SE532390C2 - Transmissionsledning och ett förfarande för tillverkning av en transmissionsledning - Google Patents

Description

532 Säü lösning på eller en minskning av problemen med känd teknik.

Ett huvudsyfte är därför att föreslå en transmissionsledning som uppvisar fördelaktiga elektriska egenskaper och samtidigt är både rationell till konstruktionen och enkel att använda.

I enlighet med uppfinningen åstadkommas detta med en trans- missionsledning som uppvisar särdragen enligt patentkrav 1.

Att använda en centrumledare innefattande minst en ledare bil- dad på en sida av ett mönsterkort (PCB) åstadkommer en enkel och relativt billig konstruktion. Ett annat förlag kunde vara att använda en bit metall som centrumledare. Jämfört med en sådan bit metall ställer emellertid ett PCB i utsikt bättre dimensionell noggrannhet, lägre vikt, och eventuellt också lägre kostnad än plåt.

I enlighet med en annan aspekt av uppfinningen, uppnås ett eller flera av ovanstående syften med ett förfarande för till- verkning av en transmissionsledning som uppvisar sârdragen enligt patentkrav 12. Detta är ett rättframt förfarande för tillverkning som är enkelt att använda.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer anges i de beroende patentkraven.

Kort beskrivning av ritningarna Utföringsformer som exemplifierar uppfinningen kommer nu att beskrivas, med hjälp av de bifogade ritningarna, på vilka Fig. la och lb schematiskt visar en transmissionsledning enligt uppfinningen, fig. 2a och 2b schematiskt visar ett fall med dåmpningsegen- skaper för transmissionsledningen enligt fig. la och lb, 10 15 20 25 30 532 356 fig. 3 visar transmissionsledningar i enlighet med uppfin~ ningen monterade på baksidan av en antennreflektor, fig. 4a~4c visar två transmissionsledningar i enlighet med uppfinningen, förbundna med varandra med ett ledande element, ur olika perspektiv, fig. 5 visar ett dielektrikum i en utföringsform av uppfin- ningen, fig. 6 visar användningen av en tvärförbindelse mellan två separata transmissionsledningar, och fig. 7a~7b visar användningen av ett flertal transmissions~ ledningar enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen En konceptuell utföringsform av uppfinningen visas i fig. la.

Det är en transmissionsledning 1 som innefattar: - ett spår 2 definierat av två parallella ledande väggar 3 och ett ledande golv 4 alla elektriskt förbundna med varandra, tillsammans bildande en perifer ledare för transmissions- ledningen, och - en centrumledare 5, åtminstone delvis nedsänkt i spåret 2, varvid centrumledaren 5 år isolerad från de ledande väggarna 3 och det ledande golvet 4 hos spåret 2. Centrumledaren 5 inne- fattar minst en ledare bildad på en sida av ett mönsterkort 6.

Transmissionsledningen 1 arbetar i nära transversell elektro- magnetisk mod (TEM~mod) eller kvasi-TEM-mod. Den lilla avvikelsen från en fullständig TEM-mod beror på de olika per- mittiviteterna för luft och det dielektriska materialet i det tunna PCB~dielektrikum som omger centrumledaren.

Typiskt skulle en sådan ledare bildad på en sida av ett möns- terkort vara en ledande strip bildad på mönsterkortet. Andra ledare är emellertid i teorin inte uteslutna; det är tänkbart 10 15 20 25 30 532 BEG att ha andra typer av ledare än strips bildade på mönster- kortet.

Utformningen av transmissionsledningen såsom i fig. la säker- ställer effektiv användning av den ledande strip-ytan, efter- som fältet är distribuerat på båda sidor av stripen beroende på de omgivande väggarna och golvet hos spåret. Detta betyder en lägre förlust jämfört med en mikrostriptransmissions- ledning. Samtidigt tillhandahåller den öppna konfigurationen, som åstadkommas genom spåret, god tillgänglighet för ledningen under montering medan mekaniskt skydd av centrumledaren fort- farande tillhandahálles. Tillverkningen av en sådan trans- missionsledning kan utformas att vara enkel och relativt bil- lig.

Ett alternativ till PCB:t skulle vara att använda en bit plåt.

Jämfört med en sådan lösning, kan PCB:t emellertid tillhanda- hålla bättre dimensionell noggrannhet, lägre vikt, och even- tuellt också lägre kostnad än en sådan bit plåt.

