EP0223673B1 - Kopplungsvorrichtung zwischen einer Übertragungsleitung elektromagnetischer Oberflächenwellen und einer Mikrostreifenleitung - Google Patents

Kopplungsvorrichtung zwischen einer Übertragungsleitung elektromagnetischer Oberflächenwellen und einer Mikrostreifenleitung Download PDF

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EP0223673B1
EP0223673B1 EP86402348A EP86402348A EP0223673B1 EP 0223673 B1 EP0223673 B1 EP 0223673B1 EP 86402348 A EP86402348 A EP 86402348A EP 86402348 A EP86402348 A EP 86402348A EP 0223673 B1 EP0223673 B1 EP 0223673B1
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microstrip
dielectric
coupling device
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Gérard Forterre
Julien Prevot
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices

Definitions

  • the present invention relates to a coupling device between a surface wave line and a microstrip line. More specifically, it relates to a coupling device between a microstrip line, in which the field distribution is asymmetrical, operating in quasi-TEM mode, and an access line to a device, in which the field distribution is symmetrical, using an electromagnetic surface mode propagating in a thin core line, charged by ferrite parts, and polarized by a magnetostatic field, such as an insulator or non-reciprocal ferrite device.
  • An object of the invention is to make this non-reciprocal device integrable, and to do without the coaxial connectors which until now were used, because these are too bulky for integration.
  • a known technique giving satisfactory results but delicate to implement and therefore not very usable, consists in integrating, on the two access lines to the surface wave device, a coaxial line element, in the form of a pearl. glass adapted to 50 ohms, which amounts to reconstructing the excitation system of the electromagnetic surface wave mode used in known devices.
  • this glass bead introduces parasitic elements disturbing the adaptation of the device.
  • the adaptation system, or coupling device consists in using, to make the transition between the thin core and the microstrip line, several line elements of short lengths and of small transverse dimensions compared to the length of wave, these elements being of different types and structures so as to achieve a gradual symmetry-asymmetry transition, in stages, the element closest to the thin core being necessarily symmetrical and of small transverse dimensions so as to impose a structure symmetric field of view at the access to the thin core line.
  • the coupling device according to the invention has the merit of remaining continuous throughout the conductive cores in flat structure, therefore of reducing to their lowest expression the parasitic elements due to the discontinuities between the central core 12 and an external microstrip line.
  • This coupling device is shown in section in Figure 3, while Figure 4 shows it in plan, mounted on an OSEL isolator and allows a better understanding of the design.
  • FIG. 3 appears - to the right of the figure - a fragment of the OSEL insulator, comprising a thin core 12, clamped between two thin ferrite plates 10 and 11, themselves clamped between two steel plates 16 and 17.
  • the thickness of each of the plates 16 and 17 is sufficient for it to be possible to drill therein, longitudinally, a tapped hole for fixing the coupling device.
  • the end 19 of the central core 12 protrudes from the insulator over a length of the order of 2.5 to 3 mm: it is on this end 19 that contact will be made with an external microstrip 9.
  • L isolator further comprises, in known manner, two parts 7 and 8, placed between the ferrite plates 10-11 and the coupling device: these parts 7 and 8 are made of dielectric material of constant e 2 and are used for the adaptation of the OSEL insulator.
  • the coupling device proper comprises the three parts marked 1, 2 and 3, and their respective mechanical supports 4, 5 and 6.
  • the part 1 is a part made of dielectric material of polytetrafluoroethylene type loaded with glass fiber, such as that known under the name of RT Duroid, but it can also be for example made of alumina or beryllium oxide.
  • Its permittivity P-1 is the same as that of the support of the external microstrip piece 9 and that of the piece 2 which will be described later.
  • This part 1 has a T shape (see fig 5) and it is metallized on its two main faces, to give a ground plane 21 on one side and, after etching, a metallization 20 on the other face.
  • the transverse branch 22 of the T has a length Li, a width 11 , and a thickness of dielectric h dl .
  • the part 1 is attached to the OSEL insulator by its transverse branch 22, and the end 19 of the central core 12 comes to rest on the metallization 20.
