TRANSICION DE MICROCINTA A GUIA DE ONDA PARA ONDAS MILIMETRICAS INCORPORADAS EN UNA TARJETA DE CIRCUITOS IMPRESOS MULTICAPAS.

Procedimiento de fabricación de una transición microcinta a guía de onda,

en donde la transición comprende:

- una estructura multicapas que incluye al menos un sustrato dieléctrico (1) del tipo utilizado en la tecnología de las tarjetas de circuitos impresos;

- el substrato multicapas está previsto sobre una placa de metal rígida (15);

- un diseño metálico (2, 3, 7) es sostenido por el substrato dieléctrico (1);

- en donde el diseño metálica (2, 3, 7) incluye: una microcinta (2) que termina en una placa (3) que actúa como una sonda para acoplar la microcinta (2) a una guía de ondas (10) por medio del sustrato dieléctrico (1); y dos ventanas (5, 6) simétricas a un eje longitudinal del diseño metálica (2, 3,7), separadas una de la otra por una banda central (4) que lleva la sonda;

El procedimiento incluye las etapas de:

- supresión de las multicapas (1), de la placa de metal rígido (15) y del montaje metálico (2.3.7) en correspondencia a las dos ventanas (5, 6);

- supresión de la placa de metal rígido colocada debajo de la banda (4) al menos en la región entre las ventanas; fresado de dos ranuras rectangulares (12, 13) de profundidad dada para todo el grosor de dos paredes opuestas a la extremidad de la guía de ondas (10) a lo largo del eje de simetría;

- las dimensiones de las dos ventanas (5, 6) y la anchura de la banda (4) se fijan para alojar al mismo tiempo la banda (4) en las ranuras (12, 13) en el borde de la guía de ondas (10) y susodicho borde de la guía de ondas (10) dentro de las ventanas (5, 6), tanto como la profundidad de las ranuras (12, 13) lo permita;

- fijación de una tapa metálica (16) sobre el borde de la guía de ondas (10) emergente de los dos lados (5.6) de la banda (4) para reflejar en retorno a la guía de ondas (10) la energía irradiada por la sonda (3) en la dirección opuesta

Transición de microcinta a guía de onda para ondas milimétricas incorporadas en una tarjeta de circuitos impresos multicapas.

Campo de la invención

La presente invención relata el campo de los circuitos de microondas y de los aparatos y más concretamente una transición de microcinta a guía de onda para ondas milimétricas incorporadas en una tarjeta de circuitos impresos multicapas. Recordamos que "microondas" es un término genérico para indicar varias rangos de frecuencia para la propagación de aire de aproximadamente 1 GHz hasta cerca 3 THz, las ondas milimétricas corresponden al rango de EHF de 30 a 300 GHz (? = 10 a 1 mm). La realización de la presente invención es particularmente conveniente en el rango EHF, pero no hay limitaciones a la aplicación en otros rangos de frecuencia, por ejemplo de SHF de 3 a 30 GHz (? = 10 a 1 cm). La invención se refiere tanto a un método para fabricar la transición como a la transición misma.

Actualmente los fabricantes de transceptores de microondas están presionados por una demanda cada vez mayor de aparatos que funcionan en el rango de las ondas milimétricas, por ejemplo para usos en: enlaces por radio de capacidad alta/media/baja, redes de punto a multipunto, comunicaciones por satélite, etc. Concentrándose en las técnicas de fabricación orientadas a lograr productos con una buena relación entre coste y eficacia, como los tradicionales circuitos impresos (Printed Circuit Boards; PCB), son problemáticos en este rango de frecuencia, debido a las pérdidas dieléctricas crecientes de los sustratos y a la insuficiencia de los diseños conocidos de circuitos de interfaz planar con guía de ondas mecánicos.

