ПЕРЕХОДНОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ БЕСКОНТАКТНЫЙ ПЕРЕХОД ИЛИ СОЕДИНЕНИЕ МЕЖДУ SIW И ВОЛНОВОДОМ ИЛИ АНТЕННОЙ
TRANSIENT DEVICE COMPRISING A CONTACTLESS TRANSITION OR CONNECTION BETWEEN SIW AND A WAVEGUIDE OR ANTENNA

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к переходному устройству, содержащему переход между SIW соответствующей схемы, например, активной или пассивной схемы, и волноводом или антенной или антенным интерфейсом, обладающим признаками первой части п. 1 формулы изобретения.
Изобретение также относится к способу выполнения переходного устройства, обладающему признаками первой части п. 23 формулы изобретения.
Уровень техники
Переходы или соединения между схемой и, например, волноводом или антенной, необходимы для многих различных применений, например, в микроволновых или миллиметровых волновых технологиях и т.д. В частности, из-за растущего спроса на высокоскоростные беспроводные линии связи, например, для сверхбыстрого мобильного Интернета, автомобильных радиолокационных линий высокого разрешения, линий связи для передачи данных на гигабитных скоростях и видеосвязи, точных устройств формирования изображений для медицинских и охранных приложений и т.д., хотелось бы иметь возможность использовать миллиметровые или субмиллиметровые диапазоны частот, поскольку в этих частотных областях доступны более широкие полосы частот. Таким образом, использование высоких частот неуклонно становится все более интересным.
Например, антенны с электронным управлением в системе антенной решетки на основе, например, миллиметровой технологии, обладают огромным потенциалом, способным принимать одновременно несколько лучей, каждый из которых соответствует относительно большой площади апертуры антенны, обеспечивая высокую чувствительность приема или значительное усиление антенны. Однако такие системы сложны, а со сложными системами антенных решеток, использующими множество антенных элементов, высокие затраты связаны. На миллиметровых частотах становится возможным комбинировать антенны с интегральными схемами в одном процессе, поскольку размер антенн уменьшается до доли миллиметра, что позволяет размещать их на носителе вместе с интегральной схемой (ИС). Это уменьшает затраты и время на изготовление, а антенны при этом меньше, чем диэлектрические антенны.
Несколько проблем связано с переходами между, например, узлом, содержащим высокочастотную схему, и портом волновода или антенной. Переход волновода обычно преобразует доминирующий волноводный режим в режим микрополосковой или копланарной линии передачи.
Были предложены прямые соединения от гребня к линии передачи, но они имеют недостатки, в частности, с точки зрения производства, поскольку схема может легко сломаться.
Для соединения между линией передачи и чипом (схемой) используют соединительный провод или соединение методом перевёрнутого кристалла. Такое соединение способствует существенному сопротивлению на высоких частотах, что приводит к дополнительным потерям и уменьшению достижимой пропускной способности. Другим недостатком использования проводных соединений на высоких частотах является то, что соединительные провода могут приводить к несоответствию импеданса, являются индуктивными и, следовательно, ограничивают полосу пропускания, а площадь контакта контактной площадки схемы на высоких частотах становится очень малой, и соединение часто разрушает высокочастотную площадку, что влияет на отдачу. Соединительные провода могут дополнительно создавать паразитное излучение и могут возбуждать резонаторные моды при упаковке. Кроме того, например, для антенн, подложка, на которой расположены антенны, будет давать потери на миллиметровых частотах, что означает, что, например, эффективность излучения антенны снижается. Однако низкая эффективность излучения неприемлема для систем, требующих высокой энергоэффективности, или систем, работающих с высокими мощностями. Например, в системах связи с высоким SNR (отношением сигнал/шум) крайне важно, чтобы можно было использовать схемы модуляции более высокого уровня, максимизирующие скорость передачи данных. Таким образом, такие известные решения, касающиеся переходов антенна/волновод в схемах, имеют недостатки, связанные со снижением производительности из-за использования соединительных проводов, в результате чего возникают проблемы с упаковкой и, например, возникают резонансы, а антенны и линии передачи страдают от больших потерь.
Соединения методом перевернутого кристалла также имеют несколько недостатков. Из-за отсутствия носителя их нельзя легко заменить, и они не подходят для ручной установки. Кроме того, для них требуются очень плоские монтажные поверхности, которые часто трудно устроить, а иногда их трудно сохранить, так как платы нагреваются и охлаждаются. Кроме того, короткие соединения являются очень жесткими, так что тепловое расширение чипа должно быть согласовано с расширением несущей платы, иначе соединение может треснуть. Материал прослойки выступает в качестве промежуточного звена между разницей в коэффициенте теплового расширения чипа и платы.
С соединениями между схемой и линией передачи на основе соединений методом перевернутого кристалла также связаны большие трудности выравнивания, а неправильное расположение может привести к нарушению целостности.
В WO 2014/154232 раскрыт переход между SIW (волноводом, интегрированным в подложку) и интерфейсом волновода. Однако необходим контакт между металлическим волноводом и конструкцией SIW с двух сторон, требующий пайки или подобного. Кроме того, эта конструкция требует непланарной установки под углом 90°, что невыгодно по нескольким причинам.
В US 2014/0091884 показан переход между SIW и заполненным воздухом волноводом, который также требует контакта между металлическим волноводом и конструкцией SIW с двух сторон. Кроме того, требуется сужение подложки, что является невыгодным с точки зрения изготовления.
Во всех известных устройствах при повреждении схемы требуется замена всего перехода.
Таким образом, с выполнением перехода между схемой, как пассивной, так и активной, и волноводом или антенной связано несколько задач, и до сих пор не было предложено удовлетворительных решений.
Раскрытие сущности изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить переходное устройство, содержащее переход между схемой, напр. активной или пассивной схемой, в частности SIW, и волноводом или антенной или антенным интерфейсом, как было сказано вначале, посредством которого решают одну или несколько из вышеупомянутых задач. Схема может содержать одну или несколько активных и/или пассивных схем в целом, напр. одну или несколько ВЧ-схем, в частности одну или несколько миллиметровых схем или субмиллиметровых схем или одну или несколько активных MMIC (монолитная микроволновая интегральная схема) и несколько переходов схема-волновод для одной и той же схемы или MMIC.
Также отдельная цель заключается в том, чтобы предложить переход или соединение, обладающее высоким, оптимизированным выходом, на который не влияют соединения на контактных площадках небольшой площади, в котором можно сократить или предотвратить потери из-за наличия соединительных проводов и гальванического контакта.
Также отдельная цель заключается в том, чтобы предложить высокочастотный переход, который менее восприимчив к проблемам, связанным с выравниванием, и который, в частности, позволяет легко выравнивать схему.
Также отдельная цель заключается в том, чтобы предложить переходное устройство, которое легко и дешево изготавливать, и которое можно быстро и легко собирать, например, с помощью монтажной захватывающей установки.
