Dispositivo de conexión para señales de alta frecuencia entre un conector y una línea de transmisión.

Dispositivo de conexión para señales de alta frecuencia, que comprende un circuito impreso (10) en una cara externa (12) del cual está impresa una línea de transmisión (13) y un conector (11) coaxial montado en la superficie del circuito impreso (10) en la cara externa (12),

realizándose la conexión del conector (11) al circuito impreso (10) mediante el recubrimiento de las zonas planas del conector (11) sobre las áreas externas del circuito impreso sin orificio metalizado, conectándose la línea de transmisión (13) al conector (11) por medio de una zona de contacto (15) que pertenece a la línea de transmisión (13) a la cual se añade un alma central del conector (11), comprendiendo el circuito impreso (10) al menos un plano interno de masa (25) paralelo a la cara externa (12) y que contribuye a la adaptación de la línea de transmisión (13), caracterizado por que el plano interno de masa (25) está perforado por una máscara (26) junto a la zona de contacto (15).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10176299.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45, RUE DE VILLIERS 92200 NEUILLY SUR SEINE FRANCIA.

Inventor/es: CORNIC, PASCAL, COUPEZ, JEAN-PHILIPPE, HEMERY,JÉRÉMIE, BOUCHER,JULIEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01P5/08 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01P GUIAS DE ONDAS; RESONADORES, LINEAS, U OTROS DISPOSITIVOS DEL TIPO DE GUIA DE ONDAS (que funcionan con frecuencias ópticas G02B). › H01P 5/00 Dispositivos de acoplamiento del tipo guía de ondas. › destinados al acoplamiento de   líneas o dispositivos diferentes (H01P 1/16, H01P 5/04   tienen prioridad; acoplamiento de líneas del mismo tipo pero de dimensiones diferentes H01P 5/02).
  • H05K1/02 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05K CIRCUITOS IMPRESOS; ENVOLTURAS O DETALLES DE REALIZACION DE APARATOS ELECTRICOS; FABRICACION DE CONJUNTOS DE COMPONENTES ELECTRICOS (detalles de instrumentos o detalles comparables de otros aparatos no previstos en otro lugar G12B; circuitos de película delgada o de película gruesa H01L 27/01, H01L 27/13; medios no impresos para realizar conexiones con o entre circuitos impresos H01R; envolturas o detalles de realización de tipos particulares de aparatos, ver las subclases apropiadas; procedimientos que sólo comprenden una técnica prevista en otro lugar, p. ej. calefacción, pulverización, ver la subclase apropiada). › H05K 1/00 Circuitos impresos (conjuntos consistentes en una pluralidad de semiconductores o de otros dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00; dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, p. ej. circuitos integrados, circuitos de película delgada o de película gruesa H01L 27/00). › Detalles.

PDF original: ES-2525710_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de conexión para señales de alta frecuencia entre un conector y una línea de transmisión La invención se refiere a un dispositivo de conexión para señales de alta frecuencia que comprende un circuito impreso en una cara externa del cual está impresa una línea de transmisión y un conector coaxial montado en la superficie del circuito impreso en la cara externa. La invención encuentra una aplicación particular para la transmisión de señales de radiofrecuencia en banda X, en particular para frecuencias de entre 9 y 10 GHz. Se sobreentiende que la invención se puede aplicar a otras bandas de frecuencia.

Para transportar las señales de alta frecuencia se utiliza, por ejemplo, una tecnología denominada microcinta realizada en un circuito impreso. Se realizan unas pistas conductoras impresas en las caras del circuito impreso. Estas caras pueden ser externas o internas y pueden estar separadas por uno o varios planos conductores o planos de masa. Las líneas de microcinta tienen unas dimensiones particulares de tal modo que, una vez asociadas a los planos conductores, estas forman unas líneas adaptadas en impedancia. Esta adaptación permite garantizar una cierta transparencia de la línea con respecto a la señal que transmite. Dicho de otro modo, se busca reducir al máximo las pérdidas de potencia eléctrica de la señal a lo largo de toda la línea.

Para transportar las señales de alta frecuencia fuera del circuito impreso, se utilizan, por ejemplo, unos conectores coaxiales que permiten conectar las líneas de microcinta con unos cables coaxiales cuyas impedancias también están adaptadas. Encontramos conectores diseñados para montarse en la superficie, como por ejemplo los que se describen en el documento US 2006/0208835. Este tipo de montaje no precisa ningún orificio metalizado en el cual se fijaría un contacto del conector. De manera más precisa, estos conectores se conectan al circuito impreso mediante el recubrimiento de las zonas planas del conector sobre las áreas externas del circuito impreso. La conexión se puede realizar por medio de una cola conductora o de una pasta que hay que soldar interpuesta entre las zonas planas y las áreas correspondientes. El circuito impreso sobre el cual se colocan los componentes, como los conectores, se sumerge dentro de una cuba en la que un fluido caliente, por lo general en fase de vapor, permite soldar los componentes.

