проводниками КМПП.The essence of the invention is as follows. The microwave module contains a housing, inside which there is a board with microstrip lines, as well as KMPP installed in the walls of the housing. The outputs of the microstrip lines of the board are connected to the central conductors of the KMPP.

Отличительным признаком является то, что КМПП установлен в корпус через впаянную в стенку корпуса резьбовую втулку, имеющую наружную резьбу, а величина зазора между торцом микрополосковой платы и торцом резьбовой втулки до ее пайки к корпусу отрегулирована изменением величины выступания втулки внутрь корпуса за счет ее вращения в резьбовом отверстии в стенке корпуса при монтаже СВЧ-модуля.A distinctive feature is that the KMPP is installed in the housing through a threaded bushing soldered into the housing wall, having an external thread, and the size of the gap between the end of the microstrip board and the end of the threaded bushing before soldering to the housing is adjusted by changing the amount of protrusion of the bushing into the housing due to its rotation in a threaded hole in the housing wall when mounting the microwave module.

Изобретательский уровень предлагаемого СВЧ-модуля подтверждается тем, что в его конструкции предусмотрена возможность регулировки зазора между торцом микрополосковой платы и торцом резьбовой втулки, которая, являясь локальной частью корпуса, имеет конструктивную возможность до ее припаивания выдвигаться из стенки внутрь корпуса СВЧ-модуля.The inventive level of the proposed microwave module is confirmed by the fact that its design provides for the possibility of adjusting the gap between the end of the microstrip board and the end of the threaded sleeve, which, being a local part of the housing, has the constructive ability to move out of the wall into the housing of the microwave module before being soldered.

Возможность регулировки указанного зазора достигается тем, что между КМПП и корпусом СВЧ-модуля устанавливают промежуточную деталь - резьбовую втулку. Втулка имеет наружную резьбу. В месте установки КМПП в корпусе выполняют ответное отверстие с соответствующей внутренней резьбой. Длина втулки изначально больше толщины стенки корпуса. При монтаже СВЧ-модуля в корпус сначала вворачивают без фиксации резьбовые втулки с КМПП, относительно которых позиционируют и затем закрепляют микрополосковую плату. Вращая втулки в резьбовых отверстиях стенок корпуса, выставляют зазор между торцами микрополосковой платы и торцами резьбовых втулок в заданных конструкторской документацией (КД) пределах. После этого с наружной стороны СВЧ-модуля выполняют пайку резьбовых втулок. Впаянные втулки выполняют функции как внешнего проводника КМПП, так и стенок корпуса СВЧ-модуля. Таким образом, установка КМПП через резьбовую втулку позволяет обеспечивать при монтаже СВЧ-модуля плавную регулировку зазоров между торцами платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП.The possibility of adjusting the specified gap is achieved by the fact that an intermediate part - a threaded bushing is installed between the KMPP and the housing of the microwave module. The sleeve has an external thread. In the place where the KMPP is installed, a mating hole with a corresponding internal thread is made in the housing. The sleeve length is initially greater than the body wall thickness. When installing the microwave module, the threaded bushings with the KMPP are first screwed into the housing without fixation, relative to which the microstrip board is positioned and then fixed. By rotating the bushings in the threaded holes of the housing walls, the gap between the ends of the microstrip board and the ends of the threaded bushings is set within the limits specified by the design documentation (CD). After that, the threaded bushings are soldered from the outside of the microwave module. The soldered bushings perform the functions of both the external conductor of the KMPP and the walls of the microwave module case. Thus, the installation of the KMPP through the threaded bushing allows for smooth adjustment of the gaps between the ends of the board and the housing wall in the area of the KMPP when mounting the microwave module.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показан фрагмент существующей типовой конструкции СВЧ-модуля при использовании резьбового КМПП типа СРГ-50-751ФВ или аналогичного. На фиг. 2 показан фрагмент существующей типовой конструкции СВЧ-модуля при использовании фланцевого КМПП типа СК9-РБФП-Х-1-264 (производство «Амитрон Электронике») или аналогичного. На фиг. 3 показан фрагмент СВЧ-модуля при установке резьбового КМПП в разнесенном виде до монтажа. На фиг. 4 показан фрагмент СВЧ-модуля при установке фланцевого КМПП в разнесенном виде до монтажа. На фиг. 5 показан фрагмент предлагаемого СВЧ-модуля для резьбового КМПП после его монтажа. На фиг. 6 показан фрагмент предлагаемого СВЧ-модуля для фланцевого КМПП после его монтажа.FIG. 1 shows a fragment of the existing typical design of a microwave module when using a threaded KMPP of the SRG-50-751FV type or similar. FIG. 2 shows a fragment of the existing typical design of a microwave module using a flanged KMPP type SK9-RBFP-X-1-264 (manufactured by Amitron Electronics) or similar. FIG. 3 shows a fragment of a microwave module when installing a threaded KMPP in an exploded view before mounting. FIG. 4 shows a fragment of a microwave module when installing a flanged KMPP in an exploded view before mounting. FIG. 5 shows a fragment of the proposed microwave module for a threaded KMPP after its installation. FIG. 6 shows a fragment of the proposed microwave module for a flanged KMPP after its installation.