Также отдельная цель заключается в том, чтобы предложить переходное устройство, которое можно использовать для большого множества различных частот, от очень низких до очень высоких частот.
Также отдельная цель заключается в том, чтобы предложить переходное устройство, которое можно использовать для различных схемных устройств, как пассивных, так и активных, одной или нескольких MMIC произвольного размера, т.е. также больших MMIC и даже, в более общем смысле, для схем многих различных типов, включая гибридные схемы, ВЧ-схемы, работающие на миллиметровых или субмиллиметровых частотах.
Другая цель заключается в том, чтобы предложить переходное устройство, обеспечивающее высокую эффективность излучения.
Другая цель заключается в создании переходного устройства, обладающего хорошей способностью выравнивания.
Цель также заключается в том, чтобы предложить надежное и точное в работе переходное устройство.
В частности, цель изобретения заключается в создании переходного устройства, посредством которого можно избежать или уменьшить необходимость в использовании проводных соединений.
Кроме того, еще одна цель состоит в том, чтобы предложить переходное устройство между схемой и одной или несколькими антеннами и/или одним или несколькими волноводами.
Поэтому предложено переходное устройство, как было сказано изначально, которое обладает признаками из п. 1 формулы изобретения.
Кроме того, цель изобретения заключается в том, чтобы предложить способ изготовления переходного устройства, обладающий признаками первой части п. 23 формулы изобретения, посредством которого решают одну или несколько из вышеупомянутых задач.
Поэтому предложен способ, как было сказано изначально, который обладает признаками по п. 23 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления приведены в соответствующих прилагаемых зависимых пунктах формулы изобретения.
Одно из конкретных преимуществ изобретения заключается в том, что в вариантах осуществления, содержащих переход между схемой и антенной, с новой концепцией интеграции, преодолены трудности, связанные с межсоединениями и упаковкой антенн и ИС. Кроме того, преимущество состоит в том, что не требуются соединительные провода высокоскоростных сигнальных линий, и, например, могут быть выполнены антенны, обладающие ультранизкими потерями (только металлические).
В частности, переход в соответствии с изобретением работает, начиная с очень низких частот вплоть до очень высоких частот. Если схема выполнена на прикладной плате, то она может содержать SIW-переход от прикладной платы к волноводу. SIW или несколько SIW являются частью схемы, которая может быть либо на чипе, либо вне чипа, т.е. на прикладной плате.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение будет дополнительно описано неограничивающим образом со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 приведен вид в перспективе переходного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения,
на фиг.2 приведен вид сбоку в поперечном сечении переходного устройства, показанного на фиг.1,
на фиг. 2А представлена модель сечения переходного устройства, показанного на фиг.1,
на фиг. 2B приведена упрощенная схематическая одномодовая сетевая модель линии передачи модели сечения, показанной на фиг. 2А,
на фиг. 2С представлен вид сбоку в поперечном сечении альтернативного варианта осуществления переходного устройства в соответствии с изобретением,
на фиг. 3 показан схематичный, упрощенный вид сверху снизу схемы переходного устройства, показанного на фиг. 1,
на фиг. 4 представлен вид в перспективе, показывающий другой вариант осуществления переходного устройства в соответствии с изобретением,
на фиг. 5 представлен вид в перспективе, показывающий еще один вариант осуществления переходного устройства в соответствии с изобретением,
на фиг. 6 представлен вид в перспективе, показывающий еще один вариант осуществления переходного устройства в соответствии с изобретением,
на фиг. 7 представлен вид в перспективе, показывающий еще один вариант осуществления переходного устройства в соответствии с изобретением,
на фиг. 8А приведена схематическая иллюстрация переходного устройства, содержащего переход между антенной и схемой, в соответствии с изобретением,
на фиг. 8B приведена схематическая иллюстрация переходного устройства, показанного на фиг. 8А, в положении для сборки, и
на фиг. 9 приведена схематическая иллюстрация другого переходного устройства между антенной и схемой в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематично показано переходное устройство 100 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, содержащее переход или соединение гребень-волновод SIW (интегрированный в подложку волновод). Переходное устройство 100 содержит прямоугольный волновод 10, который содержит первую проводящую, например, металлическую пластину 1 (в данном случае нижнюю металлическую пластину), вторую проводящую, напр. металлическую пластину 2 (в данном случае верхнюю металлическую пластину) и продольный проводник, например, металлические боковые стенки 3, 3, соединенные со второй (верхней) проводящей металлической пластиной 2. В дальнейшем для простоты пластины и стенки называют проводящими пластинами или металлическими пластинами.
g
g
g
Прямоугольный волновод 10 дополнительно содержит гребень 4, который в данном случае проходит между металлическими стенками 3, 3 и параллельно им на участке второй металлической пластины 2 прямоугольного гребенчатого волновода 10. SIW 20 прикреплен к первой металлической пластине 1, в данном случае на ее концевой части, напротив стороны или части второй металлической пластины 2, где гребень 4 расположен так, что, когда первую и вторую металлические пластины 1, 2 собирают вместе, в данном случае соединяют друг с другом или устанавливают, например, с помощью винтов или любых других соответствующих соединительных элементов (не показаны), то внутренняя концевая часть SIW 20 будет расположена так, что она будет обращена к выступу 5, образующему удлинение гребня 4, но в данном случае имеющему меньшую высоту. SIW 20 расположен так, что между верхней поверхностью SIW 20, обращенной к выступу 5, и выступом 5 имеется небольшое расстояние, напр. соответствующее воздушному зазору, и так, что он заканчивается рядом, на небольшом расстоянии, напр. соответствующем воздушному зазору, с краем, образованным на внешнем конце гребня 4, и, следовательно, между выступом 5 и гребнем 4 имеется уступ для обеспечения перехода. Воздушный зазор является параметром настройки импеданса, который может быть изменен, настроен. В одном отдельном варианте осуществления воздушный зазор между краем SIW и краем гребня 4, т.е. воздушный зазор в горизонтальной плоскости относительно плоскости печатной платы или аналогичной, может принимать значение в диапазоне 0, 003λ-0, 015λ, где λ – длина волны центральной частоты соответствующего частотного диапазона, а воздушный зазор между SIW 20 и выступом 5 (воздушный зазор в плоскости, перпендикулярной плоскости печатной платы или аналогичной) может принимать значение в диапазоне 0, 01λ-0, 021λ. Однако должно быть ясно, что фигуры таких размеров приведены только для пояснения и ни в коем случае не ограничивают назначение конкретного варианта осуществления и могут быть как больше, так и меньше, и их можно изменить, настроить для разных конструкций. Длина выступа 5 соответствует λ/4, где λ - длина волны волновода на участке, образованном выступом 5 и металлизацией 9 (первая плоскость заземления SIW). Обычно λ связано с частотой в центре рабочей полосы частот.