I fig. lb visas en transmissionsledning i vilken centrumleda- ren 5 innefattar två ledare på två sidor av mönsterkortet 6, dvs. båda sidor av PCB:t används för centrumledaren. Denna lösning åstadkommer en något lägre impedans över ett frekvens- område från 0,50 - 2,0 GHz enligt simuleringar, se nedan.

Simuleringar av dämpníngen för transmissionsledningarna i fig. la respektive lb visas i fig. 2a och 2b. Fig. 2a motsvarar fig. la och fig. 2b motsvarar fig. lb. Fig. la/2a är för en ensidig, 200 mm kopparledning på ett 20 mil (0,508 mm) tjockt Rogers 4003-substrat. Fig. lb/2b är för en tvàsidig, 200 mm kopparledning på ett 20 mil (0,508 mm) tjockt Rogers 4003-sub- strat. För båda fallen var spårets 2 totala bredd 8 mm (mot- 10 15 20 25 30 532 390 svarande golvet 4), djupet var 15 mm (motsvarande väggarna 3).

Materialet för väggar och golv var aluminium. Linjebredden var 11 mm, linjetjockleken var 35 um. Såsom kan ses är dämpningen något mindre för det tvàsidiga fallet i fig. lb/2b. Återvändande till fig. la och lb för ett tag, kan centrumleda- ren 5 hos transmissionsledningen 1 bildas på mönsterkortet 6 genom etsning. Detta betyder att hög dimensionell precision för centrumledaren kan åstadkommas. Sådan precision kan åstad~ kommas under användning av standard-, och därför billig, ets- ningsutrustning väl känd i elektronikindustrin.

I princip kan mönsterkortet 6 i transmissionsledningen 1 placeras i spåret 2 med dess huvudytor vinkelräta mot väggarna 3 i spåret 2. När mönsterkortet 6 hos transmissionsledningen 1 emellertid är placerat i spåret 2 med dess huvudytor paral- lella med väggarna 3 hos spåret 2, àstadkommes en mer effektiv användning av stripytan, vilket resulterar i en lägre dämpning för transmissionsledningen.

Väggarna 3 och golvet 4 för transmissionsledningen l i enlighet med uppfinningen kan konstrueras på många olika sätt.

De kan vara separata delar som är sammanfogade med lämpliga organ eller en integrerad del. Sådana separata delar eller integrerad del kan exempelvis vara en aluminium profil, såsom en aluminiumextrudering. Såsom ses i fig. 3 kan också åtminstone en del av vilken som helst av väggarna 3 och golvet 4 som definierar spåret också vara en del av en antennreflek- tor 7. Detta möjliggör en rationell konstruktion i vilken exempelvis baksidan av en antennreflektor kan återanvändas som en del av spåret, sålunda tillhandahållande en dubbel funktion. Fig. 3 visar i en påsiktsvy från sidan en antenn- reflektor som har monterat på dess baksida ett flertal 10 15 20 25 30 5332 330 transmissionsledningar 1. I fig. 3 visas också ett förskjut- bart dielektrikum 8 placerat i ett utrymme mellan centrum- ledaren 5 och åtminstone en av de parallella ledande väggarna 3. Genom det förskjutbara dielektrikumet, kan impedansen hos en del av transmissionsledningen styras, exempelvis för att variera/ställa in fasen hos en signal på transmissions~ ledningen. Dielektrikumet kan vara förskjutbart i en lämplig riktning. I fig. 3 kan det vara i riktningen in eller ut ur pappret. Alternativt kan den vara i en riktning in eller ut ur spåret, dvs. vänster eller höger i figuren.

Såsom fig. 4a~c visar kan ett system 10 innefattande ett fler- tal transmissionsledningar 1 i enlighet med vilken som helst av de tidigare beskrivna transmissionsledningarna enligt upp- finningen utformas, varvid åtminstone två centrumledare 5 hos nämnda flertal av transmissionsledningar är förbundna med varandra med ett ledande element 9 för att åstadkomma en del- ning av en signal~som kan komma in i systemet 10 på en av nämnda flertal av transmissionsledningar till åtminstone en annan transmissionsledning. Det ledande elementet 9 visas i fig. 4a-c där det går igenom en port mellan de två spåren i figuren.

Fig. 4a-c visar alla samma system 10 från olika vinklar och för fallet med fig. 40, också i viss genomskinlighet för att tydliggöra utformningen och placeringen av ett PCB 6 med dess centrumledare 5 i systemet.

