Устройство для передачи волны через диэлектрик, способ изготовления устройства и способ передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик - RU2477867C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик, которое может быть применено в устанавливаемых на транспортных средствах радиолокационных системах предупреждения столкновений для передачи сигналов на волнах миллиметрового диапазона с использованием диэлектрического материала в качестве тракта для передачи сигнала, к способу изготовления устройства и к способу передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Если подробнее, между платами обработки сигнала, передающими/принимающими сигнал на волне миллиметрового диапазона, вложен вязкоупругий элемент из материала с заданной относительной диэлектрической проницаемостью и заданным тангенсом угла диэлектрических потерь для поглощения вибраций устройства для передачи волн миллиметрового диапазона, образованного платами обработки сигнала, так что между платами обработки сигнала возможна передача данных с высокой скоростью с использованием сигнала на волне миллиметрового диапазона через этот вязкоупругий элемент.

Уровень техники

В последние годы с развитием автомобильной промышленности количество выпускаемых автомобилей увеличивалось каждый год, и в 2007 г. во всем мире было изготовлено около семидесяти миллионов автомобилей. При этом по всему миру на автомобилях устанавливают такое специально предназначенное для автомобилей оборудование, как автомобильные навигационные системы и автомобильные аудиосистемы. Такое автомобильное оборудование должно выдерживать испытания на воздействие температур и испытания на влагостойкость, относящиеся к климатическим испытаниям и вообще испытаниям на воздействие окружающей среды, а также испытания на воздействие вибраций и испытания на столкновения, относящиеся к механическим испытаниям и испытаниям на воздействие окружающей среды, и при этом нормально работать в любой точке планеты. Среди испытаний на воздействие окружающей среды, в частности, испытания на воздействие вибраций (механические испытания) являются очень важными испытаниями, поскольку оборудование, устанавливаемое на транспортных средствах вообще, в том числе на автомобилях, часто эксплуатируется в средах с вибрациями.

Для автомобильной аппаратуры особенно важно обеспечить противовибрационные свойства. Среди подобной автомобильной аппаратуры наблюдается расширение применения такого оборудования, как автомобильные радиолокационные системы предупреждения столкновений, осуществляющие передачу данных с высокой скоростью с использованием сигналов на волне миллиметрового диапазона. Такая радиолокационная система предупреждения столкновений представляет собой устройство адаптивного управления скоростью, которое в качестве радиолокатора переднего обзора регулирует расстояние до впереди идущего автомобиля в зависимости от скорости движения с использованием электромагнитной волны миллиметрового диапазона для предотвращения столкновения с впереди идущим автомобилем.

Радиолокационная система предупреждения столкновений содержит множество плат обработки сигнала и осуществляет такую обработку сигналов с использованием передачи данных с высокой скоростью между платами обработки сигнала с применением сигналов миллиметрового диапазона. В устройствах, осуществляющих передачу данных с высокой скоростью с использованием сигналов миллиметрового диапазона и применяемых в автомобильной и другой аналогичной аппаратуре, весьма вероятным является разъединение разъемов, кабелей и т.п., соединенных с платами обработки сигнала, под воздействием как внешних вибраций, так и собственных вибраций аппаратуры.

В частности, поскольку разъемы и кабели для передачи данных с высокой скоростью имеют большое число контактов и сложную конструкцию, эти разъемы и кабели могут легко отсоединиться от плат обработки сигналов. Патентная литература 1 описывает разъем устойчивой и надежной конструкции.

Список литературы

Патентная литература

Патентная литература 1: Публикация нерассмотренной заявки на патент Японии No 6-275345.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

В Патентной литературе 1 заполняют разъем клейкой полимерной смолой с высокой диэлектрической проницаемостью и отверждают смолу, что обеспечивает прочную и надежную конструкцию разъема. Однако поскольку разъемы и кабели для передачи данных с высокой скоростью имеют большое число контактов, размеры электронных устройств увеличиваются, что ведет к повышению стоимости.

Настоящее изобретение разработано в связи с указанной выше проблемой и направлено на создание устройства для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик, способного ослабить вибрации, воздействующие извне, или вибрации, вызванные работой самой электронной аппаратуры, и осуществить передачу данных с высокой скоростью без использования разъемов и кабелей для передачи данных с высокой скоростью, способа изготовления такого устройства и способа передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Решение проблемы

Указанные выше проблемы решаются посредством устройства для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик, включающего в себя: первую плату обработки сигнала для обработки сигнала на волне миллиметрового диапазона; вторую плату обработки сигнала, сигнально связанную с первой платой обработки сигнала, для приема указанного сигнала на волне миллиметрового диапазона и обработки сигнала в отношении указанного сигнала на волне миллиметрового диапазона и вязкоупругий элемент, расположенный между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала и имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, при этом вязкоупругий элемент образует диэлектрический тракт передачи сигнала.

В соответствии с конструкцией устройства для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала расположен вязкоупругий элемент, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, для поглощения вибраций, когда к платам обработки сигнала приложена внешняя сила.

