RU2743070C1 - Waveguide with coplanar waveguide transmission line - Google Patents
Waveguide with coplanar waveguide transmission line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743070C1 RU2743070C1 RU2020116692A RU2020116692A RU2743070C1 RU 2743070 C1 RU2743070 C1 RU 2743070C1 RU 2020116692 A RU2020116692 A RU 2020116692A RU 2020116692 A RU2020116692 A RU 2020116692A RU 2743070 C1 RU2743070 C1 RU 2743070C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- conductor
- upper layer
- coplanar
- sides
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
- H01P1/203—Strip line filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, и, более конкретно, к волноводу со штырьевыми стенками копланарно-волноводной согласующей линии передачи, реализованной в печатных платах.The invention relates to radio engineering, and, more specifically, to a waveguide with pin walls of a coplanar-waveguide matching transmission line, implemented in printed circuit boards.
Уровень техники В связи с современными тенденциями развития техники связи требуются устройства, работающие в широкой полосе в миллиметровом диапазоне длин волн. В настоящее время одной из известных технологий являются SIW структуры (технология интегрированного печатного волновода с штырьевыми стенками) играющие важную роль, так как они обладают рядом преимуществ такие как простота конструкции и изготовление, низкие потери и полное экранирование в миллиметровом диапазоне.BACKGROUND OF THE INVENTION Current trends in communication technology require devices that operate in a wide bandwidth in the millimeter wavelength range. Currently, one of the known technologies is SIW structures (integrated printed waveguide with pin walls), which play an important role, since they have a number of advantages such as simplicity of design and manufacture, low losses and complete shielding in the millimeter range.
Например, в патенте на изобретение RU 2665335 С1 приводится описание возможности внедрения управляемого переключателя в SIW-структуру, содержащего печатную плату с верхним и нижним слоем металлизации и слой диэлектрика между ними, стенки волновода, образованные двумя рядами переходных металлизированных отверстий, электрически соединенных с проводящими слоями, причем соседние отверстия в ряду расположены друг от дуга на расстоянии менее одной десятой доли длины волны распространяющейся в волноводе, причем расстояние между рядами составляет более половины длины волны.For example, the patent for invention RU 2665335 C1 describes the possibility of introducing a controlled switch into an SIW structure containing a printed circuit board with an upper and a lower metallization layer and a dielectric layer between them, waveguide walls formed by two rows of metallized vias electrically connected to conductive layers , and adjacent holes in a row are located from each arc at a distance of less than one tenth of the wavelength propagating in the waveguide, and the distance between the rows is more than half the wavelength.
Несмотря на все преимущества, управляемый переключатель встроенный в SIW структуру имеет ряд недостатков, такие как:Despite all the advantages, the controllable switch built into the SIW structure has several disadvantages, such as:
- ограниченный частотный диапазон, который определяется сечением геометрии структуры основанной на связи с длиной волны и отсутствием дополнительного ряда металлизированных отверстий. Под геометрией структуры имеется в виду, сечение волновода образованное расстоянием между стенками из двух рядов металлизированных отверстий.- limited frequency range, which is determined by the cross-section of the structure geometry based on the relationship with the wavelength and the absence of an additional row of plated holes. The geometry of the structure means the section of the waveguide formed by the distance between the walls of two rows of plated holes.
- технологическая сложность интеграции доступных в настоящее время компонентов коммутации и элементов поверхностного монтажа в SIW-структуры, что увеличивает конечную стоимость изделий мм-диапазона.- the technological complexity of integrating the currently available switching components and surface-mounted elements into SIW structures, which increases the final cost of mm-range products.
