DE102007005928A1

DE102007005928A1 - Übertragungsleitungsübergang

Info

Publication number: DE102007005928A1
Application number: DE102007005928A
Authority: DE
Inventors: Akihisa Kariya Fujita; Kunio Nagoya Sakakibara
Original assignee: Denso Corp; Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Denso Corp; Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2007214777A; JP4568235B2; US20070182505A1; DE102007005928B4; US7750755B2

Abstract

Ein Übertragungsleitungsübergang zum Koppeln elektromagnetischer Energie zwischen unterschiedlichen Übertragungsleitungen enthält ein erstes dielektrisches Substrat (3), ein zweites dielektrisches Substrat (7), das mit dem ersten dielektrischen Substrat (3) zusammenlaminiert ist, und eine Wellenleiterröhre (5), die am ersten dielektrischen Substrat (3) angebracht ist. Das laminierte dielektrische Substrat schafft einen dielektrischen Wellenleiter mit einem ersten kurzgeschlossenen Ende und einem zweiten Ende in Verbindung mit einem hohlen Inneren der Wellenleiterröhre (5). Eine Antenne (29) in Verbindung mit einer ebenen Leitung (27) ist in dem dielektrischen Wellenleiter angeordnet und vom kurzgeschlossenen Ende des dielektrischen Wellenleiters um eine bestimmte Distanz in Längsrichtung (10) der Wellenleiterröhre (5) beabstandet, um die Wellenleiterröhre (5) zu erregen bzw. von dieser erregt zu werden. Der dielektrische Wellenleiter hat eine Querschnittsfläche kleiner als diejenige des Inneren (15) der Wellenleiterröhre (5) und fällt in Längsrichtung (10) mit dem Inneren (15) zusammen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übertragungsleitungsübergang mit einem dielektrischen Substrat und einer Wellenleiterröhre, die auf dem dielektrischen Substrat angeordnet ist.
Die Entwicklung von Millimeterwellensystemen für Hochgeschwindigkeitskommunikation mit großen Datenmengen oder für Fahrzeugradarsysteme hat in jüngster Zeit Fortschritte gemacht. Bei einem solchen Millimeterwellensystem wird ein Übertragungsleitungsübergang verwendet, um elektromagnetische Energie beispielsweise zwischen einer Wellenleiterröhre und einer ebenen Leitung (z. B. einer Mikrostrip- oder Mikrostreifenleitung) zu koppeln, welche auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet ist.

Wie in den 9A und 9B gezeigt, weist ein bekannter Übertragungsleitungsübergang, wie er beispielsweise in der JP-H11-261312 A offenbart ist, ein dielektrisches Substrat P1 und eine Wellenleiterröhre auf, welche aus ersten und zweiten Wellenleiterteilen P2 und P3 besteht, welche miteinander über das dielektrische Substrat P1 verbunden sind. Eine Mikrostreifenleitung P4 und eine Masseebene P6 sind auf einer ersten bzw. zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats P1 angeordnet. Der Spitzenabschnitt der Mikrostreifenleitung P4 liegt innerhalb der Wellenleiterröhre und dient als eine Antenne P5 zur Erregung der Wellenleiterröhre.

Das Millimeterwellensystem besteht aus sehr kleinen Bauteilen. Von daher können sich Herstellungsschwankungen ergeben, wenn die Bestandteile hergestellt und zusammengebaut werden. Diese Herstellungsschwankungen (Toleranzschwankungen) verursachen merkliche Unterschiede zwischen den einzelnen hergestellten Systemen.

Beispielsweise im Fall des Übergangs der 9A und 9B ist es schwierig, das erste Wellenleiterteil P2 genau auszubilden und das erste Wellenleiterteil P2 genau am dielektrischen Substrat P1 zu befestigen. Somit werden ohne weiteres Herstellungsschwankungen verursacht, so dass eine Massenherstellung des Kopplers nicht möglich ist.

Ein Abstand zwischen der Spitze der Antenne P5 und der Masseebene P6 bestimmt die Charakteristik des Übergangs. Wie in 9B gezeigt, ist das zweite Wellenleiterteil P3 an der Masseebene P6 befestigt. Wenn somit das zweite Wellenleiterteil P3 in einer fehlerhaften Position an der Masseebene P6 befestigt ist, hat der Übergang Eigenschaften, welche sich von den gewünschten Eigenschaften unterscheiden.