Способ изготовления устройства для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению включает этапы: создания первой платы обработки сигнала для обработки сигнала на волне миллиметрового диапазона; создания второй платы обработки сигнала для приема указанного сигнала на волне миллиметрового диапазона от первой платы обработки сигнала и обработки в отношении указанного сигнала на волне миллиметрового диапазона и обеспечения вязкоупругого элемента, имеющего заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала, и образования диэлектрического тракта передачи посредством вязкоупругого элемента.

В соответствии со способом изготовления устройства для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению вязкоупругий элемент, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, помещают между платами обработки сигнала, изготавливая тем самым устройство для передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное передавать электромагнитную волну.

Способ передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению позволяет устройству для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик выполнить этапы: генерацию сигнала на волне миллиметрового диапазона путем выполнения обработки входного сигнала; преобразование сгенерированного сигнала на волне миллиметрового диапазона в электромагнитную волну; передачу преобразованной электромагнитной волны в один участок вязкоупругого элемента, образующего диэлектрический тракт передачи и имеющего заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь; прием электромагнитной волны, переданной в другой участок вязкоупругого элемента, образующего диэлектрический тракт передачи сигнала и имеющего заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь; преобразование принятой электромагнитной волны в сигнал на волне миллиметрового диапазона и генерацию выходного сигнала путем обработки в отношении преобразованного сигнала на волне миллиметрового диапазона.

В соответствии со способом изготовления устройства для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению вязкоупругий элемент, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, помещают между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала без использования разъемов или кабелей, так что можно передавать сигнал миллиметрового диапазона в вибрирующей среде с высокой скоростью.

Преимущества изобретения

В соответствии с устройством для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, способом изготовления такого устройства и способом передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала помещают вязкоупругий элемент, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь. В такой конфигурации этот вязкоупругий элемент поглощает вибрации, когда на платы обработки сигнала воздействует усилие извне, так что вибрации первой платы обработки сигнала и второй платы обработки сигнала могут быть уменьшены.

Более того, вязкоупругий элемент помещают между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала без использования разъемов или кабелей, так что можно передавать сигнал миллиметрового диапазона в вибрационной среде с высокой скоростью. Следовательно, можно построить устройство для передачи сигнала миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное передавать сигнал с высокой скоростью и с высокой надежностью.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 представляет вид в разрезе, показывающий пример конфигурации устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Фиг.3 представляет блок-схему, показывающую пример конфигурации устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Фиг.4 представляет разобранный вид в перспективе, показывающий первый пример конструкции устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Фиг.5 представляет разобранный вид в перспективе, показывающий второй пример конструкции устройства 100 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Фиг.6 представляет график, показывающий пример характеристики устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик в соответствии с результатами моделирования.

Фиг.7 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно первому варианту.

Фиг.8 представляет вид в разрезе, показывающий пример конфигурации устройства 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Фиг.9 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту.

Фиг.10 представляет вид в разрезе, показывающий пример конфигурации устройства 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Фиг.11 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему варианту.

Фиг.12 представляет вид в разрезе, показывающий пример конфигурации устройства 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Описание вариантов

Далее устройство для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, способ изготовления устройства и способ передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик в качестве вариантов настоящего изобретения будут рассмотрены со ссылками на прилагаемые чертежи. Фиг.1 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению, а фиг.2 представляет вид в разрезе, показывающий пример конфигурации устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на фиг.1. Устройство 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанное на фиг.1 и 2, может быть применено в составе радиолокационной системы предупреждения столкновений или аналогичной системы на автомобиле.

Устройство 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик включает в себя первую плату обработки сигнала (далее именуется плата 101 обработки сигнала), вторую плату обработки сигнала (далее именуется плата 201 обработки сигнала) и вязкоупругий элемент 107.

В устройстве 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик плата 201 обработки сигнала сигнально связана с платой 101 обработки сигнала, а между платами помещен вязкоупругий элемент 107, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь. Этот вязкоупругий элемент 107 поглощает вибрации, возникающие, когда к платам обработки сигнала 101 и 201 прикладывается внешняя сила, а также через этот вязкоупругий элемент 107 передаются с высокой скоростью электромагнитные волны миллиметрового диапазона.

Между платами 101 и 201 обработки сигнала во всех четырех углах каждой из этих плат 101 и 201 обработки сигнала установлены стойки 10 для прикрепления этих плат одной к другой. Стойки 10 могут быть изготовлены из металлического материала или из материала на основе полимерной смолы.

Для прикрепления стоек 10 к платам 101 и 201 обработки сигнала можно припаивать эти стойки 10 в местах, где платы 101 и 201 обработки сигнала контактируют со стойками 10, либо в заданный участок стойки 10 может быть завернут винт, либо может быть использована расчеканка. Более того, если придать стойкам 10 пружинные свойства (например, за счет использования цилиндрической пружины), эти стойки 10 могут поглощать вибрации в устройстве 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик. Следовательно, стойки 10 могут поглощать вибрации совместно с вязкоупругим элементом 107.

В рассматриваемом варианте плата 101 обработки сигнала и плата 201 обработки сигнала прикреплены одна к другой с использованием стоек 10. Однако стойки 10 можно удалить, так что платы 101 и 201 обработки сигнала могут быть прикреплены одна к другой с использованием только вязкоупругого элемента 107.