För att sörja för en rationell och ekonomisk tillverkning av ett sådant system 10, kan åtminstone två centrumledare bildas på ett och samma mönsterkort 6. Det skulle ge åtminstone två ledare som använder endast ett PCB, såsom kan ses i fig. 4a-c.

Bildandet av minst två centrumledare på samma PCB har också 10 15 20 25 30 532 390 den ytterligare fördelen att det ledande elementet 9 mellan dem kan vara en ledare bildad på mönsterkortet 6. På detta sätt skulle det inte finnas några krav på lödning av lednings- trådar mellan transmissionsledningarna.

En figur som liknar den i figurerna 4a-c visas i figur 5 med tillägget av ett förskjutbart dielektrikum 8. Detta är i grun- den en tredimensionell schematisk vy av det förskjutbara dielektrikumet i fig. 3, dock visandes endast två trans- missionsledningar 1.

För det fall i vilket minst två centrumledare i systemet enligt uppfinningen är på separata mönsterkort 6, skulle det vara fördelaktigt om det ledande elementet 9 går igenom en av väggarna och golvet, det vill säga antingen genom en av väg- garna eller genom golvet, hos spåret hos minst en av trans- missionsledningarna, företrädesvis båda ledningarna. Detta visas i fig. 6, där en urtagning i mittenväggen utförts för att åstadkomma utrymme för det ledande elementet 9. Det skall påpekas att väggarna och golven hos de åtminstone två trans- missionsledningarna bör dela samma spänningspotential, för att undvika vilka som helst differensmoder. I synnerhet är det viktigt att upprätthålla samma potential för väggarna i båda transmissionsledningarna. Det kan ses i fig. 6 att de två centrumledarna 5 är förbundna med ett ledande element 9.

Vidare är, för att upprätthålla samma potential för väggarna i båda transmissionsledningarna, en ledare 13 tillhandahållen som förbinder båda (yttre) väggarna 3.

Ett system 10 såsom har beskrivits ovan kan, som ett exempel, användas som en antennmatning, matande antennelement med signaler. Sålunda kan ett sådant system ersätta de gängse koaxialkablarna i en sådan tillämpning. Detta kan enkelt 10 15 20 25 30 533 390 åstadkommas genom att ha ett system med minst tvâ trans- missionsledningar i enlighet med uppfinningen förbundna med ett motsvarade minst två antennelement ll. (Naturligtvis är användningen av en enstaka transmissionsledning enligt uppfin- ningen íör att mata ett antennelement också möjlig, emellertid kan den uppfattas som endast en enda transmissionsledning sna- rare än ett system av transmissionsledningar.) I jämförelse med ett system som använder koaxialkablar har denna lösning möjligheten att vara både billigare och medge en mer rationell tillverkning. Ett sådant system i enlighet med uppfinningen visas i fig. 7a och 7b. Fig. 7a visar ett system med trans- missionsledningar 1 förbundet med baksidan av en antennreflek- tor (inget utstrålande antennelement visas i fig. 7a). De olika transmissionsledningarna 1 i fig. 7a är förbundna med varandra på ett sätt som visas schematiskt i fig. 7b. En antennmatningssignal kan matas vid bakänden 12 i fig. 7b.

Denna signal distribueras sedan till de olika antennelement~ paren ll genom den successiva förgreningen av en trans- missionsledning till nya transmissionsledningar. Detta kan studeras i fig. 7b; varje ny förgreningsnivà (eller T- grennivà) resulterar i en dubblering av antalet grenar för transmissionsledningarna, Varje nivå är betecknad med en romersk siffra i fig. 7b och varje sådan motsvarande nivå visas i den schematiska figuren 7a. I slutet är transmissions- ledningarna förbundna med ett antennelementpar ll, såsom ses i fig. 7b.

Uppfinningen omfattar också ett förfarande för tillverkning av en transmissionsledning innefattande stegen: a) tillverka ett spår 2 definierat av två parallella ledande väggar 3 och ett ledande golv 4 alla elektriskt förbundna med varandra, tillsammans bildande en perifer ledare för trans- missionsledningen, och 10 15 532 390 b) sänka ned en centrumledare 5, åtminstone delvis i spåret 2, så att centrumledaren 5 är isolerad från de ledande väggarna 3 och det ledande golvet 4 hos spåret 2, utmärkt av att i steg b): sänka ned en centrumledare 5 som innefattar minst en ledare på en sida av ett mönsterkort 6.