Um die Schwankungen bei der Herstellung zu verringern, müssen die Bauteile des Übergangs mit hoher Genauigkeit hergestellt und zusammengebaut werden. Im Ergebnis werden Herstellungszeit und Herstellungskosten für den Übergang erhöht.

Angesichts des obigen Problems ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Übertragungsleitungsübergang mit einem Aufbau zu schaffen, der aufgrund von Herstellungsschwankungen verursachte Eigenschaftsschwankungen vermeiden kann, so dass sich der Übergang in Massenfertigung herstellen lässt.

Ein erfindungsgemäßer Übertragungsleitungsübergang zum Koppeln elektromagnetischer Energie enthält erste und zweite dielektrische Substrate, welche miteinander laminiert sind und eine Wellenleiterröhre, die am ersten dielektrischen Substrat angebracht ist. Das laminierte dielektrische Substrat schafft einen dielektrischen Wellenleiter mit einem ersten Ende, welches kurzgeschlossen ist und einem zweiten Ende, welches mit einem Inneren des Wellenleiters kommuniziert. Eine mit einer planaren Leitung verbundene Antenne ist in dem dielektrischen Wellenleiter angeordnet und von dem kurzgeschlossenen Ende des dielektrischen Wellenleiters um einen bestimmten Betrag beabstandet, um die Wellenleiterröhre anzuregen.

Das kurzgeschlossene Ende reflektiert ein Signal, welches sich durch die Wellenleiterröhre und den dielektrischen Wellenleiter fortpflanzt und eine stehende Welle tritt in dem dielektrischen Wellenleiter auf. Die Antenne ist in einem Gegenknoten oder Schwingungsbauch der stehenden Welle angeordnet. Mit dieser Vorge hensweise kann die elektromagnetische Energie effizient zwischen einer ersten Übertragungsleitung bestehend aus der Wellenleiterröhre und dem dielektrischen Wellenleiter und einer zweiten Übertragungsleitung bestehend aus der planaren Leitung gekoppelt werden.