SIW 20, являющийся частью схемы или состоящей из схемы (не показанной и, как таковой, не являющейся частью изобретения), содержит диэлектрическую подложку 6 с множеством металлических переходных отверстий 7 и две, первую и вторую, плоскости заземления 9, 9' SIW, которые соединены через переходные отверстия 7, причем вторая, в показанных вариантах осуществления, нижняя плоскость 9' заземления SIW соединена с первой проводящей пластиной 1. Диэлектрическая подложка обычно имеет толщину, например, 10-100 мкм, и, если схема выполнена на чипе, предпочтительно имеет высокую диэлектрическую проницаемость, напр. 10-13, хотя эти цифры никоим образом не являются ограничивающими; они могут быть как выше, так и ниже. Если, с другой стороны, схема расположена на печатной плате, то подложка может иметь низкую диэлектрическую проницаемость, напр. до 2-3. Однако концепция изобретения не ограничена какой-либо удельной диэлектрической проницаемостью диэлектрической подложки SIW. SIW является частью схемы, которая может быть выполнена как на чипе, так и вне чипа, то есть на прикладной плате (не показана).
Также могут быть выполнены дополнительные стыковочные отверстия, не показанные на фиг. 1, но показанные, например, на фиг. 4, которые не являются необходимыми для функционирования концепции изобретения, но предпочтительны, так как они вносят вклад в настройку импеданса и повышение производительности в полосе пропускания.
SIW 20, который содержит волновод SIW, выполненный в данном случае на чипе или содержащий любую схему (не показана на фиг. 1), служит для того, чтобы выступать в качестве волновода схемы и выступа 5. SIW 20 используют, например, для того, чтобы питать схему. Следовательно, между чипом или схемой и SIW также имеется переход или интерфейс, обычно микрополосковый или, например, копланарный волновод, но это не будет дальше описано со ссылкой на фиг. 1, так как такие переходы известны в области техники и не являются частью основной концепции изобретения, которое касается перехода между, в данном случае, волноводом 10 и SIW 20.
В альтернативных вариантах осуществления, не показанных, чип может быть выполнен на прикладной плате, которая представляет собой обычную печатную плату, содержащую чип или бескорпусный кристалл. Таким образом, в соответствии с изобретением конструкция SIW может быть расположена на чипе или на самом бескорпусном кристалле (высокочастотные приложения) или на несущей печатной плате (низкочастотные приложения). Если чип расположен на чипе, то нет необходимости в высокочастотном соединении, в то время как если он расположен на прикладной плате низкой диэлектрической проницаемости, например, на несущей подложке, то необходимо высокочастотное соединение для соединения с чипом с высокой диэлектрической проницаемостью, но не от SIW на прикладной плате до волновода.
Через дополнительный выступ 5, выполненный как продолжение или образующий часть гребня 4, импеданс выступа с открытым концом преобразуют в эквивалентную цепь короткого замыкания на гребне, где соединяются гребень 4 и выступ 5, обеспечивая связывание электромагнитного поля между волноводом SIW 20 и гребнем (частью) 4 прямоугольного волновода 10. Схематично показан входной порт 25 волновода. Также можно сказать, что выступ 5 содержит два проводника, выступ 5 и первую плоскость 9 заземления SIW, т.е. выступ 5 поддерживает моду электромагнитного поля между двумя проводниками, а именно, между гребнем 5 и плоскостью 9 заземления SIW.
В соответствии с изобретением между SIW 20 и гребнем 4 второй проводящей пластины 2 выполнен квазипланарный, бесконтактный переход или соединение, причем вторая плоскость 9' заземления SIW 20 соединена с первой проводящей пластиной 1. Переход является квазипланарным, поскольку ширина больше, чем высота, и он расположен не под углом 90°. Две части, первая металлическая пластина 1, содержащая SIW 20 и всю электронику, и вторая металлическая пластина 2, содержащая гребень 4 и выступ 5, должны быть расположены друг над другом так, чтобы был образован переход между SIW 20 и гребнем 4 прямоугольного волновода 10, как обсуждалось выше.
g
На фиг. 2 приведен вид сбоку в поперечном сечении перехода 100, показанного на фиг. 1, при этом сечение проведено вдоль прямой, обозначенной на фиг. 1 через А-А, при этом переход находится в собранном, установленном состоянии, в котором первая и вторая металлические пластины соединены посредством крепежного средства, например, винтами или подобным образом. В показанном варианте осуществления SIW 20 (вторая плоскость 9' заземления) присоединен к первой (нижней) металлической пластине прямоугольного волновода 10. Гребень 4 волновода связан со второй, верхней металлической пластиной 2 и заканчивается на небольшом расстоянии от внутреннего края SIW 20 в собранном, в данном случае в смонтированном состоянии волновода, т.е. так, чтобы между гребнем 4 и SIW 20 был воздушный зазор. Гребень 4, продолжающийся выступом 5 длины λ/4, проходит так, чтобы охватывать часть SIW 20 на небольшом расстоянии от него, т.е. обеспечивая воздушный зазор, как обсуждалось выше, так что получается бесконтактный переход.
Первая плоскость 9 заземления SIW выступает в качестве общей плоскости заземления для SIW 20 и выступа 5, а вторая плоскость 9' заземления SIW выступает в качестве общей плоскости заземления для SIW и волновода или антенны. На фиг. 2 также показаны переходные отверстия 7 SIW 20, в первой плоскости 9 заземления SIW.
Как также упоминалось выше, в соответствии с изобретением также можно сказать, что выступ 5 содержит два проводника, а именно, сам выступ 5 и первую плоскость 9 заземления SIW, выступающую в качестве его плоскости заземления.
Должно быть понятно, что, в качестве альтернативы, вместо этого SIW 20 может быть присоединен ко второй или верхней металлической пластине 2, в этом случае гребень 4 и выступ 5 должны быть на первой, противоположной проводящей пластине 1. Также должно быть понятно, что металлические стенки 3, 3 могут быть связаны с первой или второй металлической пластиной 1, 2. Более того, должно быть понятно, что в альтернативных вариантах осуществления может быть более одного гребня, например, несколько гребней, например, расположенных так, чтобы проходить в различных направлениях, причем у каждого имеется выступ длиной в четверть длины волны, чтобы получить устройства с двумя или несколькими портами.
В общем, бесконтактный переход от гребня 4 волновода 10 к конструкции SIW 20 внутри волноводной конструкции, выполненной посредством пригонки выступа 5 (и плоскости 9 заземления SIW; которая, в действительности, является частью SIW), может быть реализован многими различными способами, и, в целом, он может быть применен N раз, чтобы питать чип со схемой, содержащей, таким образом, N переходов SIW-волновод, обсуждавшихся выше, что дает устройство с N портами. Тогда выступы выходят из чипа в различных направлениях.
На фиг. 2А показан вид, аналогичный приведенному на фиг. 2, но на котором различные элементы представлены в виде участков, также показанных схематически в упрощенной модели одномодовой сети линий передачи на фиг. 2B для пояснения.