Описанная выше плата 101 обработки сигнала включает в себя первый генератор сигнала (далее именуемый генератор 102 сигнала), первую линию передачи (далее именуемую линия 103 передачи), первую антенну (далее именуемую антенна 104), первый изоляционный слой (далее именуемый изоляционный слой 105) и первый рисунок заземляющих проводников (далее именуемый рисунок 106 заземляющих проводников).

Рисунок 106 заземляющих проводников расположен на всей верхней поверхности изоляционного слоя 105, образующего плату 101 обработки сигнала. Этот рисунок 106 заземляющих проводников служит заземляющим проводником для линии 103 передачи и заземляющим проводником для платы 101 обработки сигнала. Генератор 102 сигнала, линия 103 передачи и антенна 104 расположены в заданных положениях на нижней поверхности изоляционного слоя 105.

Далее, плата 201 обработки сигнала включает в себя второй генератор сигнала (далее именуемый генератором 202 сигнала), вторую линию передачи (далее именуемую линия 203 передачи), вторую антенну (далее именуемую антенна 204), второй изоляционный слой (далее именуемый изоляционный слой 205) и второй рисунок заземляющих проводников (далее именуемый рисунок 206 заземляющих проводников).

Рисунок 206 заземляющих проводников расположен на всей верхней поверхности изоляционного слоя 205, образующего плату 201 обработки сигнала. Аналогично рисунку 106 заземляющих проводников этот рисунок 206 заземляющих проводников служит заземляющим проводником для линии 203 передачи и заземляющим проводником для платы 201 обработки сигнала. Генератор 202 сигнала, линия 203 передачи и антенна 204 расположены в заданных положениях на нижней поверхности изоляционного слоя 105.

Далее будут описаны соединения и работа устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно рассматриваемому варианту. Как показано на фиг.1 и 2, если в генератор 102 сигнала поступает входной сигнал, этот генератор 102 сигнала обрабатывает входной сигнал и генерирует в ответ сигнал на волне миллиметрового диапазона. Линия 103 передачи электрически соединена с генератором 102 сигнала для передачи генерируемого сигнала на волне миллиметрового диапазона.

На фиг.1 и 2 в качестве линии 103 передачи использована микрополосковая линия. Однако эта линия 103 передачи может быть также выполнена в виде полосковой линии передачи, копланарной линии передачи, щелевой линии передачи и т.п.

Антенна 104 электрически соединена с линией 103 передачи и служит для преобразования передаваемого сигнала на волне миллиметрового диапазона в электромагнитную волну и передачи этой электромагнитной волны. В качестве антенны 104 используют, например, печатную антенну, так называемую патч-антенну. Патч-антенна показана на фиг.1 и 2.

Вязкоупругий элемент 107, образующий диэлектрический тракт передачи сигнала, контактирует с антенной 104, так что электромагнитная волна, преобразованная антенной 104, передается в одну область вязкоупругого элемента 107. Этот вязкоупругий элемент 107 имеет заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь и эффективно передает электромагнитную волну в миллиметровом диапазоне. Эти заданная относительная диэлектрическая проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь вязкоупругого элемента 107 будут рассмотрены позднее со ссылками на таблицу 1.

Вязкоупругий элемент 107 контактирует с антенной 204, так что антенна 204 принимает электромагнитную волну, переданную в другую область вязкоупругого элемента 107, для преобразования этой электромагнитной волны в сигнал на волне миллиметрового диапазона. Линия 203 передачи электрически соединена с антенной 204 для передачи преобразованного сигнала на волне миллиметрового диапазона. Генератор 202 сигнала электрически соединен с линией 203 передачи для обработки переданного сигнала на волне миллиметрового диапазона и генерации выходного сигнала.

На фиг.1 и 2 в качестве линии 203 передачи использована микрополосковая линия. Однако аналогично линии 103 передачи, эта линия 203 передачи может быть также выполнена в виде полосковой линии передачи, копланарной линии передачи, щелевой линии передачи и т.п.

Далее генераторы 102 и 202 сигнала будут описаны подробно. Фиг.3 представляет блок-схему, показывающую пример конфигурации устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик. Как показано на фиг.3, генератор 102 сигнала включает в себя модулятор 111 и первый преобразователь частоты (далее именуемый преобразователь 112 частоты).

Когда входной сигнал поступает на вход модулятора 111, модулятор 111 осуществляет модуляцию принимаемого им входного сигнала. Преобразователь 112 частоты соединен с модулятором 111 для преобразования частоты модулированного входного сигнала и генерации сигнала на волне миллиметрового диапазона. Описанная выше линия 103 передачи соединена с преобразователем 112 частоты. Для усиления сигнала миллиметрового диапазона в генератор 102 сигнала может быть встроен усилитель 113. Например, на фиг.3 усилитель 113 расположен между преобразователем 112 частоты и линией 103 передачи.

Генератор 202 сигнала включает в себя второй преобразователь частоты (далее именуемый преобразователь 212 частоты) и демодулятор 211. Преобразователь 212 частоты соединен с описанной выше линией 203 передачи для преобразования частоты сигнала на волне миллиметрового диапазона, переданного по линии 203 передачи, и генерации выходного сигнала. Демодулятор 211 соединен с преобразователем 212 частоты для демодуляции получаемого им выходного сигнала. Аналогично генератору 102 сигнала в генератор 202 сигнала также может быть введен усилитель 213 с целью усиления сигнала на волне миллиметрового диапазона. Например, на фиг.3 усилитель 213 расположен между преобразователем 212 частоты и линией 203 передачи.