Estado de la técnica

Se conocen en la técnica las transiciones de microcinta a guía de onda realizadas con sustratos dieléctricos de pérdida alta para la fabricación del PCB. El solicitante de la presente invención presentó el 30-5-2002 una solicitud de patente europea indicada como Ref.[1] en las Referencias enumeradas al final de la descripción. De acuerdo con la Ref.[1] el rango de frecuencia de funcionamiento de la transición se extendía hasta 35 GHz en los sustratos de fibra de vidrio reforzados (FR4). El tablero multicapa hizo uso de una capa de cobre gruesa como segunda capa de la composición de la estructura del disco para proporcionar la rigidez mecánica al sustrato FR4 para la conexión de una guía de onda rectangular en la cara inferior. La capa de cobre fue fresada para poner al descubierto la ventana dieléctrica de una transición de una hendidura y obtener mientras tanto una especie de reborde alrededor de ella para montar la guía de onda. Ignorando la transición por el momento, la idea del aprovechamiento de sustratos de pérdida alta para obtener los circuitos microondas fiables y de bajo coste, apropiados a las técnicas de ensamblaje automáticas o semiautomáticas, ya ampliamente utilizadas en la fabricación del PCBs, había sido heredada de una demanda de patente europea precedente presentada por el mismo solicitante el 26/07/2001 e indicado actualmente como Ref.[2]. Esta segunda aplicación describía una tecnología chip sobre placa (COB), que permitió integrar sobre el sustrato muchas partes del transreceptor, en particular era posible acomodar sobre el sustrato tanto los componentes del montaje en superficie como aquellos en chip (diferenciado o MMIC) con los circuitos de polarización pertinentes, para la transición convencional de la guía de ondas que constituyó el interfaz de radio del transreceptor. La frecuencia de 80 GHz era el límite teórico dependiendo de la anchura mínima Wm de la microcinta y del grueso h de la capa FR4 permitida por la tecnología. Considerando a Wm = 200 µm la anchura de la microcinta, y ?/Wm = 10 como un buen parámetro de diseño, entonces para obtener el valor de 50 O para la impedancia característica de la microcinta el grosor de la capa de FR4 era h = 100 µm. El valor optimista de 80 GHz había sido calculado para la única propagación de onda a lo largo de la microcinta sin tomar en la debida consideración los efectos de las transiciones de microcinta a guía de onda. Dado que la invención que será divulgada se refiere a una realización alternativa a la transición de la Ref.[1] capaz de funcionar realmente hasta 80 GHz, son necesarios algunos detalles de la realización en Ref.[1] para apreciar las mejoras. Las figuras 1a, 1b, 2a, 2b, y 3 divulgan esos detalles.