Таким образом, на фиг. 2А и 2В ссылочная позиция 101 представляет собой гребенчатый прямоугольный волновод, ссылочная позиция 201 представляет SIW 202 и плоскость заземления выступа для участка, представляющего участок 400 выступа с открытым концом длиной, равной четверти длины волны. Один из проводников гребенчатого прямоугольного волновода 101 соединяют с нижним проводником SIW 201, тогда как верхний проводник SIW 201 образует нижнюю плоскость заземления участка 400 выступа с открытым концом, которая эффективно преобразует ссылочную позицию 500 из разомкнутой цепи к цепи короткого замыкания, так что происходит электрическое соединение между 101 и 201.
Как показано на фиг. 2, это может быть выражено в виде двух путей для электромагнитного поля; а именно, первый путь непосредственно внутри диэлектрической подложки SIW 20, который затем проходит по пути между гребнем 4 и первой проводящей пластиной 1, а также второй путь между выступом 5 и первой плоскостью 9 заземления SIW. Второй путь разомкнут, совершенно не прилегает своим концом, так что поле отражается и соединяется с полем, занявшим первый путь, т.е. добавляется к полю первого, прямолинейного пути, а затем переходит на волновод между гребнем 4 и первой проводящей пластиной 1. Можно сказать, что поле перепрыгивает от (или к) SIW или чипа без отражения. Таким образом, электромагнитные волны направляют из волновода в подложку (SIW) без какого-либо гальванического контакта между первой плоскостью 9 заземления SIW и гребнем 4 и выступом 5.
1
1
На фиг. 2C показан альтернативный вариант осуществления перехода между SIW 20 и гребенчатым волноводом. SIW 20 размещен и подключен внутри канавки 101, выполненной в первой проводящей пластине 1 или, например, в нижней поверхности заземления, и расположен на небольшом расстоянии, содержащем воздушный зазор, от края 102 канавки, причем край 102 в данном случае по существу перпендикулярен продольному направлению первой проводящей пластины или блока 1. Однако должно быть ясно, что край 102 также может образовывать угол с плоским выступом первой пластины 1 или, например, может сужаться линейно или экспоненциально. Возможно множество альтернатив. Электромагнитное поле должно без препятствий распространяться от порта 25 до SIW 20 или наоборот, поскольку препятствия могут приводить к возникновению эффектов несоответствия импеданса, что приводит к сокращению пропускной способности, следовательно, воздушный зазор облегчает переход, причем подложку SIW не блокируют.
1
g
Электромагнитное поле в гребенчатом волноводе будет замыкаться на SIW 20 посредством выступа 5 длины λ/4, который преобразует разомкнутый импеданс в эквивалентный короткозамкнутый импеданс. В других отношениях функционирование аналогично описанному выше со ссылкой на фиг. 1-2В и, поэтому, не будет описано. Аналогичные элементы имеют одинаковые ссылочные позиции.
g
На фиг. 3 показан схематический вид снизу переходного устройства 100, изображенного на фиг. 1, при этом для иллюстрации первая, нижняя металлическая пластина 1 удалена. Можно видеть, как гребень 4 заканчивается рядом с конструкцией 20 SIW, и как выступ 5 длиной λ/4 (пунктирная линия) проходит по части конструкции 20 SIW, следовательно, обеспечивается плоский бесконтактный переход или бесконтактный соединительный интерфейс между гребнем 4 и SIW 20. Другие элементы уже обсуждались выше со ссылкой на фиг. 1 и 2, и поэтому далее обсуждаться не будут.
На фиг. 1-3 показан корпус с одним портом; также должно быть ясно, что он может быть симметричным, с выступом, также расположенным на другом конце гребня, с общим SIW или, например, одним или несколькими дополнительными SIW, например, образуя устройство с двумя или несколькими портами.
На фиг. 4 показан вариант осуществления переходного устройства 100А, содержащего в данном случае два бесконтактных перехода от микрополосковой линии к волноводу, каждый из которых содержит бесконтактный переход между гребнем 4А гребенчатого волновода 10А и конструкцией 20А SIW, содержащейся в схеме 11А, выполненной на чипе (или прикладной плате). Переходное устройство 100А содержит первую металлическую пластину 1А, к которой прикреплен чип с микрополосковой интегральной схемой 11А, содержащей два SIW 20А, 20А.
Каждый SIW 20A содержит диэлектрическую подложку 6A с первой плоскостью 9A заземления SIW и второй плоскостью 9A' заземления SIW по обе стороны от него, через которую проходит множество переходных отверстий 7, как также описано выше со ссылкой на фиг. 1. Чип или схема 11А, содержащая SIW 20A, 20A, показана с двумя переходами 12A, 12A SIW-микрополоса между соответствующим SIW 20A и схемой 11A, в которой микрополосковые линии соединены между собой посредством схемы 13, содержащей два встроенных интерфейсных порта и активные компоненты, которые, однако, не будут обсуждаться далее, поскольку концепция изобретения касается, главным образом, переходов между соответствующим SIW 20A и соответствующим гребнем 4A гребенчатых волноводов 10A, 10A, как обсуждалось выше.
g
Переходное устройство 100А также содержит вторую металлическую пластину или часть 2А волноводного блока, содержащую гребенчатое волноводное устройство с двумя гребенчатыми волноводами 10А, 10А, расположенными между двумя продольными секциями 3А, 3А стенки, расположенными параллельно, гребень 4А каждого гребенчатого волновода 10А, заканчивающийся возле наружного конца соответствующей конструкции SIW 20А в собранном или смонтированном состоянии двух металлических пластин или участков 1А, 2А волноводного блока. Каждый гребень 4А, 4А продолжается выступом 5А, 5А длиной, раной четверти длины волны, как было описано со ссылкой на фиг. 1-3 выше. Должно быть понятно, что даже если явно показаны только выступы прямоугольной формы, концепция изобретения также охватывает выступы, имеющие треугольную форму, форму сектора или любую другую подходящую форму. Выступы 5А, 5А в данном случае имеют высоту, которая несколько меньше, чем высота соответствующих гребней 4А, 4А. Здесь короткозамкнутые штыри 16А, 16А (как вариант) расположены рядом с выступами 5А, 5А длиной λ/4 у их внешних свободных концов, направленных от соответствующих гребней 4А, 4А гребенчатых волноводов 10А, 10А и смещенных в поперечном направлении друг относительно друга, чтобы предотвратить утечку электромагнитного поля, чтобы поля из волновода связывались с чипом, т.е. никакое поле не распространялось под чипом и не создавало резонатор. Короткозамкнутые штыри 16А могут дополнительно препятствовать прохождению полей непосредственно в сдвоенной конфигурации, что нежелательно, поскольку поля должны следовать по дорожкам от гребня 4А до SIW 20 и обратно. Непосредственное прохождение увеличивает обратную связь и, таким образом, уменьшает изоляцию между входом и выходом, напр. в схемах усилителей, тем самым, вызывая колебания. Таким образом, штыри 16А могут также предотвращать возбуждение в схеме и переходе ложных нежелательных мод ближе к схеме, которые, находясь внутри резонатора, создают полостные резонансы. Как правило, во всех вариантах осуществления короткозамкнутые штыри являются необязательными, но если они имеются, то они расположены так, чтобы соединять первую и вторую проводящие пластины.
