СКОЛЬЗЯЩИЙ КОНТАКТ В ДИАПАЗОНЕ СВЧ

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к технике соединения коаксиально-микрополоского перехода (КМПП) и СВЧ ввода с микрополосковой линией (МПЛ) в устройствах микроэлектроники СВЧ диапазона.
Известны способы соединения центрального проводника КМПП и СВЧ-ввода с полоском МПЛ внахлестку и при помощи перемычки [1, стр. 189, рис 16.5].
При соединении внахлестку центральный проводник размещают непосредственно на полоске МПЛ. Электрический контакт между ними получают сваркой или низкотемпературной пайкой, реже - приклеиванием или механическим прижимом. Соединение внахлестку вносит в электрическую схему емкостное рассогласование, особенно, если диаметр центрального проводника превышает ширину полоска. Соединение внахлестку применяют в основном при изготовлении измерительных устройств, не подвергающихся воздействию смены температур. В изделиях микроэлектроники СВЧ его применение нежелательно, так как при циклическом изменении температуры из-за разности коэффициентов термического расширения материалов корпуса и платы оно подвержено разрушению.
Основным способом для изделий микроэлектроники СВЧ является соединение перемычкой. При помощи плоской (реже - круглого сечения) тонкой перемычки, соединенной с торцом центрального проводника КМПП или СВЧ-ввода соединяют с полоском МПЛ пайкой или сваркой. Плоские перемычки изготавливают толщиной более 0,015 мм из золотой фольги или медной фольги, покрытой золотом.
Для того чтобы приварить перемычку к торцу центрального проводника КМПП, проводник должен выступать из корпуса изделия на несколько десятых миллиметра, что ухудшает параметры согласования. Для предотвращения образования трещин и разрывов в перемычке при циклическом изменении температуры в ней предусматривают компенсационную петлю и не допускают резких перегибов материала перемычки, петля по сути представляет собой миниатюрную излучающую антенну, которая также влияет на параметры согласования. Таким образом перемычка вносит дополнительную индуктивность в область соединения, из-за которой возникают трудности в достижении приемлемого согласования на частотах выше 18 ГГц. Разброс размеров перемычек также ухудшает КСВн и увеличивает вносимые потери на высоких частотах.
Известен цанговый скользящий контакт 73_Z-0-0-205 №22645980 (microstrip stress relief contact), обеспечивающий решение проблемы снятия напряжений в области соединения МПЛ с центральным проводником КМПП и СВЧ-ввода. [2, стр. 151]. Он представляет собой свернутую миниатюрную трубку с толщиной стенки менее 0,25 мм из термически упрочненной бериллиевой бронзы, покрытую золотом, разрезанную вдоль продольной оси и имеющую цангу на одном конце и лепесток на другом. При сборке цангу скользящего контакта надевают на центральный проводник, а лепесток припаивают или приваривают к полоску МПЛ. Скользящий контакт обеспечивает защиту этого соединения от температурных, вибрационных и ударных воздействий. При воздействии температуры и вибраций контакт скользит по поверхности центрального проводника соединителя, что предотвращает образование напряжений в соединении с МПЛ.
Компания Huber + Suhner (Швейцария) разработала серию скользящих контактов, имеющих базовую конструкцию и отличающихся лишь формой и размерами лепестка. Контакты обеспечивают соединение с полоском МПЛ шириной 0,15 и 0,41 мм на подложке МПЛ и рассчитаны на соединение с центральным проводником диаметром 0,3 и 0,38 мм. Предельная рабочая частота применения 40 ГГц.
Основной недостаток этого контакта - деформируемость и повреждаемость при установке в изделие вследствие его очень тонкой стенки
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является скользящий контакт (optional socket R280469000, R280469010) компании «Radiall» (Франция) [3, стр. 16].
Указанный контакт технологичен в изготовлении, имеет жесткую монолитную конструкцию и не деформируется при установке в изделие. Основной недостаток такого контакта - сложность соединения с полоском МПЛ, имеющим толщину менее 10 мкм и ширину менее 0,5 мм. Кроме того, из-за большого диаметра контакта в области пайки с МПЛ образуется краевая емкость, ухудшающая параметры согласования.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в улучшении параметров согласования соединения при повышении надежности и удобства соединения центрального проводника коаксиально-микрополоскового перехода или ввода с полоском микрополосковой линии в диапазоне СВЧ.