В рассматриваемом варианте после того, как входной сигнал будет передан от платы 101 обработки сигнала, плата 201 обработки сигнала принимает переданный входной сигнал для генерации выходного сигнала. Однако функцию платы 101 обработки сигнала может выполнять плата 201 обработки сигнала, а функцию платы 201 обработки сигнала может выполнять плата 101 обработки сигнала, так что сигнал на волне миллиметрового диапазона можно передавать между платами в обоих направлениях.

Далее будет подробно описан вязкоупругий элемент 107 согласно настоящему изобретению. Вязкоупругий элемент 107 имеет заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь. Например, в качестве материала для вязкоупругого элемента 107 можно, как показано в таблице 1, использовать диэлектрический материал на основе акриловой полимерной смолы, материал на основе уретановой полимерной смолы, материал на основе эпоксидной полимерной смолы, кремнийорганический материал или диэлектрический материал на основе полиимида.

Более того, чтобы можно было передавать сигнал на волне миллиметрового диапазона в вязкоупругом элементе 107 с высокой скоростью, предпочтительно, чтобы этот вязкоупругий элемент 107 имел относительную диэлектрическую проницаемость в пределах примерно от 3 до 6 и тангенс угла диэлектрических потерь в пределах примерно от 0,0001 до 0,001. В таблице 1 показан репрезентативный пример диэлектрического материала, используемого для изготовления рассматриваемого вязкоупругого элемента 107.

Согласно таблице 1 диэлектрический материал на основе акриловой полимерной смолы имеет относительную диэлектрическую проницаемость от 2,5 до 4,5 и тангенс угла диэлектрических потерь от 0,001 до 0,05. Диэлектрический материал на основе уретановой полимерной смолы имеет относительную диэлектрическую проницаемость от 2,8 до 4 и тангенс угла диэлектрических потерь от 0,001 до 0,05. Диэлектрический материал на основе эпоксидной полимерной смолы имеет относительную диэлектрическую проницаемость от 4 до 6 и тангенс угла диэлектрических потерь от 0,001 до 0,01. Диэлектрический материал на основе кремнийорганического полимера имеет относительную диэлектрическую проницаемость от 3 до 6 и тангенс угла диэлектрических потерь от 0,0001 до 0,01. Диэлектрический материал на полиимидной основе имеет относительную диэлектрическую проницаемость от 3 до 4 и тангенс угла диэлектрических потерь от 0,001 до 0,01.

Вязкоупругий элемент 107 помещен между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала для поглощения вибраций, когда к этим платам 101 и 201 обработки сигнала приложена внешняя сила. Более того, этот вязкоупругий элемент 107 помещен между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала без использования разъемов или кабелей, так что сигнал на волне миллиметрового диапазона может быть передан в вибрационной среде с высокой скоростью.

Далее будет описан способ изготовления устройства 100 для передачи сигналов на волне миллиметрового диапазона через диэлектрик. Фиг.4 представляет разобранный вид в перспективе, показывающий первый пример конструкции устройства 100 для передачи сигналов на волне миллиметрового диапазона через диэлектрик. Как показано на фиг.4, рисунок 106 заземляющих проводников выполнен на всей верхней поверхности изоляционного слоя 105, а линия 103 передачи и антенна 104 изготовлены на нижней поверхности этого изоляционного слоя 105.

Антенна 104 имеет функцию преобразования сигнала на волне миллиметрового диапазона в электромагнитную волну и передачи этой электромагнитной волны в один участок вязкоупругого элемента 107, как это будет описано позднее. Более того, в качестве изоляционного слоя 105 использован слой полимерного материала, такого как эпоксидная полимерная смола или акриловая полимерная смола. Линия 103 передачи, антенна 104 и рисунок электрической схемы (не показан) созданы путем нанесения металлического материала, такого как медь, на обе поверхности, т.е. на верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, изоляционного слоя 105 и затем травления этого металлического материала.

В рассматриваемом примере сборки в качестве антенны 104 использована печатная патч-антенна. Поскольку такая патч-антенна может быть изготовлена аналогично изготовлению линии 103 передачи и рисунка схемы, сцепление между антенной 104 и вязкоупругим элементом 107 можно усилить, что ведет к достижению эффективной электромагнитной связи. Более того, поскольку печатная патч-антенна имеет простую двумерную физическую форму, ее можно изготовить с небольшими затратами.

Генератор 102 сигнала для генерации сигнала на волне миллиметрового диапазона путем обработки в отношении входного сигнала расположен на нижней поверхности изоляционного слоя 105 и выполнен в виде одной интегральной схемы, в которой интегрированы модулятор 111, преобразователь 112 частоты и усилитель 113, показанные на фиг.3.