Как вариант, могут быть выполнены дополнительные переходные отверстия 17, как описано со ссылкой на фиг. 1 выше. Схематически показан входной порт 25 волновода, относящийся ко всему раскрыву апертуры.
Как и в варианте осуществления, описанном со ссылкой на фиг. 1-3, металлические пластины или участки 1А, 2А волноводного блока должны быть собраны, в данном случае смонтированы и скреплены друг с другом с возможностью разъединения любым подходящим способом. Благодаря устройству в соответствии с настоящим изобретением, схему 11А, содержащую SIW, например, печатную плату, можно легко заменить, напр. в случае неисправности или в случае ее разрушения, или просто, если ее необходимо заменить другим чипом или схемой с другими свойствами.
Выше указано, что концепция изобретения также применима к любому типу схем, например, высокочастотному (RF) устройству, содержащему схему, такую как MMIC (монолитная микро/миллиметровая интегральная схема) или любую другую схему, например, в которой одна или несколько MMIC или гибридных схем соединены или установлены на носителе и соединены друг с другом, или, в общем, одну или несколько схем, активных или пассивных, в дальнейшем также просто называемых "схемой", и к чипам, расположенным на прикладной плате, т.е. SIW может быть размещен на чипе или самом бескорпусном кристалле, или размещен на несущей подложке. Таким образом, схема может содержать прикладную плату с бескорпусным кристаллом, содержащим активную полупроводниковую схему, активные компоненты, схематически обозначенные на фигурах через 13, где имеется два встроенных интерфейсных порта, или она может представлять собой бескорпусный кристалл с высокой диэлектрической проницаемостью, включающий в себя SIW 20A, переходы 12A микрополоса-SIW и легированные полупроводники 13 (не показаны).
g
На фиг. 5 показан вариант осуществления переходного устройства 100B, содержащего в данном случае два перехода от микрополосковой линии к волноводу, каждый из которых содержит бесконтактный переход между конструкцией гребенчатого волновода 14B, 14B прямоугольного волновода 10B, 10B и конструкцией SIW 20B, содержащейся в схеме 11B схемы чипа или прикладной платы, содержащей переходы 12B, 12B от SIW к микрополосковой линии между SIW 20B, 20B и микрополосковой линией, соединяющей компоненты схемы. Переходное устройство 100B содержит первую металлическую пластину или часть 1B волноводного блока, к которой прикреплен чип (или прикладная плата, содержащая чип) с микрополосковой интегральной схемой 11B, содержащей SIW 20B, 20B. Присоединение схемы 11В, содержащей SIW 20В, 20В, к одной из проводящих металлических пластин или волноводных блоков 1В, 2В переходов SIW-волновод на основе выступов 5В, 5В длиной λ/4 до соответствующей противоположной проводящей металлической пластины, а также другие элементы, относящиеся к функционированию концепции изобретения, уже описаны со ссылкой на фиг. 1, фиг. 3 и фиг. 4.
Схема 11B, содержащая SIW 20B, 20B и переходы 12B, 12B SIW-микрополоса между соответствующими SIW 20B, 20B и схемой 11B, далее в этом документе не обсуждаются, поскольку концепция изобретения касается, главным образом, перехода между соответствующими SIW 20B, 20B и волноводами 10B, 10B, в данном случае прямоугольными волноводными устройствами, и так как переходы SIW-на-микрополоса обсуждались выше со ссылкой на фиг. 4, при этом аналогичные элементы, имеют одинаковые ссылочные позиции, но с индексом "B".
g
g
Вторая металлическая пластина или часть 2B волноводного блока переходного устройства 100B содержит два трансформатора импедансов, включающих в себя ступенчатые участки 14B, 14B, каждый из которых содержит несколько уступов (в данном случае трехступенчатые трансформаторы Чебышева), соединяющие соответствующие гребни 4B, 4B волноводов с соответствующими прямоугольным волноводным устройством 10B, заканчивающимся соответствующим портом 25 волновода, один из которых схематически показан на фиг. 5, т.е. рядом с соответствующим внешним концом соответствующей конструкции SIW 20B, 20B при собранных, в данном случае смонтированных двух металлических пластинах или частях 1B, 2B блока волновода. Для выполнения бесконтактных переходов каждый гребень 4B, 4B, содержащий или соединяющийся с участком 14B, 14B трансформатора, продолжается выступом 5B, 5B длиной, равной четверти длины волны λ/4, расположенным рядом с гребнем 4B, 4B, аналогично переходам, описанным выше со ссылкой на предыдущие варианты осуществления, с той разницей, что выступы 5B, 5B длиной λ/4 расположены рядом или в виде продолжений гребней 4B, 4B соответствующих участков 14B, 14B трансформатора. Упомянутые выступы 5В, 5В имеют высоту, которая несколько меньше, чем высота гребней 4В, 4В.
Первый и второй блоки 1B, 2B волновода могут содержать уступы стандартного фланцевого сопряжения волновода (не показаны). Короткозамкнутые штыри 16В, 16В выполнены рядом с выступами 5В, 5В у внешних свободных концов, направленных от соответствующих гребней 4В, 4В волновода или соединенных с соответствующим участком 14В, 14В трансформатора, и смещены в поперечном направлении друг относительно друга, чтобы предотвратить утечку электромагнитного поля, как уже обсуждалось выше со ссылкой на фиг. 4.
Как и в вариантах осуществления, описанных со ссылкой на фиг. 1-3 и 4, волноводные блоки или металлические пластины 1В, 2В должны быть собраны, установлены и скреплены друг с другом с возможностью разъединения любым подходящим образом. Чип или схема 11В, содержащая SIW 20B, 20B, может быть легко заменена, напр. в случае неисправности или разрушения, или если ее необходимо заменить другим чипом или схемой, обладающей другими свойствами или имеющей другое предназначение.
В других отношениях функционирование аналогично описанному выше со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг. 4, и другим предыдущим вариантам осуществления и поэтому в дальнейшем обсуждаться не будет, при этом аналогичные элементы имеют такие же ссылочные позиции, но с индексом "B".
На фиг. 6 показан вариант осуществления изобретения, включающий в себя сдвоенный переход 100С от микрополосковой интегральной схемы к гребенчатому щелевому волноводу. Электромагнитное поле от микрополосковых линий схемы 11C, например, печатной платы, в данном случае электромагнитно связано с двумя симметричными гребенчатыми щелевыми волноводами 10C, 10C с использованием промежуточных уступов, содержащих переход в соответствии с изобретением между волноводом SIW 20C, 20C и гребенчатыми щелевыми волноводами 10C, 10, максимизирующими передачу электромагнитного поля.
