Волноводный адаптер с бесконтактным фланцем для работы в миллиметровом диапазоне длин волн

Рассмотрены методы повышения точности результатов измерений электрических параметров волноводных устройств, работающих в верхней области миллиметрового диапазона. Показано, что точность и надёжность измерений электрических параметров волноводных устройств зависит от качества контакта между волноводными фланцами: утечки электромагнитного излучения через зазоры представляют значительную проблему и могут привести к получению недостоверных результатов измерений вносимых потерь и коэффициента стоячей волны по напряжению. Поэтому ужесточаются требования к качеству контакта между измерительной системой и исследуемым устройством при работе в миллиметровом диапазоне длин волн. Разработан бесконтактный фланец волноводного адаптера для миллиметрового диапазона длин волн, нечувствительный к воздушному зазору в соединении с исследуемым устройством. Волноводный адаптер с бесконтактным фланцем представляет собой участок стандартного прямоугольного волновода WR10, ограниченный с одной стороны стандартным фланцем UG-387, а с другой – предложенным бесконтактным фланцем со штыреподобной структурой. Применение адаптера с бесконтактным фланцем позволяет нивелировать проблемы измерения прямых и обратных потерь, вызванные неполным контактом или его отсутствием при соединении двух волноводных фланцев. Фланцевое соединение данного типа можно использовать для экспресс-измерений, поскольку не требуется крепление с помощью фланцевых винтов. Сравнительный анализ стандартного адаптера и адаптера с бесконтактным фланцем проведён в волноводном канале WR10. Эффективность работы бесконтактного соединения экспериментально подтверждена во всём рабочем диапазоне 75–110 ГГц при неравномерном (с одного края) зазоре 100 мкм в волноводном соединении. Применение волноводного адаптера с бесконтактным фланцем позволяет быстрее и при этом точнее измерять электрические параметры исследуемых устройств. Данный адаптер незаменим для быстрой аттестации волноводных устройств миллиметрового диапазона современными метрологическими средствами (векторным анализатором цепей и скалярной панорамой).

1. Шаров Г. А. Волноводные устройства сантиметровых и миллиметровых волн. Горячая линия – Телеком, Москва (2016).

2. Kerr A. R., Wollack E., Horner N. Waveguide flanges for ALMA instrumentation. ALMA Memo, (278) (1999).

3. Oleson C., Denning A. Millimeter wave vector analysis calibration and measurement problems caused by common waveguide irregularities. 56th ARFTG Conference Digest. IEEE, 38 (2000). https://doi.org/10.1109/ARFTG.2000.327428

4. Семёнов В. А., Бондаренко А. С., Малай И. М. О стандартизации присоединительных размеров элементов соединения СВЧ трактов электронных измерительных приборов. Альманах современной метрологии, (3(19)), 31–44 (2019). https://www.elibrary.ru/medevm

5. Horibe M., Noda K. Modification of waveguide flange design for millimeter and submillimeter-wave measurements. 77th ARFTG Microwave Measurement Conference, IEEE (2011). https://doi.org/10.1109/ARFTG77.2011.6034557

6. Horibe M., Kishikawa R. Performance of new design of waveguide flange for measurements at frequencies from 800 GHz to 1.05 THz. 79th ARFTG Microwave Measurement Conference, IEEE (2012). https://doi.org/10.1109/ARFTG79.2012.6291186

7. Lau Y. S., Vondran D. J. An innovative waveguide interface and quarter-wavelength shim for the image band. 80th ARFTG Microwave Measurement Conference, IEEE (2012). https://doi.org/10.1109/ARFTG.2012.6422431

8. Lau Y. S., Denning A. An innovative waveguide interface for millimeter wave and sub-millimeter wave applications. 69th ARFTG Microwave Measurement Conference, IEEE (2007). https://doi.org/10.1109/ARFTG.2007.5456318

9. Li H., Kerr A. R., Hesler J. L. et al. An improved ring-centered waveguide flange for millimeter- and submillimeter-wave applications. 76th ARFTG Microwave Measurement Conference, IEEE (2010). https://doi.org/10.1109/ARFTG76.2010.5700056

10. Li H., Kerr A. R., Hesler J. L., Weikle R. M. Repeatability of waveguide flanges with worst-case tolerances in the 500–750 GHz band. 79th ARFTG Microwave Measurement Conference, IEEE (2012). https://doi.org/10.1109/ARFTG79.2012.6291185

11. Li H., Arsenovic A., Hesler J. L., Kerr A. R., Weikle R. M. Repeatability and mismatch of waveguide flanges in the 500–750 GHz band. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 4(1), 39–48 (2013). https://doi.org/10.1109/TTHZ.2013.2283540

12. Kerr A. R., Srikanth S. The ring-centered waveguide flange for submillimeter wavelengths. Proceeding 20th International Symposium on Space THz Tech. Charlottesville, 20–22 April 2009, 220–222 (2009).

13. Kildal P. S., Alfonso E., Valero-Nogueira A., Rajo-Iglesias E. Local metamaterial-based waveguides in gaps between parallel metal plates. IEEE Antennas and wireless propagation letters, 8, 84–87 (2008). https://doi.org/10.1109/LAWP.2008.2011147

14. Rahiminejad S., Pucci E., Vassilev V. et al. Polymer gap adapter for contactless, robust, and fast measurements at 220– 325 GHz. Journal of Microelectromechanical Systems, 25, 160–169 (2015). https://doi.org/10.1109/JMEMS.2015.2500277

15. Ebrahimpouri M., Brazalez A. A., Manholm L., Quevedo-Teruel O. Using glide-symmetric holes to reduce leakage between waveguide flanges. IEEE Microwave and wireless components letters, 28(6), 473–475 (2018). https://doi.org/10.1109/LMWC.2018.2824563

16. Sun D., Chen X., Guo L. Compact corrugated plate for double-sided contactless waveguide flange. IEEE Microwave and wireless components letters, 31(2), 129–132 (2020). https://doi.org/10.1109/LMWC.2020.3042279

17. Ren L., Doshi D., Shu Y. Contactless flanges and rail system for mm wand THz testing. 52nd European Microwave Conference (EuMC), IEEE, 13–15 (2022). https://doi.org/10.23919/EuMC54642.2022.9924266

18. Pucci E., Kildal P. S. Contactless non-leaking waveguide flange realized by bed of nails for millimeter wave applications. 6th European Conference on antennas and propagation (EUCAP), IEEE, 3533–3536 (2012). https://doi.org/10.1109/EuCAP.2012.6206199

19. Mayaka C., Shu Y., Doshi D. Robust contactless waveguide flange for fast measurements. IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), 559–561 (2021). https://doi.org/10.1109/IMS19712.2021.9575029

20. Yong W. Y., Vosoogh A., Bagheri A. et al. An overview of recent development of the gap-waveguide technology for mmwave and sub-THz applications, IEEE Access (2023). https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3293739