Плата 101 обработки сигнала изготавливается таким способом. Кроме того, хотя подробное описание будет опущено, плату 201 обработки сигнала можно изготовить аналогично плате 101 обработки сигнала, заменив генератор 102 сигнала, линию 103 передачи, антенну 104, рисунок 106 заземляющих проводников, модулятор 111, преобразователь 112 частоты и усилитель 113 на генератор 202 сигнала, линию 203 передачи, антенну 204, рисунок 206 заземляющих проводников, модулятор 211, преобразователь 212 частоты и усилитель 213, соответственно.

Фиг.5 представляет разобранный вид в перспективе, показывающий второй пример конструкции устройства 100 для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик. Как показано на фиг.5, в устройстве 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик вязкоупругий элемент 107, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, может контактировать с верхней стороной (генератор 202 сигнала, линия 203 передачи и антенна 204) платы 201 обработки сигнала, изготовленной, как описано выше. При этом, поскольку вязкоупругий элемент 107 обладает заданной вязкостью, этот вязкоупругий элемент 107 образует контакт с платой 201 обработки сигнала, между этими элементом и платой не может образоваться воздушный зазор из-за проникновения воздуха или подобного явления.

Далее, во всех четырех углах каждой из плат - платы 101 обработки сигнала и платы 201 обработки сигнала, создают отверстия для винтов (не показаны). В отверстиях, выполненных в четырех углах платы 201 обработки сигнала, вертикально устанавливают стойки 10, изготовленные из металлического материала, полимерной смолы или другого подобного материала. В отверстия в четырех углах платы 201 обработки сигнала вставляют со стороны нижней поверхности платы винты и заворачивают эти винты в стойки 10, так что эти стойки 10 оказываются прикреплены к плате 201 обработки сигнала.

Плату 101 обработки сигнала накладывают на поверхность вязкоупругого элемента 107, противоположную поверхности контакта между платой 201 обработки сигнала и вязкоупругим элементом 107, так что поверхность платы 101 обработки сигнала, на которой располагаются генератор 102 сигнала, линия 103 передачи и антенна 104, обращена вниз и входит в контакт с поверхностью вязкоупругого элемента 107. После этого вставляют винты в отверстия, выполненные в четырех углах платы 101 обработки сигнала со стороны верхней поверхности платы, и заворачивают винты в стойки 10, чтобы прикрепить эти стойки 10 к плате 101 обработки сигнала.

Здесь был описан способ крепления стоек 10 винтами. Однако, как указано выше, стойки 10 могут быть припаяны к платам 101 и 201 обработки сигнала, либо можно использовать зачеканивание.

В соответствии с описанным выше способом изготовления вязкоупругий элемент, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, помещают между платами обработки сигнала, создавая тем самым устройство 100 для передачи сигнала на волне миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное передавать электромагнитные волны.

Далее будет описан способ передачи сигналов на волне миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению. Способ передачи сигналов в устройстве 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик основан на допущении, что плата 101 обработки сигнала генерирует сигнал на волне миллиметрового диапазона в соответствии с входным сигналом и передает этот сигнал на волне миллиметрового диапазона плате 201 обработки сигнала, а эта плата 201 обработки сигнала генерирует выходной сигнал.

Как показано на фиг.3, входной сигнал поступает в модулятор 111 в составе генератора 102 сигнала, где происходит модуляция этого сигнала посредством модулятора 111. Преобразователь 112 частоты выполняет преобразование частоты модулированного входного сигнала в сигнал на волне миллиметрового диапазона. Входной сигнал, преобразованный по частоте в сигнал на волне миллиметрового диапазона, усиливают посредством усилителя 113 и затем передают в линию 103 передачи.

Передаваемый входной сигнал поступает в антенну 104. Антенна 104 преобразует поступивший к ней передаваемый входной сигнал в электромагнитную волну. Эта преобразованная электромагнитная волна входит в один участок вязкоупругого элемента 107, имеющего заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь и составляющего диэлектрический тракт передачи сигнала, и распространяется через этот вязкоупругий элемент 107.

Далее, электромагнитная волна, переданная в другой участок вязкоупругого элемента 107 в результате распространения через этот вязкоупругий элемент 107, принимается антенной 204 и преобразуется в сигнал на волне миллиметрового диапазона. Преобразованный сигнал на волне миллиметрового диапазона поступает в линию 203 передачи и затем усиливается посредством усилителя 213, входящего в состав генератора 202 сигнала. Усиленный сигнал на волне миллиметрового диапазона преобразуют по частоте в преобразователе 213 частоты, что приводит к генерации выходного сигнала. Сгенерированный таким образом выходной сигнал демодулируют посредством демодулятора 211 и затем передают на выход.

В соответствии с описанным выше способом передачи сигнала вязкоупругий элемент 107, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, помещен между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала без использования разъемов или кабелей, так что сигнал на волне миллиметрового диапазона может быть передан в вибрационной среде с высокой скоростью.

Далее будет описан результат моделирования процесса передачи сигнала на волне миллиметрового диапазона в устройстве 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно настоящему изобретению. Фиг.6 представляет график, показывающий пример характеристики устройства 100 для передачи сигналов на волне миллиметрового диапазона через диэлектрик в соответствии с результатами моделирования. Показанные на фиг.6 результаты моделирования получены для значений параметров, представленных в таблице 2, с использованием устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, имеющего конфигурацию согласно фиг.1.