Можно сказать, что переход, также упоминаемый выше, разделен на первую и вторую части, причем первая часть содержит часть схемы, схему 11С, напр. печатную плату, и содержит переходы 12C, 12C микрополоса-SIW, схема 11C содержит SIW 20C, 20C и прикреплена к первой, в данном случае нижней металлической пластине 1C гребенчатых щелевых волноводов 10C, 10C. Эта первая часть перехода или каждого переход является прямой и, например, содержит ступенчато сужающиеся участки микрополосковой линии, соединяющие 50 Ом микрополосковую линию с SIW, используемыми для преобразования квази-TEM микрополосковой линии в режим TE10 в SIW 20C, 20C. Однако, как уже обсуждалось выше, изобретение не ограничено каким-либо конкретным переходом между схемой 11C и SIW 20C, 20C.
g
Вторая часть перехода или каждого переход, к которому конкретно относится изобретение, содержит переходы между SIW 20C, 20C и гребнями 4C, 4C гребенчатых щелевых волноводов 10C, 10C. Дополнительные выступы 5C, 5C длиной λ/4 служат для обеспечения электромагнитной связи электромагнитного поля между волноводами SIW 20C, 20C и гребнями 4C, 4C гребенчатых щелевых волноводов 10C, 10C путем инвертирования импеданса и создания цепей короткого замыкания, следовательно, обеспечивая бесконтактные переходы.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, волноводы 10C, 10C содержат так называемые щелевые волноводы, содержащие периодическую или квазипериодическую конструкцию 18C, например, образованную множеством металлических штырей 118, проходящих, по существу, перпендикулярно ко второй металлической пластине или второму волноводному блоку 2С, и расположенных так, чтобы быть обращенными к схеме 11С, содержащей SIW 20C, 20C. Штыревая конструкция 18С, содержащая штыревой слой, заменяет металлические волноводные стенки 3, 3А, 3В в предыдущих вариантах осуществления, и в таких щелевых волноводных конструкциях первая и вторая металлические пластины 1С, 2С разъединены, т.е. не соединены, и нет необходимости в каких-либо винтах или других соединительных средствах. Таким образом, в таких щелевых конструкциях, см., например, фиг. 6, 7, 8А, 8В, первая и вторая проводящие пластины, блоки или аналогичные элементы собирают, не требуя надлежащего монтажа или соединения, напр. с помощью соответствующих крепежных средств, как, например, схемы, показанные на фиг. 1-5. Кроме того, щелевые конструкции являются предпочтительными, если механические допуски являются проблемой, или если необходимо установить соединения между волноводными блоками, а также могут препятствовать утечке и, таким образом, прекращать нежелательное распространение волн при компоновке схем. Посредством периодической или квазипериодической штыревой конструкции 18C блокируют утечку волноводных мод в схему 11C, содержащую SIW 20C, 20C от щелевых волноводов 10C, 10C. Таким образом, энергия в виде волноводных мод более высокого порядка не может распространяться между волноводами и схемой, а утечка в переходах будет уменьшена или предотвращена.
Множество металлических штырей 118 расположено параллельно, и каждый штырь может иметь круглое, прямоугольное или квадратное поперечное сечение и выступать перпендикулярно относительно плоской поверхности второй металлической пластины или участка 2С волноводного блока.
В предпочтительных вариантах осуществления, которыми изобретение не ограничено, ширина, размер поперечного сечения квадратных штырей может составлять около 0,1λ-0,2λ, где λ – длина волны центральной частоты соответствующей полосы частот, а высота штырей составляет около λ/4, например от 0, 15λ до 0,3λ.
В частности, период составляет приблизительно от 0,25λ до 0,4λ.
Расстояние между вершиной поверхности штыря и плоскостью заземления схемы (в данном случае первой плоскостью 9С заземления SIW) в предпочтительных вариантах должно быть меньше λ/4, хотя оно может быть как больше, так и меньше.
Поскольку периодическая конструкция, также обозначенная текстурой, сконструирована так, что она прекращает распространение волн на определенной полосе частот, для которой она сконструирована, то соответствующим образом выбирают форму и размеры, а также, например, расположение.
Свойства нераспространения или отсутствия утечки между двумя поверхностями, на одной из которых выполнена периодическая текстура (конструкция), известны, например, из работы П.С. Килдал, Э. Альфонсо, А. Валеро-Ногейра, Э. Рахо-Иглесиас, "Локальные волноводы на основе метаматериалов в промежутках между параллельными металлическими пластинами", IEEE, сборник Антенны и беспроводное распространение (AWPL), том 8, стр. 84-87, 2009. Свойства нераспространения появляются в пределах определенной полосы частот, называемой полосой заграждения. Известно также, что такие полосы заграждения могут быть обеспечены другими типами периодических конструкций, как описано в работе Э. Рахо-Иглесиас, П.С. Килдал, "Численные исследования полосы пропускания параллельной пластины, реализуемой слоем гвоздей, рифления и грибовидного EBG для использования в щелевых волноводах", IET Микроволны, Антенны и Распространение, т. 5, № 3, стр. 282-289, март 2011 г. Эти свойства полосы заграждения также используют для формирования так называемых щелевых волноводов, как описано в WO/2010/003808.
Описанные периодические или квазипериодические текстуры могут быть использованы в некоторых вариантах осуществления переходного устройства в соответствии с настоящим изобретением.
В других отношениях переходное устройство 100C и его функционирование аналогичны переходному устройству, описанному со ссылкой на фиг. 4 и другие предшествующие фигуры 1-3, 5 и, поэтому, далее описаны не будут, а аналогичные элементы имеют одинаковые ссылочные позиции, но с индексом "С". Короткозамкнутые штыри 16С являются необязательными, как упоминалось выше; они также могут содержать промежуточные штыри 18C.
На фиг. 7 показан еще один вариант осуществления переходного устройства 100D, включающего в себя щелевой волновод, более конкретно, сдвоенный переход от микрополосковой интегральной схемы к щелевому волноводу. Электрическое поле, например, от микрополосковой линии схемы 11D, например, печатной платы, электромагнитно связано с щелевыми волноводами 10D, 10D с использованием промежуточных уступов, содержащих волноводы SIW 20CВ 20В и щелевые волноводы 10В, 10В, чтобы максимизировать передачу электромагнитного поля. Первые части переходов, содержащих переходы 12D, 12D от микрополосковой линии до SIW 20D, 20D схемы 11D, которая прикреплена к первой, в данном случае нижней, пластине 1D щелевого волновода, как упомянуто выше, являются прямолинейными и могут, например, содержать ступенчато сужающиеся участки микрополосковой линии, соединяющие 50 Ом микрополосковую линию с волноводами SIW, используемыми для преобразования режима Q-TEM микрополосковой линии в режим TE10 в соответствующих SIW 20D, 20D, и изобретение не ограничено каким-либо конкретным переходом первой части между схемой 11D и SIW 20D, 20D.