Der Übergang erreicht das kurzgeschlossene Ende des dielektrischen Wellenleiters ohne Verwendung eines zweiten Wellenleiterteils P2, wie beim herkömmlichen Übergang. Mit anderen Worten, während der erfindungsgemäße Übergang eine einteilige Wellenleiterröhre verwendet, verwendet ein herkömmlicher Übergang eine zweiteilige Wellenleiterröhre. Damit kann der erfindungsgemäße Übergang genauer und einfacher zusammengebaut werden, zumindest im Vergleich zu dem herkömmlichen Übergang, so dass der erfindungsgemäße Übergang in Massenproduktion hergestellt werden kann.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit der beigefügten Zeichnung.
Es zeigt:
1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A eine Draufsicht auf eine dritte Masseebene auf einem zweiten dielektrischen Draht des Übergangs, 2B eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem ersten dielektrischen Substrat des Übergangs, 2C eine Draufsicht auf eine erste Masseebene des Übergangs und 2D eine Schnittdarstellung durch den Übergang entlang dessen Längsrichtung;
3A eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem ersten dielektrischen Substrat eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3B eine Querschnittsansicht des Übergangs gemäß der zweiten Ausführungsform entlang dessen Längsrichtung;
4A eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem ersten dielektrischen Substrat eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 4B eine Querschnittsansicht des Übergangs gemäß der dritten Ausführungsform entlang dessen Längsrichtung;
5A eine Draufsicht auf eine dritte Masseebene eines zweiten dielektrischen Substrats eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5B eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem ersten dielektrischen Substrat des Übergangs gemäß der vierten Ausführungsform, 5C eine Draufsicht auf eine dritte Masseebene des Übergangs gemäß der vierten Ausführungsform und 5C eine Schnittdarstellung des Übergangs gemäß der vierten Ausführungsform entlang dessen Längsrichtung;
6A eine Draufsicht auf eine vierte Masseebene auf einem dritten dielektrischen Substrat eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 6B eine Draufsicht auf eine dritte Masseebene auf einem zweiten dielektrischen Substrat des Übergangs gemäß der fünften Ausführungsform, 6C eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem ersten dielektrischen Substrat des Übergangs gemäß der fünften Ausführungsform, 6D eine Draufsicht auf eine erste Masseebene des Übergangs gemäß der fünften Ausführungsform und 6E eine Schnittdarstellung des Übergangs gemäß der fünften Ausführungsform entlang dessen Längsrichtung;
7 eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem ersten dielektrischen Substrat eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 eine Schnittdarstellung eines Übertragungsleitungsübergangs gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang dessen Längsrichtung; und
9A eine Draufsicht auf eine zweite Masseebene auf einem dielektrischen Substrat eines herkömmlichen Übertragungsleitungsübergangs und 9B eine Schnittdarstellung durch den herkömmlichen Übergang entlang dessen Längsrichtung.
Ein planarer Leitung-auf-Wellenleiter-Übergang 1 zum Koppeln elektromagnetischer Energie zwischen einer planaren oder ebenen Leitung und einem Wellenleiter ist in den 1 und 2A bis 2D gezeigt. Der Übergang 1 enthält ein erstes dielektrisches Substrat 3, eine Wellenleiterröhre 5, ein zweites dielektrisches Substrat 7 und erste, zweite und dritte Massenebenen 9, 11 und 13.
Das erste dielektrische Substrat 3 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid sein. Das erste dielektrische Substrat 3 hat eine erste Oberfläche, auf der die erste Masseebene 9 angeordnet ist und eine zweite Oberfläche, auf der die zweite Massebene 11 angeordnet ist.
Die Wellenleiterröhre 5 kann beispielsweise eine hohle rechteckförmige Röhre aus Aluminium sein. Die Wellenleiterröhre 5 hat ein hohles Inneres 15 mit rechteckförmigem Querschnitt. Ein offenes Ende der Wellenleiterröhre 5 ist über die erste Masseebene 9 durch Hartlöten, Verschrauben oder dergleichen fest an dem ersten dielektrischen Substrat 3 angeordnet. Die Wellenleiterröhre 5 hat eine Längsrichtung 10 gemäß 1 und die elektromagnetische Energie pflanzt sich in dieser Längsrichtung 10 fort.