Заявленное изобретение имеет ряд отличий от описанного выше изобретения, встроенной в волноводную структуру копланарной линии, разный принцип распределения отверстий в структуре (соседние отверстия в ряду изобретения RU 2665335 С1 расположены друг от дуга на расстоянии менее одной десятой доли длины волны распространяющейся в волноводе, причем расстояние между рядами составляет более половины длины волны, а в патентуемом нами изобретении сквозные вертикальные переходные металлизированные отверстия, выполненные с двух сторон верхнего слоя диэлектрической подложки и расположенные сбоку от зазоров не менее чем в три ряда зеркально по отношению друг другу, причем переходные металлизированные отверстия в каждом ряду смещены относительно переходных металлизированных отверстий соседнего ряда на величину, равную половине диаметра переходных металлизированных отверстий), наличием дополнительного третьего ряда отверстий.The claimed invention has a number of differences from the invention described above, built into the waveguide structure of a coplanar line, a different principle of distribution of holes in the structure (adjacent holes in the series of invention RU 2665335 C1 are located from each arc at a distance of less than one tenth of the wavelength propagating in the waveguide, and the distance between the rows is more than half the wavelength, and in our patentable invention, through vertical vias of metallized holes made on both sides of the upper layer of the dielectric substrate and located on the side of the gaps in at least three rows are mirrored to each other, and the vias in each row are displaced relative to the vias of the adjacent row by an amount equal to half the diameter of the vias of the metallized holes), by the presence of an additional third row of holes.
Целью заявленного изобретения является расширение рабочего диапазона СВЧ устройств и уменьшение стоимости изделий в уровне техники, и сформировано потребностью в создании волновода с соответствующей линией передачи, удовлетворяющей следующим условиям:The aim of the claimed invention is to expand the operating range of microwave devices and reduce the cost of products in the prior art, and is formed by the need to create a waveguide with a corresponding transmission line that satisfies the following conditions:
- сверхширокополосный режим работы,- ultra-wideband operation mode,
- обеспечение высокой степени интеграции на доступной элементной базе (микросхем, кристаллов),- ensuring a high degree of integration on an affordable element base (microcircuits, crystals),
- обеспечение высокого уровня согласования между СВЧ элементами,- ensuring a high level of matching between microwave elements,
- низкая стоимость изготовления при использовании классических технологий печатных плат (РСВ).- low manufacturing cost when using classic PCB technologies.
- низкие потери на высоких частотах до 100 ГГц.- low losses at high frequencies up to 100 GHz.
На данный момент известные технологии не позволяют одновременно выполнять все вышеперечисленные условия при разработке СВЧ устройств, работающих в сверхширокополосном диапазоне частот.At the moment, known technologies do not allow simultaneous fulfillment of all of the above conditions when developing microwave devices operating in the ultra-wideband frequency range.
С целью расширения возможностей предшествующего уровня техники, настоящее изобретение направлено на создание волновода с копланарно-волноводной согласующей линией, обеспечивающего сверхширокополосный режим работы, высокий уровень согласования между СВЧ элементами и низкие потери на высоких частотах до 100 ГГц.In order to expand the capabilities of the prior art, the present invention is directed to a coplanar-waveguide matching line waveguide providing ultra-wideband operation, high matching between microwave elements and low losses at high frequencies up to 100 GHz.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение сверхширокополосного режима работы, высокого уровня согласования между СВЧ элементами и низких потерь на высоких частотах до 100 ГГцThe technical result of the claimed invention is to provide an ultra-wideband mode of operation, a high level of matching between microwave elements and low losses at high frequencies up to 100 GHz
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Согласно настоящему изобретению предложен волновод с копланарно-волноводной согласующей линией (КВСЛ), включающий прямоугольную диэлектрическую подложку, со слоем металлизацией всех ее поверхностей и с размещенным по ширине на ее верхнем слое в центре проводником, зазоры, выполненные в верхнем слое прямоугольной диэлектрической подложки, с обеих сторон от проводника, сквозные вертикальные переходные металлизированные отверстия для подавления паразитных мод вдоль проводника, выполненные в двух сторон верхнего слоя диэлектрической подложки и расположенные сбоку от зазоров не менее чем в три ряда зеркально по отношению друг другу с двух сторон, причем переходные металлизированные отверстия в каждом ряду смещены относительно переходных металлизированных отверстий соседнего ряда на величину, равную половине диаметра переходных металлизированных отверстий.According to the present invention, there is proposed a waveguide with a coplanar-waveguide matching line (KWSL), including a rectangular dielectric substrate, with a metallization layer of all its surfaces and with a conductor placed in width on its upper layer in the center, gaps made in the upper layer of a rectangular dielectric substrate, with on both sides of the conductor, through vertical plated vias for suppression of parasitic modes along the conductor, made on both sides of the upper layer of the dielectric substrate and located on the side of the gaps in at least three rows mirrored with respect to each other on both sides, with plated vias in each row is displaced relative to the vias of the adjacent row by an amount equal to half the diameter of the vias of the adjacent row.