Технический результат достигается тем, что скользящий контакт в диапазоне СВЧ для соединения центрального проводника коаксиально-микрополоского перехода или ввода с микрополосковой линией содержит втулку, выполненную из термически упрочненной бериллиевой бронзы с износостойким золотым покрытием, на одном конце которой выполнена цанга с внутренним диаметром, равным диаметру соединяемого с ней центрального проводника, а на противоположном конце втулки выполнен лепесток, толщиной от 0.15 мм до 0.25 мм и шириной, не более ширины полоска микрополосковой линии.
Цанга может иметь внутренний диаметр от 0,3 до 0,6 мм в зависимости от диаметра центрального проводника.
Нижний предел толщины лепестка выбран, исходя из технологических возможностей изготовления контакта на обрабатывающем центре. Верхний предел толщины ограничен сложностью пайки лепестка к полоску МПЛ и необходимостью уменьшения краевой емкости, возникающей в области соединения и влияющей на параметры согласования.
Ширина лепестка не должна превышать ширины полоска МПЛ. В случае, когда ширина лепестка превышает ширину полоска, в области соединения создается значительная краевая емкость, которая приводит к недопустимому возрастанию КСВн в области соединения. В связи с этим ширина лепестка уменьшена на 0,1 мм по сравнению с шириной полоска МПЛ, так как это обеспечивает необходимую прочность соединения и не приводит к возрастанию КСВн.
Предлагаемая конструкция скользящего контакта поясняется чертежом.
На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого скользящего контакта где:
втулка 1,
цанга 2,
лепесток 3.
Пример
Скользящий контакт в диапазоне СВЧ для соединения с центральным проводником коаксиально-микрополоского перехода диаметром 0.4 мм с полоском микрополосковой линией шириной 0,5 мм.
Втулка 1 выполнена из термически упрочненной бериллиевой бронзы диаметром 0,7 мм и длиной 2,4 мм, покрыта износостойким золотым покрытием М1.Н3.Эл-Ко (99,9)З. Цанга 2 имеет внутренний диаметр 0.4 мм, совпадающий с диаметром центрального проводника. Лепесток 3 выполнен толщиной 0,16 мм и шириной 0,4 мм.
Предлагаемый скользящий контакт работает следующим образом.
В корпус изделия устанавливают низкотемпературной пайкой плату с МПЛ и СВЧ-ввод. Диаметр отверстия в корпусе, в котором размещен центральный проводник ввода, в 2,3 раза больше диаметра проводника, что обеспечивает в этом сечении величины волнового сопротивления 50 Ом. Цангу 2 скользящего контакта надевают на центральный проводник СВЧ-ввода, убедившись, что контакт скользит (перемещается) по центральному проводнику ввода. На полосок МПЛ укладывают припой. Лепесток 3 помещают на полосок МПЛ, при необходимости, прижимая его к полоску. Процесс установки скользящего контакта проводят при наблюдении в микроскоп.
В измерительном устройстве с МПЛ и КМПП был измерен КСВн в диапазоне частот до 18 ГГц для случаев соединения центрального проводника КМПП диаметром 0,4 мм с МПЛ с помощью предлагаемого скользящего контакта и, для сравнения, с помощью стандартной перемычки. Было установлено, что максимальный КСВН при использовании предлагаемого скользящего контакта можно уменьшить с 1,5 до 1,25.
Скользящий контакт предполагается использовать в разнообразных модулях СВЧ, особенно с плотной компоновкой компонентов. Его применение исключает операцию сварки, обеспечивает надежность соединения в условиях циклического изменения температуры, вибрационных и ударных нагрузок.
Источники информации
1. К. Джуринский. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ. Изд-во «Техносфера», 2006 г., стр. 189, рис 16.5
2. RF Coaxial Connector. General Catalogue компании Huber + Suhner (Швейцария), Edition 2007/2008, стр. 151
3. Subminiature Coaxial Connectors. Hermetic SMA range. Catalog D1 C049 CE компании Radiall, January 2005 Edition, стр. 16