Tillverkningen av ett spår 2 i steg a) kan åstadkommas på många sätt. Till exempel genom fräsning i en massiv kropp såsom en metallkropp. Ett annat alternativ skulle vara att skapa en metallprofil genom extrudering eller vikning av en metallplåt. Ett tredje alternativ skulle vara att förbinda olika separata delar som tillsammans bildar spåret. Det skall påpekas att vilken som helst utföringsform av transmissions- ledningen och systemet som beskrivs ovan, kan tillverkas i ett motsvarande steg i förfarandet enligt uppfinningen. 10 532 BEG Teckenförklaring 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Transmissionsledning Spår Vägg Golv Centrumledare PCB Reflektor Förskjutbart dielektrikum Ledande element 10 System 11 Antennelementpar 12 Bakände

Claims (1)

1. lO 15 20 25 30 532 330 Patentkrav Transmissionsledning (1) innefattande: - ett spår (2) definierat av tvâ parallella ledande väg- gar (3) och ett ledande golv (4) alla elektriskt för- bundna med varandra, tillsammans bildande en perifer ledare för transmissionsledningen, och - en centrumledare (5), åtminstone delvis nedsânkt i spå- ret (2), varvid centrumledaren (5) år isolerad från de ledande väggarna (3) och det ledande golvet (4) hos spå- ret (2), kånnetecknad av att centrumledaren (5) innefat- tar minst en ledare bildad på en sida av ett mönsterkort (6), varvid mönsterkortet (6) är placerat i spåret (2) med dess huvudytor parallella med väggarna (3) hos spåret (2). Transmissionsledning (1) enligt krav 1, varvid centrumledaren (5) innefattar två ledare pà två sidor av mönsterkortet (6). Transmissionsledning (1) enligt krav 1 eller 2, varvid centrumledaren (5) är bildad på mönsterkortet (6) genom etsning. Transmissionsledning (1) enligt något av kraven 1~3, var- vid spàret (2) är definierat av en aluminiumprofil. Transmissionsledning (1) enligt något av kraven 1-4, var- vid åtminstone en del av vilken som helst av väggarna (3) och golvet (4) som definierar spåret är en del av en antennreflektor (7). 10 15 20 25 30 10. ll 12. 532 350 IÄL . Transmissionsledning (1) enligt något av kraven 1-5, var- vid ett förskjutbart dielektrikum (8) är placerat i ett utrymme mellan centrumledaren (5) och åtminstone en av de parallella ledande väggarna (3). System (10) innefattande ett flertal transmissions- ledningar (1) enligt något av kraven 1-6, varvid åtmin- stone två centrumledare (5) hos nämnda flertal trans- missionsledningar är förbundna med varandra med ett ledande element (9) för att åstadkomma en delning av en signal som kan komma in i systemet (10) på en av nämnda flertal transmissionsledningar till åtminstone en annan transmissionsledning. System (10) enligt krav 7, varvid åtminstone två centrum- ledare är bildade på ett och samma mönsterkort (6). System (10) enligt krav 8, varvid det ledande elementet (9) är en ledare bildad på mönsterkortet (6). System (10) enligt krav 7, varvid minst två centrumledare är på separata mönsterkort (6) och att det ledande ele- mentet går igenom en av väggarna och golvet hos spåret hos minst en av transmissionsledningarna. .System (10) enligt något av kraven 7-10, varvid minst två transmissionsledningar är förbundna med ett motsvarande minst två antennelement (ll). Förfarande för tillverkning av en transmissionsledning innefattande stegen: a) tillverka ett spår (2) definierat av två parallella ledande väggar (3) och ett ledande golv (4) alla elekt- 10 532 35% V5 riskt förbundna med varandra, tillsammans bildande en perifer ledare för transmissionsledningen, och b) sänka ned en centrumledare (5), åtminstone delvis i spåret (2), så att centrumledaren (5) är isolerad från de ledande väggarna (3) och det ledande golvet (4) hos spå- ret (2), kännetecknat av att i steg b): sänka ned en centrumledare (5) som innefattar minst en ledare på en sida av ett mönsterkort (6), varvid mönsterkortet (6) placeras i spåret (2) med dess huvudytor parallella med väggarna (3) hos spåret (2).