Вторая часть каждого перехода содержит переходы между SIW 20D, 20D и щелевыми волноводами 10D, 10D.
Переходное устройство 100D (см. вариант осуществления, описанный со ссылкой на фиг. 4), в дополнение к первой металлической пластине или части 1D волноводного блока, к которому присоединена схема 11D, содержащая SIW 20D, 20D, дополнительно содержит вторую металлическую пластину или часть 2D волноводного блока, содержащую канавку, в которой расположены участки 14D, 14D трансформатора импеданса (см. фиг. 5), каждый из которых содержит несколько уступов (в данном случае трехступенчатый трансформатор Чебышева), образуя ступеньки, соединяющие гребни 4D, 4D щелевых волноводов 10D, 10D с канавкой волновода, заканчивающегося соответствующим портом 25 волновода.
g
Для выполнения бесконтактных переходов в соответствии с изобретением электромагнитная связь электромагнитного поля между SIW 20D, 20D и гребнями 4D, 4D щелевых волноводов 10D, 10D соответствующие выступы 5D, 5D длины λ/4 соединяют с гребнями 4D, 4D щелевых волноводов 10D, 10D, чтобы инвертировать импеданс и создать соответствующее короткое замыкание.
g
Каждый гребень 4D, 4D, таким образом, продолжается выступом 5D, 5D, длина которого равна четверти длины волны, как обсуждалось со ссылкой на фиг. 1-3 выше, и, в частности, со ссылкой на фиг. 5, каждый выступ 5D, 5D имеет высоту, которая немного меньше, чем у соответствующего гребня 4D, 4D, так что между соответствующим выступом 5D, 5D длины λ/4 и SIW 20D, 20D создают воздушный зазор.
Первый и второй волноводные блоки 1D, 2D могут содержать уступы стандартного фланцевого сопряжения волновода (не показаны). Короткозамкнутые штыри 16D, 16D могут быть выполнены рядом с выступами 5D, 5D, как в предыдущих вариантах осуществления, на внешних свободных концах, направленные от соответствующих гребней 4D, 4D и смещенные в поперечном направлении друг относительно друга для предотвращения утечки, как также обсуждалось ранее в заявке. Верхняя (в данном случае) металлическая пластина содержит штыревую конструкцию 18D, содержащую множество штырей, напр. слой 118 штырей или подобное, также описанный со ссылкой на фиг. 6, который, следовательно, далее обсуждаться не будет, и, как описано со ссылкой на фиг. 6, первый и второй волноводные блоки 1D, 2D также в собранном состоянии остаются разъединенными, не соединенными.
На фиг. 4-7, в принципе, показаны двухпортовые устройства, например, для усилителей, но они могут быть расширены, чтобы содержать любую схему, имеющую различное число и типы портов. Примерами являются преобразователи частоты (микшеры), усилители мощности, МШУ (малошумящие усилители), источники сигналов, умножители частоты и различные комбинации таких компонентов и т.д.
Волноводные конструкции могут содержать металлические пластины или волноводные блоки, содержащие первую часть волноводного блока или первую проводящую металлическую пластину, образующую соответствующую половину одного или нескольких волноводов, вторую часть волноводного блока или вторую металлическую пластину, образующую соответствующую другую половину упомянутого одного или нескольких волноводов.
На фиг. 1, 4-7 волноводные узлы показаны в разомкнутом, не собранном (конструкции с зазором) или несмонтированном состоянии.
Если волноводные блоки или первая и вторая проводящие пластины соединены (смонтированы или собраны), например, получают один или несколько волноводов, при этом разделение может быть вдоль широкого размера прямоугольного сечения волновода.
Хотя в показанных вариантах осуществления первые проводящие металлические пластины или части блоков взяты для формирования нижней части, должно быть понятно, что в альтернативных вариантах осуществления расположение металлической пластины или блока может быть другим, например, перевернутым, либо металлические пластины или блоки волноводов или антенные части могут содержать две металлические пластины или блока, расположенных и сформированных любым другим соответствующим образом, при условии, что SIW выполнены на блоке или проводящей части, противоположной блоку или проводящей пластине, содержащей, например, гребенчатый волновод(ы), продолжающийся выступом(-ами).
Первая и вторая проводящие пластины или блоки, например, волноводные блоки или антенные части могут быть, как упоминалось выше, соединены винтами или другими крепежными средствами, за исключением случаев, когда предусмотрены зазоры, например, как описано со ссылкой на фиг. 6, 7, 8А, 8В, и в этом случае их просто собирают, но в действительности они не соединены, и в некоторых вариантах осуществления могут быть выполнены направляющие штыри (не показаны) для обеспечения точного позиционирования SIW и выступы, позволяющие обеспечить переходы SIW-волновод в соответствии с изобретением.
Изобретение, как также упоминалось выше, не ограничено какой-либо конкретной схемой, а поддерживающая электроника не показана для ясности, и так как она не является частью основной концепции изобретения.
Первая проводящая пластина выполнена с возможностью размещения на ней упомянутой схемы, содержащей SIW или несколько SIW, и может, например, содержать одно или несколько приемных гнезд. В альтернативных вариантах осуществления схема, содержащая SIW или несколько SIW, установлена, предпочтительно с возможностью отсоединения, на первую (или вторую) часть блока или проводящую пластину любым другим подходящим способом, напр. посредством пайки, сварки, склеивания или аналогичного.
В общем, двухпортовые сдвоенные конструкции могут быть использованы разными способами. Например, если схема размещена на печатной плате/чипе, в качестве входа может использоваться один порт волновода, а если чип содержит усилитель, то другой порт волновода может оставаться открытым, чтобы излучать поле как открытый волновод. Следовательно, он представляет собой антенну с интегрированной электроникой. В качестве другого примера сдвоенная конструкция в принципе может представлять не излучающее активное или пассивное двухпортовое устройство любого другого типа.
В отдельных вариантах осуществления настоящего изобретения переходное устройство содержит переход между схемой любого типа, как обсуждалось выше, и антенной, некоторые примеры приведены на фиг. 8А, 8В и 9 ниже. За исключением того, что волновод заменен антенной, функционирование и задействованные элементы аналогичны и могут быть разных типов, как обсуждалось со ссылкой на варианты осуществления волновода, показанные на фиг. 1-7, и поэтому в дальнейшем не будут здесь подробно описаны.
В частности, это может быть конструкция антенны, основанная на гребневой концепции, как показано на фиг. 4, или конструкция антенны на основе прямоугольной концепции, как показано на фиг. 5, а также это может быть конструкция антенны, содержащая щелевой волновод, как описано выше, например, на фиг. 6 и 7. Поэтому, признаки и элементы, которые уже обсуждались и были показаны со ссылкой на предыдущие варианты осуществления, в дальнейшем не обсуждаются со ссылкой на реализации антенн, показанные на фиг. 8А, 8В и 9, и они обозначены такими же ссылочными позициями, но имеют дополнительный индекс "Е" и "F" соответственно.