La figura 1a muestra un montaje metálico colocado en la cara superior de un sustrato dieléctrico FR4 que pertenece a una estructura multicapas. El montaje incluye una microcinta que se extiende a lo largo del eje de simetría longitudinal del sustrato y que termina con una placa metálica. La microcinta y el circuito restante (no visibles para simplificar) se rodean por un diseño de blindaje metálico que delimita una ventana rectangular no metalizada correspondiente a una ventana dieléctrica, ingresada por la microcinta emplacada. La metalización perimétrica de la ventana dieléctrica esta formado como un marco rectangular con cuatro círculos no metalizados en las cuatro esquinas en correspondencia de los orificios roscados por la estructura multicapas. La Figura 1b muestra una capa de cobre gruesa adherida a la cara inferior del sustrato dieléctrico para formar un núcleo metálico que da rigidez a la estructura multicapas y que constituye un plano de tierra para la parte superior de la microcinta. El núcleo metálico esta fresado y completamente aislado para dejar al descubierto el sustrato dieléctrico en correspondencia de la ventana dieléctrica, de manera que la placa es visible para la parte de atrás debido a la semitransparencia de la capa FR4. La Figura 2a es un corte transversal a lo largo del eje A-A de la figura 1a. La figura muestra la estructura multicapas incluyendo tres sustratos dieléctricos y el núcleo de metal. Los sustratos dieléctricos superior e inferior están metalizados, mientras que el interpuesto se usa como aislante. El final de la guía de ondas rectangular ensambla la ventana rectangular fresada en el núcleo metálico en correspondencia a la ventana dieléctrica del sustrato superior, de modo que la abertura en el núcleo metálico es una continuación de la guía de onda a la ventana dieléctrica del sustrato. Una tapa metálica colocada sobre el marco de la cara superior se fija a la estructura multicapas por medio de cuatro tornillos en la esquina del marco que penetra en el sustrato dieléctrico superior, el núcleo metálico (el reborde) y las paredes de la guía de ondas rectangular. La tapa metálica es un cuerpo hueco con una hendidura rectangular frente a la ventana no metálica. En funcionamiento, el final emplacado de la microcinta que entra en la ventana dieléctricos actúa como una sonda electromagnética para irradiar en el espacio cerrado a su alrededor. Las dimensiones de la placa se calculan para transferir la energía de la microcinta de alimentación a la guía de ondas de manera eficiente. La tapa metálica atornillada se usa como un reflector para prevenir la propagación de la placa en la dirección opuesta a la guía de onda. Para este objetivo el hueco de la tapa metálica actúa como un corto de retorno para la señal. De las consideraciones antedichas se puede concluir que la sonda y la ventana dieléctrica en comunicación con la guía de onda constituyen una transición de microcinta a guía de onda que transforma el modo de la propagación "quasi-TEM" de la microcinta en el modo TE₁₀ de la guía de onda rectangular. Las propiedades electromagnéticas de las transiciones son recíprocas, de modo que la misma estructura usada por el transmisor RF para transportar dentro de la guía de onda una transmisión de señal de la microcinta se usa también por el receptor para transportar una señal de recepción RF de la guía de onda a la microcinta.

La Figura 2b muestra una serie de orificios pasantes metalizados (vía de orificios visible en la Figura 2a) espaciados regularmente a lo largo del marco. Estas vías de orificios alrededor de la zona de transición han introducido sucesivamente la clasificación de la Ref. [1] con el objetivo de mejorar el funcionamiento de la transición en las frecuencias más altas (35.5 GHz) del rango de operaciones. Esta declaración es posible porque la transición en la Ref. [1] y la transición de la presente invención se desarrollaron en los laboratorios del mismo aspirante. El suministro en la vía de orificios a la falta de continuidad de la guía de onda por el grosor del sustrato dieléctrico alrededor de la zona de transición. Gracias a la vía de orificios, la energía está limitada dentro de la parte paralelepipédica del sustrato dieléctrico adyacente a la cavidad de...

1. Procedimiento de fabricación de una transición microcinta a guía de onda, en donde la transición comprende:

- una estructura multicapas que incluye al menos un sustrato dieléctrico (1) del tipo utilizado en la tecnología de las tarjetas de circuitos impresos;

- el substrato multicapas está previsto sobre una placa de metal rígida (15);

- un diseño metálico (2, 3, 7) es sostenido por el substrato dieléctrico (1);

- en donde el diseño metálica (2, 3, 7) incluye: una microcinta (2) que termina en una placa (3) que actúa como una sonda para acoplar la microcinta (2) a una guía de ondas (10) por medio del sustrato dieléctrico (1); y dos ventanas (5, 6) simétricas a un eje longitudinal del diseño metálica (2, 3,7), separadas una de la otra por una banda central (4) que lleva la sonda;

El procedimiento incluye las etapas de:

- supresión de las multicapas (1), de la placa de metal rígido (15) y del montaje metálico (2.3.7) en correspondencia a las dos ventanas (5, 6);

- supresión de la placa de metal rígido colocada debajo de la banda (4) al menos en la región entre las ventanas; fresado de dos ranuras rectangulares (12, 13) de profundidad dada para todo el grosor de dos paredes opuestas a la extremidad de la guía de ondas (10) a lo largo del eje de simetría;

- las dimensiones de las dos ventanas (5, 6) y la anchura de la banda (4) se fijan para alojar al mismo tiempo la banda (4) en las ranuras (12, 13) en el borde de la guía de ondas (10) y susodicho borde de la guía de ondas (10) dentro de las ventanas (5, 6), tanto como la profundidad de las ranuras (12, 13) lo permita;