Итак, для показанных на фиг.6 результатов моделирования по горизонтальной оси отложена частота (ГГц) сигнала на электромагнитной волне, а по вертикальной оси величина (дБ) S-параметра (параметра рассеяния). Такой S-параметр характеризует прохождение и отражение электромагнитной волны, а на фиг.6 сплошная линия показывает коэффициент передачи 301, а штриховая линия показывает коэффициент отражения 302.

Указанные результаты моделирования были получены при использовании патч-антенн в качестве антенн 104 и 204, показанных на фиг.1. Такая патч-антенна имеет форму квадрата с длиной стороны 1 мм и толщиной 0,1 мм. Линии 103 и 203 передачи выполнены в виде микрополосковых линий с шириной проводника 0,2 мм. Кроме того, вязкоупругий проводник 107, помещенный между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала, имеет толщину 10 мм. Здесь толщины патч-антенны и вязкоупругого элемента 107 определены как размеры в вертикальном направлении относительно заданных поверхностей плат 101 и 201 обработки сигнала.

Изоляционные слои 105 и 205 выполнены из стеклопластика на основе эпоксидной полимерной смолы и имеют относительную диэлектрическую проницаемость 3,5 и тангенс угла диэлектрических потерь 0,005. Кроме того, для изготовления вязкоупругого элемента 107 использован жидкий кремнийорганический каучук, так что этот элемент имеет относительную диэлектрическую проницаемость 5,4 и тангенс угла диэлектрических потерь 0,0006.

Как видно из результатов моделирования, представленных на фиг.6, для электромагнитных волн в диапазоне частот от 58 ГГц до 58,7 ГГц S-параметр показывает, что коэффициент 301 передачи больше коэффициента 302 отражения. Это означает, что на электромагнитных волнах в диапазоне частот от 58 ГГц до 58,7 ГГц возможна передача данных.

Как описано выше, в устройстве 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно рассматриваемому варианту изобретения между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала расположен вязкоупругий элемент 107, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь. В такой конфигурации вязкоупругий элемент 107 поглощает вибрации, когда к платам 101 и 201 обработки сигнала приложена внешняя сила, так что вибрации платы 101 обработки сигнала и платы 201 обработки сигнала могут быть уменьшены.

Более того, вязкоупругий элемент 107 помещен между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала без использования разъемов или кабелей, так что сигнал на волне миллиметрового диапазона может быть передан в вибрационной среде с высокой скоростью. Следовательно, можно реализовать устройство 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное с высокой надежностью передавать сигнал с высокой скоростью.

В дополнение к этому, одна или несколько третьих плат обработки сигнала (не показаны) могут быть расположены с внешней стороны от первой платы 101 обработки сигнала и/или с внешней стороны от платы 201 обработки сигнала, будучи отделены от этой платы вторым вязкоупругим элементом (не показан), образующим диэлектрический тракт передачи сигнала, отличный от подобного тракта через вязкоупругий элемент 107, расположенный между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала, так что второй вязкоупругий элемент тоже может создать еще один диэлектрический тракт передачи сигнала. Второй вязкоупругий элемент имеет заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь.

Следовательно, можно уменьшить вибрации плат 101 и 201 обработки сигнала и третьей платы обработки сигнала и передавать сигнал на волне миллиметрового диапазона с высокой скоростью через помещенный между платами обработки сигнала без использования разъемов или кабелей второй вязкоупругий элемент, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь.

Первый вариант

Фиг.7 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно первому варианту, а фиг.8 представляет вид в разрезе устройства 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, представленного на фиг.7. В устройстве 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, изображенном на фиг.7 и 8, со стороны нижней поверхности платы 201 обработки сигнала создан корпус 20, отделенный от платы вязкоупругим элементом 207. Поскольку в этом варианте для обозначения одних и тех же элементов использованы одинаковые названия и цифровые позиционные обозначения, подробное описание таких элементов будет опущено.

Как показано на фиг.7 и 8, в устройстве 100А для передачи сигнала миллиметрового диапазона через диэлектрик вязкоупругий элемент 207 контактирует с поверхностью рисунка 206 заземляющих проводников, выполненного на плате 201 обработки сигнала в описанном выше устройстве 100 для передачи сигнала на волне миллиметрового диапазона через диэлектрик. Кроме того, корпус 20 контактирует с поверхностью вязкоупругого элемента 207, противоположной относительно поверхности контакта между рисунком 206 заземляющих проводников и вязкоупругим элементом 207.

Аналогично описанному выше вязкоупругому элементу 107 вязкоупругий элемент 207 имеет заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь и, например, выполнен из диэлектрического материала, включающего в себя материал на основе акриловой полимерной смолы, материал на основе уретановой полимерной смолы, материал на основе эпоксидной полимерной смолы, кремнийорганический материал или диэлектрический материал на основе полиимида.

Как описано выше, в устройстве 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно первому варианту между корпусом 20 и платой 201 обработки сигнала помещен вязкоупругий элемент 207, что обеспечивает дополнительное усиление противовибрационных свойств и свойств защиты от столкновений по сравнению с устройством 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик.