Во втором варианте осуществления волновод с копланарно-волноводной согласующей линией (КВСЛ) дополнительно содержит верхний слой диэлектрика с проводящим слоем металла, который электрически соединен со сквозными вертикальными переходными металлизированными отверстиями для подавления паразитных мод вдоль проводника.In a second embodiment, the Coplanar Waveguide Matching (CCL) waveguide further comprises an upper dielectric layer with a conductive metal layer that is electrically connected to vertical vias to suppress parasitic modes along the conductor.
Пример реализации заявленного устройства.An example of the implementation of the claimed device.
Волновод с копланарно-волноводной согласующей линией (КВСЛ), включающий диэлектрическую подложку толщиной 0.127 мм на Rogers RT/duroid 5880, со слоем металлизацией всех ее поверхностей и с размещенным на ее верхнем слое центральным проводником шириной 0.36 мм, выполненным с зазорами 0.2 мм относительно бортов металлизации, отличающаяся тем, что в каждом из бортов для подавления паразитных мод вдоль центрального проводника выполнена система сквозных вертикальных отверстий диаметром 0.2 мм образующих боковые стенки, состоящая не менее чем из трех рядов, каждый из которых смещен относительно следующего ряда на величину 0.1 мм, при этом отверстия тоже металлизированы. Система сквозных металлизированных отверстий позволяет удерживать поле в определенном объеме. Геометрические размеры линии рассчитаны на волновое сопротивление 50 Ом, что позволяет согласовывать с ней высокочастотные разъемы и любые элементы поверхностного монтажа.A waveguide with a coplanar-waveguide matching line (KVSL), including a 0.127 mm thick dielectric substrate on Rogers RT / duroid 5880, with a metallization layer of all its surfaces and with a 0.36 mm wide central conductor placed on its upper layer, made with a gap of 0.2 mm relative to the sides metallization, characterized in that in each of the sides to suppress parasitic modes along the central conductor, a system of through vertical holes with a diameter of 0.2 mm is made, forming side walls, consisting of at least three rows, each of which is displaced relative to the next row by 0.1 mm, at this hole is also metallized. The system of plated through holes allows keeping the field in a certain volume. The geometric dimensions of the line are designed for a characteristic impedance of 50 Ohm, which allows it to match high-frequency connectors and any surface mount elements.
Материал Rogers RT/duroid 5880 - это PTFE композит, армированный стекловолокном.Rogers RT / duroid 5880 is a glass fiber reinforced PTFE composite.
Такой материал идеально малым характеристиками влагопоглощения и идеально подходит для применения в условиях с высокой влажностью.Such a material has ideally low moisture absorption characteristics and is ideal for applications in high humidity conditions.
Описание чертежейDescription of drawings
На рис. 1 проиллюстрирован заявленный волновод с копланарно-волноводной согласующей линией (КВСЛ).In fig. 1 illustrates the claimed waveguide with a coplanar-waveguide matching line (CFWL).