- fijación de una tapa metálica (16) sobre el borde de la guía de ondas (10) emergente de los dos lados (5.6) de la banda (4) para reflejar en retorno a la guía de ondas (10) la energía irradiada por la sonda (3) en la dirección opuesta.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado en que,

la totalidad de la superficie de las dos ventanas (5, 6) en los dos lados de la banda (4) prevalece con respecto a la superficie de la banda central (4), de modo que el espacio de la transición se llena de manera prevalente con aire.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,

caracterizado en que

incluye la etapa de alineación del diseño metálica (2, 3, 7) con relación a la guía de ondas (10) y de fijación de las multicapas a un cuerpo de soporte metálico (9) que se trabajó para obtener la guía de ondas (10).

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado en que,

incluye la etapa de supresión de la placa de metal rígido (15) de dicha banda (4) por lo menos en correspondencia de la cavidad (11) de la guía de onda (10) atravesada por la banda (4).

5. Procedimiento según la reivindicación 4,

caracterizado en que,

incluye la etapa de fresado en el cuerpo de dicha tapa (16) de un hueco central (18) formado como una zona corta de dicha guía de ondas (10) con una profundidad de aproximadamente ?/4.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado en que,

antes de la abertura de dichas ventanas (5,6) en las multicapas (1, 15) se realiza una etapa de perforación y de metalización para cercar dichas ventanas (5,6) y la banda (4) con orificios pasantes metalizados (7,8) para evitar posibles separaciones entre la s (1) y la placa de metal rígida (15).

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado en que,

dichas ventanas (5, 6) abiertas en las multicapas (1, 15) tienen una forma rectangular.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado en que,

incluye la etapa de ajuste de la frecuencia central de la transición por fijación de un valor correspondiente de la proporción (a+b)/w, donde: w es la dimensión de la cavidad más larga de una guía de ondas rectangular cuya dimensión más corta tiene una proporción conocida con w, a es la longitud de la línea que transporta la señal hasta la placa (3), y b es la base de la placa (3) formada como un rectángulo perpendicular a la microcinta (2).

9. El procedimiento según la reivindicación 8,

caracterizado en que,

incluye la etapa de optimización de la adaptación en los puertos de entrada y de salida dentro de la banda de frecuencia deseada mediante la fijación de la proporción c/b, donde c es la altura de la placa rectangular dentro del ancho de banda considerado; en donde la banda de frecuencia deseada se extiende de 55 a 60 GHz; en el que se utiliza una capa dieléctrica (1) con una constante dieléctrica relativa e_r de aproximadamente 3.54 y en el que el grosor es de aproxi- madamente 100 µm, el valor de (a+b)/w es de aproximadamente 0.18 y el valor de c/b es de aproximadamente 2.22.

10. Transición de microondas a guía de ondas fabricada con el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. La transición según la reivindicación 10,

caracterizado en que,

las dos ranuras (12, 13) opuestas tienen profundidades diferentes y la más profunda incluye la microcinta (2) que incluye la placa de metal rígida (15).

12. La transición según la reivindicación 11,

caracterizada en que,

las dos ranuras (12, 13) opuestas tienen dimensiones transversales tales que se comportan como dos guías de ondas subyacentes en el rango de frecuencia deseada de la transición apta que limitar el campo electromagnético en el volumen de la transición.

13. La transición según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12,

caracterizada en que,

dicha guía de onda (10) es rectangular.

14. La transición según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12,

caracterizado en que,

dicha guía de onda (10) es circular.

15. La transición según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12,

caracterizado en que,

dicha guía de onda (10) es elíptica.

16. La transición según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado en que,

incluye una corona de orificios pasantes metalizados (7, 8) que contiene el borde de la guía de ondas (10) en los dos lados de la banda (4) para evitar posibles separaciones entre la capa dieléctrica (1) y la placa de metal rígida (15).