Das zweite dielektrische Substrat 7 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid sein. Das zweite dielektrische Substrat 7 hat eine erste Oberfläche, auf der die zweite Masseebene 11 angeordnet ist und eine zweite Oberfläche, auf der die dritte Masseebene 13 angeordnet ist. Die zweite Masseebene 11 ist somit zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Substraten 3 und 7 eingeschlossen.
Die erste Masseebene 9 ist aus elektrisch leitfähigem Material (z. B. einem metallischen Dünnfilm) und hat mittig eine rechteckförmige Öffnung 17, wie in 2C gezeigt. Die Fläche der Öffnung 17 ist kleiner als eine Querschnittsfläche des Inneren 15 der Wellenleiterröhre 5. Die erste Masseebene 9 ist relativ zu der Wellenleiterröhre 5 so ausgerichtet, dass die Öffnung 17 vollständig innerhalb des Inneren 15 der Wellenleiterröhre 5 in Längsrichtung 10 liegt, wie in den 2C und 2D gezeigt.
Insbesondere ist eine Bodenkante des Inneren 15 in Fluchtung mit einer Bodenkante der Öffnung 17, so dass die erste Massenebene 9 einen Vorsprungsabschnitt 9a hat, der von einer Oberkante des Inneren 15 um eine Distanz Q1 vorsteht. Weiterhin steht die erste Masseebene 9 von Seitenkanten des Inneren 15 um eine bestimmte Distanz vor. Somit ist die erste Masseebene 9 relativ zur Wellenleiterröhre 5 so ausgerichtet, dass die Öffnung 17 vollständig innerhalb des Inneren 15 in Längsrichtung 10 liegt.
Die zweite Masseebene 11 ist aus elektrisch leitfähigem Material und hat mittig eine rechteckförmige Öffnung 19, wie in 2B gezeigt. Die Öffnung 19 hat die gleiche Fläche wie die erste rechteckförmige Öffnung 17. Die zweite Masseebene 11 ist relativ zur ersten Masseebene 9 so positioniert, dass die Öffnung 19 in Fluchtung mit der Öffnung 17 in Längsrichtung 10 ist. Wie bei der Öffnung 17 liegt daher die Öffnung 19 vollständig innerhalb des Inneren 15 der Wellenleiterröhre 5 in Längsrichtung 10. Weiterhin hat die zweite Masseebene 11 einen Vorsprungsabschnitt 11a, der von der Oberkante des Inneren 15 um eine Distanz P1 vorsteht und steht von den Seitenkanten des Inneren 15 um eine bestimmte Distanz vor. Weiterhin hat die zweite Masseebene 11 einen Ausschnittabschnitt 20 an der Bodenkante der Öffnung 19. Die dritte Masseebene 13 ist aus elektrisch leitfähigem Material und hat keine Öffnung. Wie oben beschrieben ist die dritte Masseebene 13 auf der zweiten Oberfläche des zweiten dielektrischen Substrats 7 angeordnet. Die dritte Masseebene 13 bedeckt den Großteil der zweiten Oberfläche des zweiten dielektrischen Substrats 7, wie in 2A gezeigt und deckt die Öffnungen 17 und 19 in Linksrichtung 10 vollständig ab, wie in 2D gezeigt.
Die ersten und zweiten Masseebenen 9 und 11 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 23 verbunden, die im dielektrischen Substrat 3 ausge bildet sind. Die zweiten und dritten Masseebenen 11 und 13 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 25 verbunden, die in dem zweiten dielektrischen Substrat 7 ausgebildet sind. Somit sind die ersten, zweiten und dritten Masseebenen 9, 11 und 13 elektrisch miteinander in Verbindung.
Gemäß 2C sind die Durchgangsöffnungen 23 entlang der Oberkante und den Seitenkanten der Öffnung 17 angeordnet, um annähernd C-Form zu haben. Auf ähnliche Weise sind gemäß 2B die Durchgangsöffnungen 25 entlang der Oberkante und den Seitenkanten der Öffnung 19 angeordnet, um die angenäherte C-Form zu bilden.
Eine erste Wellenlänge λr eines sich in den ersten und zweiten dielektrischen Substraten 3 und 7 fortpflanzenden Signals ist gegeben durch:
In Gleichung (1) bedeutet λo eine zweite Wellenlänge des sich im freien Raum fortpflanzenden Signals und εγ ist eine dielektrische Leitfähigkeit (d. h. eine Dielektrizitätskonstante) der ersten und zweiten dielektrischen Substrate 3 und 7. Eine Distanz zwischen benachbarten Durchgangsöffnungen 23 ist kleiner oder gleich einer Hälfte der ersten Wellenlänge λr. Auf ähnliche Weise ist eine Distanz zwischen benachbarten Durchgangsöffnungen 25 kleiner oder gleich einer Hälfte der ersten Wellenlänge λr. Somit kann sich das Signal im Übergang 1 fortpflanzen, ohne zwischen den ersten, zweiten und dritten Masseebenen 9, 11 und 13 auszutreten.