На рис. 2 проиллюстрирован график с результатами замера линии в диапазоне от 0,01 ГГц до 100 ГГц длиной 3 см с двумя разъемами 2492-04-6.In fig. 2 illustrates a graph showing the results of line measurements from 0.01 GHz to 100 GHz with a length of 3 cm with two 2492-04-6 connectors.
Из графика видно, следующее: уровень прямых потерь в диапазоне 0,01-100 ГГц составляет 5дБ. В диапазоне 26-30 ГГц уровень прямых потерь 1,8 дБ. В патенте на переключатель RU 2665335 С1 приводится график зависимости прямых потерь S(1.2) от частоты в диапазоне 26-32 ГГц с уровнем прямых потерь 5дБ. На фиг. 3 указано поз. 1 и 2 указано расположение слоев материала Rodgers 4003 и Rodgers 4450 с толщинами 0.203 мм и 0.203 мм соответственно.The graph shows the following: the level of direct losses in the range of 0.01-100 GHz is 5 dB. In the 26-30 GHz range, the direct loss level is 1.8 dB. The patent for the switch RU 2665335 C1 shows a graph of the dependence of direct losses S (1.2) on frequency in the range 26-32 GHz with a direct loss of 5 dB. FIG. 3 indicates pos. 1 and 2 show the arrangement of the layers of Rodgers 4003 and Rodgers 4450 with thicknesses of 0.203 mm and 0.203 mm, respectively.
На фиг. 4 показан второй вариант осуществления волновода с копланарно-волноводной согласующей линией с указанием следующих позиций:FIG. 4 shows a second embodiment of a coplanar-waveguide matching line waveguide with the following reference numerals:
3 - проводник КВСЛ.3 - KVSL conductor.
4 - зазор между центральным проводником и бортом металлизации.4 - the gap between the central conductor and the metallization bead.
5 - расстояние между центрами металлизированных отверстий.5 - the distance between the centers of the plated holes.
6 - диаметр металлизированных отверстий.6 - the diameter of the plated holes.
7 - расстояние от верхней стенки до проводника копланарной линии.7 is the distance from the top wall to the coplanar line conductor.
8 - высота волновода с копланарно-волноводной согласующей линией по второму варианту.8 - height of the waveguide with the coplanar-waveguide matching line according to the second embodiment.
На фиг. 5 показан график соотношения расчетных параметров расчетные параметры S(1.1) до 40 ГГц отрезка по второму варианту осуществления волновода с копланарно-волноводной согласующей линией длиной 28 мм до 40 ГГц.FIG. 5 shows a graph of the ratio of the calculated parameters, the calculated parameters S (1.1) up to 40 GHz of the segment according to the second embodiment of the waveguide with a coplanar-waveguide matching line with a length of 28 mm up to 40 GHz.
Из графика видно, что в диапазоне до 40 ГТц расчетный уровень возвратных потерь составляет меньше чем 40 дБ.It can be seen from the graph that in the range up to 40 GHz, the calculated return loss level is less than 40 dB.
На фиг. 6 показан график соотношения расчетных параметров расчетные параметры S(1.2) до 40 ГГц отрезка по второму варианту осуществления волновода с копланарно-волноводной согласующей линией длиной 28 мм до 40 ГГц.FIG. 6 shows a graph of the ratio of the calculated parameters, the calculated parameters S (1.2) up to 40 GHz of the segment according to the second embodiment of the waveguide with a coplanar-waveguide matching line with a length of 28 mm up to 40 GHz.
Из графика видно, что уровень прямых потерь в диапазоне до 40 ГТц составляет 0,7 дБ.The graph shows that the level of direct losses in the range up to 40 GHz is 0.7 dB.