На фиг. 8А показано переходное устройство 100Е в соответствии с изобретением, содержащее переход от микрополосковой интегральной схемы к гребенчатой щелевой антенне. Переход основан на электромагнитной связи электромагнитного поля, например, от микрополосковой линии 12С схемы 11Е, например, печатной платы, к гребенчатой щелевой антенне 10Е с использованием промежуточных уступов, содержащих переход между SIW 20E и антенной 10E для максимизации передачи электромагнитного поля.
Как также обсуждалось выше, переход между SIW 20E и частью схемы, например, печатной платой, содержащей переход от микрополосы 12E к SIW 20E, непосредственно прикрепленному к первой нижней металлической пластине 1E, является прямым, и изобретение не ограничено каким-либо конкретным переходом между схемой 11E и SIW 20E.
Вторая часть перехода, к которой относится изобретение, содержит переход между SIW 20E и щелевой антенной 10E.
В варианте осуществления, приведенном на фиг. 8А, показывающем устройство 100Е в открытом, не собранном состоянии, антенна 10Е содержит так называемую волноводную щелевую антенну, содержащую периодическую или квазипериодическую конструкцию 18Е, например, образованную множеством металлических штырей 118, проходящих, по существу, перпендикулярно ко второй металлической пластине 2E, образуя, например, слой штырей, и расположенных так, чтобы быть обращенными к схеме 11Е, содержащей SIW 20E, выполненный на первой металлической пластине 1E. Первая металлическая пластина 1E также содержит антенную щель 115. Штыревая конструкция 18Е аналогична штыревой конструкции, описанной со ссылкой на фиг. 6 и 7, но реализована для антенны, и в дальнейшем она здесь описана не будет. Должно быть понятно, что ее можно изменять, как описано со ссылкой на фиг. 6 и 7.
g
g
Вторая металлическая пластина 2E содержит питающий гребень 4E с выступом 5E длиной λ/4, соединенным со свободным концом гребня 4E. Выступ 5E длиной λ/4, как также обсуждалось выше, служит для обеспечения электромагнитной связи электромагнитного поля между волноводом SIW 20E и гребнем 4E гребенчатой щелевой антенны 10E, эффективно создавая короткое замыкание, и, следовательно, обеспечивает бесконтактный переход. Для иллюстративных целей вторая металлическая пластина не показана соизмеримо с первой металлической пластиной.
Питающий гребень 4Е содержит Т-образную часть 116, выполненную с возможностью возбуждения щели 115 в первой металлической пластине 1Е. SIW 20E, как вариант, может быть снабжен средством 17 настройки, содержащим переходные отверстия и выемку для регулировки импеданса, которые, однако, не являются необходимыми для функционирования концепции изобретения.
На фиг. 8В показано переходное устройство 100Е, изображенное на фиг.8А, в состоянии, в котором собирают первую и вторую металлические пластины 1Е, 2Е, т.е. здесь вторая пластина 2Е показана в поднятом положении над первой металлической пластиной 1Е, например, для обеспечения бесконтактного перехода, а Т-образная часть 116 расположена над щелью 115. Микрополосковый входной порт 19E показан схематически.
На фиг. 9 показано переходное устройство 100F в соответствии с изобретением, содержащее микрополосковый переход от интегральной схемы к рупорной антенне. Электрическое поле, например, от микрополосковой линии 12F схемы 11F, напр. печатной платы, электромагнитно связано с рупорной антенной 10F с использованием промежуточного перехода между SIW 20F и антенной 10F, чтобы максимизировать передачу мощности.
Переход 12F от микрополосы к SIW 20F, который непосредственно прикреплен к первой, в данном случае нижней, металлической пластине 1F рупорной антенны 10F, является прямым, и изобретение, как упоминалось выше, не ограничено каким-либо конкретным переходом между схемой 11F и SIW 20F, но относится к переходу между SIW 20F и рупорной антенной 10F.
g
В варианте осуществления, приведенном на фиг. 9, показан переход 100F в открытом, например, несобранном состоянии, при этом антенна 10F содержит ступенчатый сужающийся раскрыв волновода, содержащий две противоположно расположенные ступенчатые конические секции 191, 191, таким образом, первая и вторая металлические пластины 1F, 2F, в собранном, смонтированном состоянии содержат обращенные друг к другу ступенчатые секции 191, 191. Схема 11F, содержащая SIW 20F, выполнена на верхней поверхности первой металлической пластины 1F, в данном случае на конце, противоположном ступенчатому участку 191. На соответствующей верхней поверхности второй металлической пластины 2F выполнен импедансный трансформатор 14F, например, трансформатор Чебышева, который продолжается выступом 5F длиной λ/4, расположенный на небольшом расстоянии от SIW 20F, как обсуждалось со ссылкой на предыдущие варианты осуществления, так что обеспечивается бесконтактный переход между SIW 20F и рупорной антенной 10F, т.е. достигая его, поля выходят из схемы, например, чипа, и переходят в антенну 10F бесконтактно путем инвертирования импеданса и создания обратного короткого замыкания.
SIW 20F, как вариант, может быть снабжен средством 17 настройки, содержащим дополнительные переходные отверстия и выемку для регулировки импеданса, которые, однако, не являются необходимыми для функционирования концепции изобретения.
Должно быть понятно, что, в качестве альтернативы, переходы, как описано со ссылкой на фиг. 2С, могут быть использованы в любом из устройств, показанных на фиг. 4-9.
Особым преимуществом является то, что в соответствии с изобретением можно выполнить безрезонансное бесконтактное переходное устройство антенна-схема или чип с низкими потерями.
Волновод или порт линии передачи могут, например, выступать в качестве входного сигнала входной частоты, который, следовательно, подают через такой волновод или линию передачи.
Должно быть понятно, что изобретение не ограничено показанными вариантами осуществления, но его можно изменять множеством способов в рамках объема прилагаемой формулы изобретения.
В частности, оно применимо, в принципе, к любой схеме произвольного размера, активной или пассивной, и оно не ограничено какими-либо конкретными частотами. Кроме того, изобретение не ограничено какими-либо конкретными схемами, а применимо к любому устройству схемы, например, к высокочастотным схемам, MMIC, гибридным схемам, а также охватывает другие (активные или пассивные) схемы. Оно также не ограничено ни каким-либо конкретным числом или типом волноводов, антенн, ни какими-либо конкретными портами или компоновкой и расположением портов, может быть один, два, три или несколько портов, выступающих в качестве входных и/или выходных портов. Изобретение также охватывает выступы различной формы, прямоугольной формы, формы в виде сектора, треугольной формы и т.д. Кроме того, изобретение охватывает различные типы планарных переходов, напр. также содержащих копланарные линии передачи.