La figura 1 ilustra una realización de un circuito impreso 10 diseñado para recibir un conector 11 en una de sus caras externas 12. Esta realización la ha llevado a cabo el solicitante sin haberla divulgado. En esta cara una línea de transmisión 13, realizada en forma de una línea de microcinta comprende una parte rectilínea 14 terminada por una zona circular de contacto 15 cuyo diámetro es más grande que la anchura de la parte rectilínea 14. La anchura de la parte rectilínea 14 se define de tal modo que la línea de transmisión tenga una impedancia determinada, por ejemplo 50 ohmios. Esta impedancia depende de la composición y de las dimensiones del circuito impreso 10. Por ejemplo, el circuito impreso comprende un sustrato aislante con una permisividad relativa εr igual a 3, 38, separando el sustrato a la cara externa 12 de un plano interno de masa situado junto a la línea de transmisión 13. El plano interno de masa no es visible en la figura 1. Para obtener una impedancia de 50 ohmios, se selecciona por ejemplo una anchura de la parte rectilínea 14 de 450 ï?­m y un espesor del sustrato de 203 ï?­m. El diámetro de la zona de contacto 15, por su parte, viene impuesto por el diámetro de la zona plana del alma del conector 11. En la figura 1, el alma no es visible. Queda oculta por el cuerpo 16 del conector 11. Este cuerpo 16 está conectado por unas zonas planas 17 en un plano de masa 18 realizado en la cara externa 12 y que rodea la línea de transmisión 13. En el ejemplo representado, el diámetro de la zona de contacto 15 es de 1, 7 mm. Unos orificios metalizados o aberturas de interconexión 19 permiten conectar el plano de masa 18 al plano interno de masa. El plano de masa 18 está dispuesto alejado de la línea de transmisión 13 de tal modo que su interacción con la línea de transmisión 13 no modifique o que lo haga de forma inapreciable la impedancia de la línea de transmisión 13 garantizando al mismo tiempo el blindaje de esta. Los bordes del plano de masa 18 están, por ejemplo, situados a una distancia d de 500 ï?­m de la línea de transmisión 13. El plano de masa 18 permite en particular una conexión a tierra más sencilla para los componentes montados en la superficie, en particular para el conector 11. El plano de masa 18 también garantiza un gran aislamiento eléctrico entre los diferentes motivos impresos en la cara externa 12.

Las figuras 1a y 1b representan unas vistas ampliadas de la línea de transmisión 13 en el plano de esta. La figura 1a representa una porción de la parte rectilínea 14. A lo largo de toda esta parte, la distancia d es constante. La figura 1b representa la línea de transmisión 13 a la altura de su zona de contacto 15. La distancia d, definida para la parte rectilínea 14, se mantiene alrededor de la zona de contacto 15.

Una conexión del conector 11 con una estructura multicapa, como se ilustra en la figura 1, presenta efectos eléctricos parásitos, que rompen en particular la transparencia del conector con respecto a la señal transmitida. Esta transparencia se degrada sobre todo en alta frecuencia. Estos efectos, en particular vinculados al carácter capacitivo intrínseco de la zona de contacto 15, conllevan por tanto una desadaptación y unas pérdidas de inserción más o menos importantes en la señal.

La figura 2 representa el nivel de adaptación S11 del ejemplo representado en la figura 1 expresado en dB en función de la frecuencia de la señal transmitida por la línea de transmisión 13 y el conector 11. El nivel de adaptación ilustra la potencia eléctrica reflejada. También para este ejemplo, la figura 3 representa el nivel de inserción S21, o pérdidas de inserción, expresado en dB en función de la frecuencia de la señal. El nivel de inserción ilustra las pérdidas de potencia eléctrica en transmisión en la conexión entre la línea de transmisión 13 y el conector 11.

Se constata, en este caso, que esta conexión presenta un nivel de adaptación de -6 dB para una frecuencia útil de trabajo de 9, 3 GHz, y unas pérdidas de inserción de 1, 5 dB para esta misma frecuencia. Dados estos resultados, la conexión dista mucho de ser óptima.