Материал марки Rodgers 4003 является термостойкий материал с керамическим наполнителем, усиленный стекловолокном. Особенности и преимущества таких материалов:Rodgers 4003 is a heat-resistant ceramic-filled material reinforced with glass fiber. Features and benefits of such materials:
- Не содержат фторопласт. Технология обработки совпадает с FR4- They do not contain fluoroplastic. Processing technology is the same as FR4
- Сверхнизкая возгораемость (RO 4350 ТМ) Более низкие затраты на обработку и сборку- Ultra-low flammability (RO 4350 TM) Lower handling and assembly costs
- Превосходные высокочастотные характеристики в связи с малой диэлектрической проницаемостью и низким уровнем потерь- Excellent high frequency performance due to low dielectric constant and low loss
- Оптимально для устройств с более высокими рабочими частотами- Optimal for devices with higher operating frequencies
- Стабильные электрические свойства в широком диапазоне частот- Stable electrical properties over a wide frequency range
- Оптимальны для многослойных и смешанных диэлектрических плат- Optimal for multilayer and mixed dielectric boards
- Низкое значение теплового коэффициента диэлектрической проницаемости- Low value of thermal coefficient of dielectric constant
- Оптимально для схем, чувствительных к изменению температуры- Optimal for temperature sensitive circuits
- Малое растяжение по оси Z- Low stretch along the Z axis
- Гарантия высокого качества металлизированных отверстий- Guaranteed high quality plated holes
- Исключительная надежность узлов поверхностного монтажа- Exceptional reliability of surface mount assemblies
-Подходят для использования в гибридных МПП с эпоксидным стеклотекстолитом-Suitable for use in hybrid MPPs with epoxy fiberglass
- Высокая температура стекловании (280 С)- High glass transition temperature (280 C)
- Отсутствие деформаций во время сборки пайкой Высокая надежность металлизированных отверстий.- No deformation during brazing assembly. High reliability of plated holes.
Материал марки Rodgers 4003 имеет такие же характеристики, что и марки Rodgers 4003 только дополнительно к этому является еще и огнеупорным материалом.Rodgers 4003 has the same characteristics as Rodgers 4003 only in addition to this it is also a refractory material.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116692A RU2743070C1 (en) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | Waveguide with coplanar waveguide transmission line |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116692A RU2743070C1 (en) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | Waveguide with coplanar waveguide transmission line |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2743070C1 true RU2743070C1 (en) | 2021-02-15 |
Family
ID=74666074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020116692A RU2743070C1 (en) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | Waveguide with coplanar waveguide transmission line |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2743070C1 (en) |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040251992A1 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-16 | Kim Bong-Su | Multilayer waveguide filter employing via metals |
DE60307733D1 (en) * | 2002-06-27 | 2006-10-05 | Siemens Mobile Comm Spa | Non-tunable rectangular dielectric waveguide filter |
CN200950463Y (en) * | 2006-09-22 | 2007-09-19 | 东南大学 | Substrate-integrated waveguide quasi-inductive through-hole filter |
KR20100135163A (en) * | 2008-05-01 | 2010-12-24 | 파나소닉 주식회사 | High frequency filter device |
US8130063B2 (en) * | 2008-03-27 | 2012-03-06 | Her Majesty the Queen in right of Canada, as represented by The Secretary of State for Industry, Through the Communications Research Centre Canada | Waveguide filter |
CN103682533A (en) * | 2013-11-20 | 2014-03-26 | 东南大学 | Microwave and millimeter wave filter |
RU2665335C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-08-29 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Optically controlled millimeter range switch for structures based on waveguide with pin walls on basis of printed board |
CN108183295B (en) * | 2017-12-26 | 2019-05-28 | 上海交通大学 | Double-passband filter based on commensurability transmission circuit network |
CN110085955A (en) * | 2019-05-09 | 2019-08-02 | 云南大学 | Ultra wide band ISGW bandpass filter |
JP6633118B2 (en) * | 2018-03-28 | 2020-01-22 | 株式会社フジクラ | Bandpass filter |