Таким образом, поскольку между платой 201 обработки сигнала и корпусом 20 расположен вязкоупругий элемент 207, можно подавить вибрации, возникающие, когда к устройству 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, соединенному с корпусом 20, приложена внешняя сила.

Второй вариант

Фиг.9 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту, а фиг.10 представляет вид в разрезе устройства 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на фиг.9. В устройстве 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанном на фиг.9 и 10, применен клей 30 для приклеивания платы 101 обработки сигнала к вязкоупругому элементу 107, для приклеивания этого вязкоупругого элемента 107 к плате 201 обработки сигнала, для приклеивания платы 201 обработки сигнала к вязкоупругому элементу 207 и для приклеивания вязкоупругого элемента 207 к корпусу 20, причем все перечисленные элементы 101, 107, 201, 207 и 20 включены в состав устройства 100А для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно первому варианту. Поскольку в этом варианте для обозначения тех же элементов, как в первом варианте, использованы одинаковые названия и цифровые позиционные обозначения, подробное описание таких элементов будет опущено.

Как показано на фиг.9 и 10, в устройстве 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик клей 30 нанесен между вязкоупругим элементом 107 и платой 101 обработки сигнала, между вязкоупругим элементом 107 и платой 201 обработки сигнала, между вязкоупругим элементом 207 и платой 201 обработки сигнала и между вязкоупругим элементом 207 и корпусом 20.

Этот клей 30 содержит диэлектрический материал, включающий в себя материал на основе акриловой полимерной смолы, материал на основе уретановой полимерной смолы, материал на основе эпоксидной полимерной смолы, кремнийорганический материал, материал на основе полиимида, материал на основе цианакрилата или аналогичный материал, обладающий превосходными адгезионными свойствами и превосходной прочностью сцепления и имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь, приведенные в таблице 1. Таким образом, клей 30 не возмущает электромагнитную волну миллиметрового диапазона, передаваемую через вязкоупругий элемент 107.

Способ изготовления устройства 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту дополнительно включает этап нанесения клея 30 в виде покрытия на заданные поверхности вязкоупругих элементов 107 и 207 устройства 100 для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик и поверхности, противоположные этим поверхностям, как описано в этом варианте. Поскольку для обозначения тех же элементов, как в рассматриваемом варианте, использованы одинаковые названия и цифровые позиционные обозначения, подробное описание таких элементов будет опущено.

Клей 30 наносят на заданные поверхности вязкоупругих элементов 107 и 207 и на поверхности, противоположные этим поверхностям, в виде покрытия толщиной в 1 мм или менее. Для нанесения такого покрытия можно использовать, например, распылитель, печатную машину, устройство для струйного напыления или подобное устройство. Вязкоупругие элементы 107 и 207, покрытые клеем 30, вкладывают между платой 101 обработки сигнала и платой 201 обработки сигнала и между платой 201 обработки сигнала и корпусом 20, изготавливая тем самым показанное на фиг.9 и 10 устройство 100В для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту.

Как описано выше, в устройстве 100В для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно второму варианту в результате нанесения покрытия клеем 30 на вязкоупругие элементы 107 и 207 прочность сцепления между платами 101 и 201 обработки сигнала и вязкоупругими элементами 107 и 207 и между корпусом 20 и вязкоупругим элементом 207 увеличивается, вследствие чего вязкоупругие элементы 107 и 207 могут в еще большей степени поглощать вибрации, что приводит к дальнейшему уменьшению вибраций плат 101 и 201 обработки сигнала и корпуса 20. В дополнение к этому, увеличивается прочность сцепления между платами 101 и 201 обработки сигнала и вязкоупругим элементом 107, вследствие чего уменьшаются поглощение и отражение электромагнитных волн и утечка этих волн наружу, так что сигнал на волне миллиметрового диапазона можно эффективно передавать с высокой скоростью.

Третий вариант

Фиг.11 представляет вид в перспективе, показывающий пример конфигурации устройства 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему варианту, а фиг.12 представляет вид в разрезе устройства 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанного на фиг.11. В устройстве 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, показанном на фиг.11 и 12, антенна 104 и антенна 204, включенные в состав устройства 100В для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик, описанного во втором варианте, заменены первой щелью (далее именуемой щелью 110) и второй щелью (далее именуемой щелью 210), соответственно. Поскольку для обозначения тех же элементов, как во втором варианте, использованы одинаковые названия и цифровые позиционные обозначения, подробное описание этих элементов будет опущено.

Как показано на фиг.11 и 12, устройство 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик включает плату 401 обработки сигнала, плату 501 обработки сигнала и вязкоупругий элемент 107.

Первая плата обработки сигнала (далее именуемая платой 401 обработки сигнала) включает в себя генератор 102 сигнала, линию 103 передачи, изоляционный слой 105, рисунок 106 заземляющих проводников и щель 110. Генератор 102 сигнала и линия 103 передачи расположены на верхней поверхности изоляционного слоя 105. Рисунок 106 заземляющих проводников расположен на всей нижней поверхности изоляционного слоя 105.