  • the etched metal track 20 may have an enlarged part. This enlarged part participates, with the dielectric part 3, in the adaptation in the transition between the symmetrical and asymmetrical modes.
  • the part 3 is a parallelepiped of dielectric material of permittivity es, the thickness of dielectric of which is h d3 and the width 1 3 , measured along the axis common to the end 19 of the core 12 and to the external microstrip 9
  • the dimensions of the part 3 are such that, when it is placed on the end 19 of the core 12, which constitutes a microstrip, it projects beyond this microstrip, in order to allow adaptation between the two microstrips 19 and 9. It is made of polytetrafluoroethylene, or alumina.
  • All of these three parts 1, 2 and 3 of dielectric material are mechanically held in place by three other non-magnetic metal parts, respectively 4, 5 and 6.
  • These are for example brass or silver beryllium bronze, shade UBe 2.
  • the part 4 constitutes the support of the coupling device according to the invention. It is integral with the insulator, or more exactly with a plate 17, and ensures its correct mounting on a ground plane.
  • This support 4 supports the part 1 of dielectric material, itself in contact by its etched metal track 20 with a first face of the microstrip 19 of the central core 12.
  • the part 5 is, like the support 4, integral with the insulator, and more exactly with the plate 16. This pressure part 5 holds in place the part 2 made of dielectric material, and presses it on a second face of the microstrip 19 of the central core 12, the metallization 23 of the part 2 being in contact with said microstrip 19.
  • the support 4 and the pressure piece 5 both have a housing which makes it possible to position the two dielectric pieces 1 and 2, and prevents their lateral sliding relative to the microstrip line 19.
  • the part 6 is a stirrup, secured to the support 4: it makes it possible to maintain the dielectric block 3, against the microstrip 19, and participates in the adaptation of the coupling device.
  • the dimensions of the dielectric and metallic parts, and in particular of the support 4, with respect to the microstrip 19, are such that they allow the end of an external microstrip 9 to be introduced into the housing provided in the support 4 for the part.
  • the microstrip 9 comprises a substrate, of permittivity ei, a metallization of a ground plane on a main face of the substrate, and the metallic track of the microstrip line on the other main face of the substrate: it is in the form of a tongue.
  • This external microstrip line 9 rests - when it is in place - by its ground plane on the support 4; it abuts against the dielectric part 1, and the microstrip line proper is in contact with the end 19 of the central core 12.
  • the dielectric block 3 and the stirrup 6 support the end 19 of the core central 12 against the microstrip 9. So that the electrical contact is good, the end 19 is glued to the microstrip 9 by means of a conductive adhesive. In a variant, the end 19 can slide on the microstrip 9 during large temperature variations.
  • Figure 4 completes Figure 3, showing, seen in plan, an isolator provided with the coupling device according to the invention, as well as an external microstrip line about to be connected to the coupler.
  • the insulator is cut at the level of the central core 12 and, for the coupler, the dielectric parts 2 and 3 as well as the metal parts 5 and 6 are removed.
  • the coupling is obtained by using several line elements of small width and of small transverse dimensions compared to the wavelength, the type and the structure of these elements being different so as to achieve a gradual transition, in stages. , between the symmetrical or asymmetrical distribution of the fields.
  • the isolator requires that the line element which is closest to it is symmetrical.
  • Maintaining the width of the central core throughout the transition at values very close to that of the coupling level is an essential point of the transition.
  • the dimensions (1 1 , 1 2 , 1 3 , 1 4 and h d s) of the other parts are adjusted to maintain the necessary impedance level, that is to say generally close to 50 ohms.
  • the invention has been explained by relying on the case of an OSEL isolator, and by describing and representing only one coupling device. It is obvious to a person skilled in the art that if the symmetrical device has more than one external connection, it is provided with the appropriate number of devices for coupling to an external microstrip line.
  • the insulator of FIG. 4 comprises in its embodiment a coupler on the end 18 of the central core and a coupler on the end 19.
  • the second access can be equipped with a corrector.
  • the coupling device according to the invention operates at least in the frequency range 6 - 18 GHz, with insertion losses of less than 1.6 dB and a standing wave ratio at the ports of less than 1.35.