RU2719570C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-04-21 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Optically-controlled switch of millimeter range for structures based on waveguide implemented in printed circuit board with pin walls (siw) |
-
2020
- 2020-04-24 RU RU2020116692A patent/RU2743070C1/en active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE60307733D1 (en) * | 2002-06-27 | 2006-10-05 | Siemens Mobile Comm Spa | Non-tunable rectangular dielectric waveguide filter |
US20040251992A1 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-16 | Kim Bong-Su | Multilayer waveguide filter employing via metals |
CN200950463Y (en) * | 2006-09-22 | 2007-09-19 | 东南大学 | Substrate-integrated waveguide quasi-inductive through-hole filter |
US8130063B2 (en) * | 2008-03-27 | 2012-03-06 | Her Majesty the Queen in right of Canada, as represented by The Secretary of State for Industry, Through the Communications Research Centre Canada | Waveguide filter |
KR20100135163A (en) * | 2008-05-01 | 2010-12-24 | 파나소닉 주식회사 | High frequency filter device |
CN103682533A (en) * | 2013-11-20 | 2014-03-26 | 东南大学 | Microwave and millimeter wave filter |
RU2665335C1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-08-29 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Optically controlled millimeter range switch for structures based on waveguide with pin walls on basis of printed board |
CN108183295B (en) * | 2017-12-26 | 2019-05-28 | 上海交通大学 | Double-passband filter based on commensurability transmission circuit network |
JP6633118B2 (en) * | 2018-03-28 | 2020-01-22 | 株式会社フジクラ | Bandpass filter |
CN110085955A (en) * | 2019-05-09 | 2019-08-02 | 云南大学 | Ultra wide band ISGW bandpass filter |
RU2719570C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-04-21 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Optically-controlled switch of millimeter range for structures based on waveguide implemented in printed circuit board with pin walls (siw) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9812750B2 (en) | High frequency band pass filter with coupled surface mount transition | |
US9088060B2 (en) | Microwave transition device between a strip line and a rectangular waveguide where a metallic link bridges the waveguide and a mode converter | |
EP2843758A1 (en) | Multi-layer circuit board with waveguide to microstrip transition structure | |
US6441471B1 (en) | Wiring substrate for high frequency applications | |
US9054404B2 (en) | Multi-layer circuit board with waveguide to microstrip transition structure | |
JP2006024618A (en) | Wiring board | |
US8547187B2 (en) | Printed circuit board impedance matching step for microwave (millimeter wave) devices | |
CN108172958B (en) | Periodic slow wave transmission line unit based on coplanar waveguide | |
US20150171816A1 (en) | Balun | |
JP2005051331A (en) | Coupling structure between microstrip line and dielectric waveguide | |
WO2024007717A1 (en) | Strong coupling striplines and microwave element comprising same | |
RU2743070C1 (en) | Waveguide with coplanar waveguide transmission line | |
Zhang et al. | Study of bend discontinuities in substrate integrated gap waveguide | |
US20250062519A1 (en) | Ultra wideband board-to-board transitions for stripline rf transmission lines | |
CN114142199B (en) | Electromagnetic waveguide mountable on a substrate | |
Chen et al. | A 100GHz Bandpass Filter Employing Shielded Folded Ridged Quarter-Mode SIW Resonator in CMOS Technology | |
Ranasinghe et al. | Design of a multi-section coupled line coupler based on substrate integrated coaxial lines | |
Astuti et al. | Substrate integrated waveguide bandpass filter using complementary split ring resonator for short range device applications | |
JP2017184057A (en) | High frequency circuit board | |
Tošić et al. | Compact multilayer bandpass filter with modified hairpin resonators | |
US9525213B2 (en) | Antenna device | |
Aftanasar et al. | Fabricated multilayer SIW system using PCB manufacturing process | |
Wang et al. | Design of gap waveguide PMC packaging for a SIW power combiner | |
Hashimoto et al. | Stripline-Fed Patch Antenna with Long-Term Reliable Conductive Vias | |
Zhang et al. | A compact and narrow-band bandpass filter based on substrate integrated waveguide and spoof surface plasmon polaritons for millimeter-wave applications |