Щель 110 выполнена в заданной позиции в рисунке 106 заземляющих проводников на противоположной стороне слоя 105 относительно линии 103 передачи. Эта щель 110 может иметь, например, следующие размеры: длина щели 110 в направлении вдоль линии 103 передачи составляет от 0,1 мм до 0,2 мм, а ширина щели в направлении, перпендикулярном направлению линии 103 передачи, соответствует половине (1/2) длины волны сигнала на волне миллиметрового диапазона, передаваемого в устройстве.

Эта щель 110 служит щелевой антенной. В щелевой антенне ток, текущий по поверхности линии 103 передачи, прерывается щелью 110, в результате чего в области прерывания генерируется электрическое поле. Таким способом щелевая антенна преобразует сигнал на волне миллиметрового диапазона в электромагнитную волну.

Аналогично способу изготовления печатной патч-антенны щелевую антенну создают одновременно с изготовлением линий 103 и 203 передачи и рисунков схем (не показаны) на плате 401 обработки сигнала и плате 501 обработки сигнала (которая будет описана позднее) посредством травления.

Поскольку в устройстве 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик используется щелевая антенна и поскольку направленность щелевой антенны хуже направленности патч-антенны, можно уменьшить утечку электромагнитной волны, распространяющейся через вязкоупругий элемент, наружу и также можно ослабить влияние внешних шумов.

Вторая плата обработки сигнала (далее именуемая платой 501 обработки сигнала) включает в себя генератор 202 сигнала, линию 203 передачи, изоляционный слой 205, рисунок 206 заземляющих проводников и щель 210.

Генератор 202 сигнала и линия 203 передачи расположены на верхней поверхности изоляционного слоя 205. Рисунок 206 заземляющих проводников расположен на всей нижней поверхности изоляционного слоя 205. Кроме того, в заданной позиции в рисунке 206 заземляющих проводников на противоположной стороне слоя 205 относительно линии 203 передачи выполнена щель 210. Эта щель 210 служит щелевой антенной аналогично щели 110. Щель 210 имеет такие же размеры, как и щель 110.

Между платой 401 обработки сигнала и платой 501 обработки сигнала, конфигурированными, как описано выше, помещен вязкоупругий элемент 107, имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь. При этом на заданную поверхность вязкоупругого элемента 107 и на противоположную ей поверхность нанесен в виде покрытия клей 30.

Поскольку вязкоупругий элемент 107 и клей 30 имеют заданную вязкость, они могут быть помещены между платами обработки сигнала таким образом, чтобы не мог образоваться воздушный зазор вследствие проникновения воздуха или другого подобного явления, но при этом клей 30 не проникает в щели 110 и 210.

Как описано выше, в устройстве 100С для передачи сигналов миллиметрового диапазона через диэлектрик согласно третьему варианту щели 110 и 210 служат щелевыми антеннами, а вязкоупругий элемент 107 помещен между платой 401 обработки сигнала и платой 501 обработки сигнала без использования разъемов и кабелей, так что сигнал миллиметрового диапазона может быть передан в вибрационной среде с высокой скоростью. Следовательно, можно реализовать устройство 100С для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, способное с высокой надежностью передавать сигнал на волне миллиметрового диапазона с высокой скоростью с использованием щелевой антенны.

Настоящее изобретение может быть исключительно эффективно использовано в устройстве для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, применяемом в автомобильной радиолокационной системе предупреждения столкновений и в подобных системах.

Перечень цифровых позиционных обозначений

20 - корпус, 30 - клей, 100, 100А, 100В, 100С - устройство для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, 101, 401 - первая плата обработки сигнала, 102 - первый генератор сигнала, 103 - первая линия передачи, 104 - первая антенна, 105 - первый изоляционный слой, 106 - первый рисунок заземляющих проводников, 107, 207 - вязкоупругий элемент, 110 - первая щель, 111 - модулятор, 112 - первый преобразователь частоты, 113, 213 - усилитель, 201, 501 - вторая плата обработки сигнала, 202 - второй генератор сигнала, 203 - вторая линия передачи, 204 - вторая антенна, 205 - второй изоляционный слой, 206 - второй рисунок заземляющих проводников, 210 - вторая щель, 211 - демодулятор, 212 - второй преобразователь частоты.

Реферат

Изобретение относится к системам передачи волн миллиметрового диапазона через диэлектрик. Технический результат - упрощение и удешевление устройства. Предложено устройство для передачи волны миллиметрового диапазона через диэлектрик, включающее в себя первую плату обработки сигнала для обработки сигнала на волне миллиметрового диапазона, вторую плату обработки сигнала, сигнально связанную с первой платой обработки сигнала, для приема сигнала на волне миллиметрового диапазона и обработки в отношении сигнала на волне миллиметрового диапазона и вязкоупругий элемент, расположенный между первой платой обработки сигнала и второй платой обработки сигнала и имеющий заданную относительную диэлектрическую проницаемость и заданный тангенс угла диэлектрических потерь. Вязкоупругий элемент образует диэлектрический тракт передачи. В такой конфигурации вязкоупругий элемент поглощает вибрации, вызываемые внешней силой, воздействующей на платы обработки сигнала, так что вибрации первой платы обработки сигнала и второй платы обработки сигнала можно уменьшить, а сигнал на волне миллиметрового диапазона можно передавать между платами обработки сигнала через вязкоупругий элемент с высокой скоростью без использования разъемов и кабелей. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

Формула