Landscapes

  • Waveguides (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Seal Device For Vehicle (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Claims (16)

1. Koppelvorrichtung zwischen einer symmetrischen Leitung für elektromagnetische Oberflächenwellen und einer äußeren Mikrostripleitung, wobei die Oberflächenwellenleitung, die durch mindestens eine Mikrostrip-Zugangsleitung (19) abgeschlossen ist und gemäß einem symmetrischen Feldverteilungsmodus arbeitet, während die äußere Mikrostripleitung (9) gemäß einem unsymmetrischen Feldverteilungsmodus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Leitungselemente (1, 2, 3) geringer Länge und geringer Querabmessungen im Vergleich zur Wellenlänge des Signals aufweist, wobei die Art und die Struktur dieser Leitungselemente (1, 2, 3) einen progressiven Übergang zwischen den symmetrischen und unsymmetrischen Modi in vier Schritten erlaubt, nämlich
- einen symmetrischen Modus für elektromagnetische Oberflächenwellen,
- einen Dreiplattenmodus (1+2),
- einen Mikrostripmodus mit zwei verschiedenen Dielektrika
- einen unsymmetrischen Mikrostripmodus mit Luft (9) als Dielektrikum.
2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungselement im Dreiplattenmodus
- ein erstes Bauteil (1) aus dielektrischem Material in Form eines T, dessen eine Hauptfläche metallisiert ist und die Masseebene (21) bildet, während eine andere Hauptfläche metallisiert ist und als Mikrostrip (20) senkrecht zum Querzweig des T graviert ist,
- ein zweites Bauteil (2) in Zungenform aus dielektrischem Material aufweist, dessen eine Hauptfläche metallisiert ist (23),
- wobei diese beiden dielektrischen Bauteile (1, 2) je gegen eine Fläche des Zugangs-Mikrostrips (19) der Oberflächenwellenleitung angelegt sind, und zwar das erste Bauteil (1) derart, daß sein graviertes Mikrostrip (20) in der Achse des Zugangs-Mikrostrips (19) liegt, und das zweite Bauteil (2) derart, daß seine Metallisierung senkrecht und mit dem Zugangs-Mikrostrip (19) in Kontakt steht.
3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dielektrischen Bauteile (1, 2) mit Hilfe zweier metallischer Bauteile (4, 5) aus einem nicht-magnetischen Material, die fest mit der Oberflächenwellenvorrichtung (16, 17) verbunden sind, festgehalten und gegen die Zugangs-Mikrostripleitung (19) gedrückt werden, wobei das erste metallische Bauteil (4) einen Träger für das erste dielektrische Bauteil (1) und für den Zugangs- Mikrostrip (19) und zugleich die Masseebene der Kopplungsvorrichtung bildet, während das zweite metallische Bauteil (5) ein Druckelement bildet, das das zweite dielektrische Bauteil gegen den Zugangs-Mikrostrip (19) drückt.
4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungselement im Mikrostripmodus eine Reaktanzanpassung durchführt und ein drittes Bauteil (3) aus dielektrischem Material in Form eines Blocks besitzt, der auf das Ende des Zugangsmikrostrips (19) zwischen dem Leitungselement im Dreiplattenmodus (1+2+4+5) und dem äußeren Mikrostrip (9) aufgelegt ist.
5. Koppelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte dielektrische Bauteil (3) durch ein drittes metallisches und nicht-magnetisches Bauteil (6) in Form eines Bügels festgehalten wird.
6. Koppelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Träger (4) einen Sitz zur Positionierung des ersten dielektrischen Bauteils (1) und des Endes der äußeren Mikrostripleitung (9) aufweist, wobei letztere am ersten dielektrischen Bauteil (1) anliegt und in Kontakt mit dem Ende des Zugangs-Mikrostrips (19) ist.
7. Koppelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugangs-Mikrostrip (19) auf die äußere Mikrostripleitung (9) mit Hilfe eines leitfähigen Leims aufgeklebt ist oder darauf zu gleiten vermag.
8. Koppelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden dielektrischen Bauteile (1, 2) aus einem Material mit derselben Dielektrizitätskonstante (ε1) wie das dielektrische Material ist, das das Substrat der äußeren Mikrostripleitung (9) bildet, und daß die beiden dielektrischen Bauteile dieselbe Dielektrikumsdicke (hdi, hd2) wie das Substrat (hL) der äußeren Leitung besitzen
Figure imgb0016
9. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante (e3) des dritten dielektrischen Bauteils (3), seine Dicke (hds), seine Länge (13) und die Länge (14) des Metallbügels (6) so gewählt sind, daß sich eine Reaktanzanpassung der Diskontinuität ergibt.
10. Koppelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bezüge gelten:
Figure imgb0017
und
Figure imgb0018
wobei Li und L2 die Längen des ersten bzw. zweiten dielektrischen Bauteils (1, 2), gemessen senkrecht zum Zugangsmikrostrip (19), und 11 und i2 die Breitenabmessungen dieser Bauteile sind und λε1 die Wellenlänge im dielektrischen Material mit der Dielektrizitätskonstante ε1 bei der höchsten Frequenz ist.
11. Koppelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Beziehung gilt:
Figure imgb0019
wobei l3 die Länge des dritten dielektrischen Bauteils (3), gemessen in Richtung der Achse des Zugangs-Mikrostrips (19), und λε3 die Wellenlänge im dielektrischen Material mit der Dielektrizitätskonstante e3 bei der höchsten Frequenz ist.
12. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei dielektrischen Bauteile (1, 2, 3), die Leitungselemente bilden, aus Polytetrafluoräthylen sind, das für das erste und zweite Bauteil (1, 2) Glasfasern enthält.
13. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei dielektrischen Bauteile (1, 2, 3), die Leitungselemente bilden, aus keramischem Material wie z.B. Aluminiumoxid sind.
14. Koppelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drei metallischen Bauteile (4, 5, 6) aus Messing oder einer Berylliumbronze sind.
EP86402348A 1985-10-25 1986-10-20 Kopplungsvorrichtung zwischen einer Übertragungsleitung elektromagnetischer Oberflächenwellen und einer Mikrostreifenleitung Expired - Lifetime EP0223673B1 (de)

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FR8515880 1985-10-25
FR8515880A FR2589283B1 (fr) 1985-10-25 1985-10-25 Dispositif de couplage entre une ligne a ondes de surface electromagnetique et une ligne microbande exterieure

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EP0223673A1 EP0223673A1 (de) 1987-05-27
EP0223673B1 true EP0223673B1 (de) 1990-08-08

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DE (1) DE3673340D1 (de)
ES (1) ES2016267B3 (de)
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