Para mejorar la transparencia de esta conexión, el solicitante ha propuesto corregir esta desadaptación. En la figura 4 se representa un ejemplo de realización de esta corrección. La línea de transmisión 13 comprende cerca de la zona de contacto 15 un tramo de línea inductiva 20 y un tramo de línea capacitiva 21 que permite realizar un elemento de filtrado de tipo paso bajo en cooperación con la impedancia que aporta la transición entre el conector 11 y la zona de contacto 15. El tramo de línea inductiva 20 está formado por una línea de microcinta cuya anchura es inferior a la de la parte rectilínea 14. El tramo de línea capacitiva 21 está formado por una zona de contacto de forma cuadrada cuya dimensión del lado es superior a la anchura de la parte rectilínea 14. El tramo de línea inductiva 20 está dispuesto entre la zona de contacto 15 y el tramo de línea capacitiva 21. En un primer enfoque, los diferentes elementos eléctricos de la transición, asociados a unos valores de impedancia con una frecuencia dada forman una célula de filtro de paso bajo en ï?° que comprende una inductancia, el tramo de línea inductiva 20, dispuesta entre dos condensadores, el tramo de línea capacitiva 21 y la zona de contacto 15. El tamaño de la zona de contacto 15 viene impuesto por el conector 11 y las dimensiones de las impedancias 20 y 21 están adaptadas para obtener la mejor transparencia de la transición en la frecuencia considerada en función de las características del circuito impreso 10, espesor y permisividad del sustrato.

La figura 5 representa el nivel de adaptación S11 del ejemplo representado en la figura 4 expresado en dB en función de la frecuencia de la señal transmitida por la línea de transmisión 13 y el conector 11. También para este ejemplo, la figura 6 representa las pérdidas de inserción expresadas en dB en función de la frecuencia de la señal. Se constata, en este caso, que esta transición presenta un nivel de adaptación de aproximadamente -18 dB para una frecuencia útil de trabajo de 9, 3 GHz, y unas pérdidas de inserción de 0, 27 dB para esta misma frecuencia. Se constata que la corrección aportada mejora claramente la transparencia de la transición. Sin embargo,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de conexión para señales de alta frecuencia, que comprende un circuito impreso (10) en una cara externa (12) del cual está impresa una línea de transmisión (13) y un conector (11) coaxial montado en la superficie del circuito impreso (10) en la cara externa (12) , realizándose la conexión del conector (11) al circuito impreso (10) mediante el recubrimiento de las zonas planas del conector (11) sobre las áreas externas del circuito impreso sin orificio metalizado, conectándose la línea de transmisión (13) al conector (11) por medio de una zona de contacto (15) que pertenece a la línea de transmisión (13) a la cual se añade un alma central del conector (11) , comprendiendo el circuito impreso (10) al menos un plano interno de masa (25) paralelo a la cara externa (12) y que contribuye a la adaptación de la línea de transmisión (13) , caracterizado por que el plano interno de masa (25) está perforado por una máscara (26) junto a la zona de contacto (15) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el circuito impreso (10) comprende un segundo plano de masa (27) , paralelo al plano interno de masa (25) , situándose el plano interno de masa (25) entre la línea de transmisión (13) y el segundo plano de masa (27) , y por que el segundo plano de masa (27) es continuo junto a la zona de contacto (15) .

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la línea de transmisión

(13) comprende cerca de la zona de contacto (15) una célula de filtrado de tipo paso bajo en cooperación con la impedancia que aporta la transición entre el alma central del conector (11) y la zona de contacto (15) .

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que la célula de filtrado comprende un tramo de línea inductiva (20) y un tramo de línea capacitiva (21) .

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la zona de contacto

(15) es circular centrada en un eje (zzâ?) y por que la máscara (26) es circular y está centrada en el mismo eje (zzâ?) .

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que el diámetro de la máscara (26) es superior al de la zona de contacto (15) de tal modo que limita la impedancia generada entre la zona de contacto (15) y el plano interno de masa (25) .

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la zona de contacto (15) es circular y está centrada en un eje (zzâ?) y por que la máscara (26) comprende una parte circular (30) centrada en el mismo eje (zzâ?) y una parte alargada (31) que se extiende a lo largo de un segundo eje (32) paralélalo a una dirección principal (33) de una parte rectilínea (14) de la línea de transmisión (13) en contacto con la zona de contacto (15) .

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que en el plano interno de masa (25) , una proyección de la línea de transmisión (13) mantiene una distancia (d) sustancialmente constante con respecto al borde de la máscara (26) , midiéndose la distancia (d) , por una parte, entre la zona de contacto (15) y la parte circular

(30) de la máscara (26) y, por otra parte, entre la parte rectilínea (14) de la línea de transmisión (13) y el borde de la máscara (26) de manera perpendicular a la dirección principal (33) de la parte rectilínea (14) .


 

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