В корпусе 1 установлена микрополосковая плата 2. Обеспечение заданного в КД зазора Δ (Δ=0,1÷0,2 мм) между торцом платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП (см. рис. 1 и 2) в существующих типовых конструкциях СВЧ-модулей зависит от точности выполнения внутренних размеров корпуса 1 и наружных размеров по длине микрополосковой платы 2. В стенке корпуса 1 установлен резьбовой 3 или фланцевый 3а КМПП, соединенный с микрополосковой линией платы 2 перемычкой 5 или непосредственно пайкой. При ошибках в изготовлении корпуса или платы зазор Δ между стенкой корпуса и платой может превысить заданную величину и увеличиться до размера а>>Δ (см. рис 5 и 6). В предлагаемой конструкции СВЧ-модуля для компенсации ошибок изготовления между корпусом 1 и КМПП 3 (или 3а) установлена резьбовая втулка 4 (или 4а), длина которой c изначально больше толщины b стенки корпуса 1. Величина выступания втулки 4 (или 4а) при ее вворачивании в ответное резьбовое отверстие в стенке внутрь корпуса должна обеспечивать получение минимально допустимого зазора между торцом втулки 4 (или 4а) и торцом платы 2:A microstrip board 2 is installed in housing 1. Providing a gap Δ (Δ = 0.1 ÷ 0.2 mm) specified in the CD between the end of the board and the housing wall in the area of the ILC installation (see Fig. 1 and 2) in existing typical microwave designs -modules depends on the accuracy of the internal dimensions of the housing 1 and the external dimensions along the length of the microstrip board 2. A threaded 3 or flanged 3a KMPP is installed in the wall of the housing 1, connected to the microstrip line of the board 2 by a jumper 5 or directly by soldering. In case of errors in the manufacture of the case or board, the gap Δ between the wall of the case and the board can exceed the specified value and increase to the size a >> Δ (see Fig. 5 and 6). In the proposed design of the microwave module to compensate for manufacturing errors, a threaded bushing 4 (or 4a) is installed between the housing 1 and the KMPP 3 (or 3а), the length of which c is initially greater than the thickness b of the housing wall 1. The amount of protrusion of the bushing 4 (or 4а) when it screwing into the corresponding threaded hole in the wall inside the housing should ensure that the minimum allowable gap is obtained between the end of the sleeve 4 (or 4a) and the end of the board 2:

с-b≥а-Δ.c-b≥ a -Δ.

Внутренние размеры резьбовой втулки 4 (4а) и способ крепления КМПП, пайкой или винтами 6, должны быть выполнены в соответствии с рекомендациями изготовителя на каждый конкретный вид КМПП.The internal dimensions of the threaded bushing 4 (4a) and the method of fixing the KMPP, soldering or screws 6, must be made in accordance with the manufacturer's recommendations for each specific type of KMPP.

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом. Резьбовые переходы 3, аналогичные типу СРГ-50-751ФВ, заранее впаивают во втулки 4 и предварительно ввинчивают в резьбовые отверстия в корпусе 1. Фланцевые переходы 3а типа СК9-РБФП-Х-1-264, или подобные им, вставляют в резьбовые втулки 4а после предварительного ввинчивания втулок 4а в корпус 1. Длина c резьбовой втулки 4а для показанного на рис. 4 и 6 фланцевого КМПП должна быть равна длине с изолятора фланцевого КМПП 3а. После позиционирования микрополосковой платы относительно осей центральных проводников КМПП и стенок корпуса микрополосковую плату крепят в СВЧ-модуле. Вращая втулки 4 (или 4а) в резьбовых отверстиях корпуса 1, выставляют величину зазора Δ в пределах, указанных в КД. Поскольку втулки являются внешними проводниками коаксиальной линии, для надежного электрического контакта после выставления зазора Δ втулки паяют по внешнему контуру к корпусу 1. Фланцевый КМПП крепится винтами 6 в соответствии с указаниями по его эксплуатации.The claimed invention is implemented as follows. Threaded transitions 3, similar to the SRG-50-751FV type, are pre-soldered into the bushings 4 and pre-screwed into the threaded holes in the body 1. Flange transitions 3a of the SK9-RBFP-X-1-264 type, or the like, are inserted into the threaded bushings 4a after preliminary screwing of bushings 4a into body 1. Length c of threaded bushing 4a for the one shown in fig. 4 and 6 of the flanged KMPP should be equal to the length of the insulator of the flanged KMPP 3a. After positioning the microstrip board relative to the axes of the central conductors of the KMPP and the walls of the case, the microstrip board is fixed in the microwave module. Rotating the bushings 4 (or 4a) in the threaded holes of the housing 1, set the value of the gap Δ within the limits specified in the design documentation. Since the bushings are the outer conductors of the coaxial line, for reliable electrical contact, after setting the gap Δ, the bushings are soldered along the outer contour to the body 1. The flanged KMPP is fastened with screws 6 in accordance with the instructions for its operation.

Таким образом, использование в СВЧ-модуле резьбовых втулок 4 (или 4а) для установки КМПП позволяет компенсировать погрешности изготовления корпуса 1 и микрополосковой платы 2 в части выполнения их размеров, при этом точно обеспечивая заданные в КД минимально допустимые зазоры между торцом платы и стенкой корпуса в зоне установки КМПП.Thus, the use of threaded bushings 4 (or 4a) in the microwave module for installing the KMPP allows you to compensate for the errors in the manufacture of housing 1 and microstrip board 2 in terms of making their dimensions, while accurately providing the minimum permissible gaps between the board end and the housing wall specified in the design documentation. in the area of the KMPP installation.

Claims

A microwave module containing a housing with a board with microstrip lines installed inside the housing, as well as coaxial-microstrip junctions installed in its walls, characterized in that the coaxial-microstrip junction is installed through a threaded bushing soldered into the housing, and the size of the gap between the end face of the microstrip board and the end of the sleeve is adjusted during the installation of the microwave module by changing the amount of protrusion of the sleeve inside the body due to its rotation in the threaded hole in the wall of the body.