Das Signal pflanzt sich durch das Innere 15 der Wellenleiterröhre 5, einen ersten dielektrischen Abschnitt, der von den Durchgangsöffnungen 23 des ersten dielektrischen Substrats 3 umgeben ist und einen zweiten dielektrischen Abschnitt fort, der von den Durchgangsöffnungen 25 des zweiten dielektrischen Substrats 3 umgeben ist. Die ersten und zweiten dielektrischen Abschnitte bilden einen dielektrischen Wellenleiter.
Eine Querschnittsfläche des dielektrischen Wellenleiters (d. h. die Fläche der Öffnungen 17 und 19) wird basierend auf einer dritten Wellenlänge λp des sich durch den dielektrischen Wellenleiter fortpflanzenden Signals bestimmt. Insbesondere ist die Querschnittsfläche des dielektrischen Wellenleiters verringert, wenn die dritte Wellenlänge λp klein ist. Die dritte Wellenlänge λp ist gegeben durch:
Wie in 1 gezeigt, bedeutet Ae in Gleichung (2) die Länge der Querschnittsfläche des Inneren 15 der Wellenleiterröhre 5.
Die dritte Masseebene 13 wirkt als kurzgeschlossenes Ende des dielektrischen Wellenleiters. Eine Distanz S zwischen dem kurzgeschlossenen Ende und einer Antenne 29 in Längsrichtung 10 beträgt ungefähr ein Viertel der Längenwelle λp. Die Antenne 29 erregt die Wellenleiterröhre 5 bzw. wird von dieser erregt.
Ein Einspeiser 21 ist an der zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats 3 angeordnet. Der Einspeiser 21 enthält eine planare oder ebene Leitung 27 und die Antenne 29 ist mit der Spitze der ebenen Leitung 27 verbunden. Die ebene Leitung 27 ist beispielsweise eine Mikrostreifenleitung. Die ebene Leitung 27 ist in dem Ausschnittabschnitt 20 angeordnet und die Antenne 29 liegt in der Öffnung 19, so dass der Einspeiser 21 keinen körperlichen Kontakt mit der zweiten Masseebene 11 hat. Insbesondere sind die Spitze der Antenne 29 und die Unterkante der Öffnung 19 voneinander um eine Distanz L in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung 10 beabstandet. Die Distanz L bestimmt die Kopplungseigenschaften (Reflektionseigenschaften) des Übergangs 1.
Wie oben beschrieben sind beim Übergang 1 gemäß der ersten Ausführungsform das erste dielektrische Substrat 3 und das zweite dielektrische Substrat 7 miteinander laminiert, um den dielektrischen Wellenleiter zu bilden. Das kurzgeschlos sene Ende oder Kurzschlussende des dielektrischen Wellenleiters wird erreicht durch die dritte Masseebene 13, die auf dem zweiten dielektrischen Substrat 7 angeordnet ist. Wie der herkömmliche Übergang 9 gemäß 9A und 9B hat somit der Übergang 1 eine breite Charakteristik. Der Übergang 1 erreicht das kurzgeschlossene Ende des dielektrischen Wellenleiters ohne Verwendung des zweiten Wellenleiterteils P2 des herkömmlichen Übergangs. Mit anderen Worten, während der Übergang 1 gemäß der Erfindung eine einteilige Wellenleiterröhre verwendet, verwendet der herkömmliche Übergang eine zweiteilige Wellenleiterröhre. Damit kann der erfindungsgemäße Übergang 1 genauer und einfacher zusammengebaut werden, zumindest im Vergleich zu dem herkömmlichen Übergang, so dass der erfindungsgemäße Übergang 1 in Massenproduktion hergestellt werden kann.
Das kurzgeschlossene Ende (d. h. die dritte Masseebene 13) reflektiert das sich durch die Wellenleiterröhre 5 und den dielektrischen Wellenleiter fortpflanzende Signal. Im Ergebnis tritt in dem dielektrischen Wellenleiter eine stehende Welle auf. Die Antenne 29 ist an dem Gegenknoten oder Schwingungsbauch der stehenden Welle angeordnet. Durch diese Vorgehensweise kann die elektromagnetische Energie wirksam zwischen einer ersten Übertragungsleitung bestehend aus der Wellenleiterröhre 5 und dem dielektrischen Wellenleiter und einer zweiten Übertragungsleitung bestehend aus der ebenen Leitung 27 gekoppelt werden.
Der dielektrische Wellenleiter ist innerhalb der Querschnittsfläche des Inneren 15 in Längsrichtung 10 angeordnet, um das Auftreten einer elektromagnetischen Welle höherer Ordnung zu verhindern. Fortpflanzungsverluste zwischen dem dielektrischen Wellenleiter und der Wellenleiterröhre 5 können so verringert werden.
Gemäß 2D hat die erste Masseebene 5 den Vorsprungsabschnitt 9a, der um die Distanz Q1 von der Oberkante des Inneren 15 vorsteht. Eine Distanz G zwischen dem Vorsprungsabschnitt 9A und der Antenne 29 wird konstant gehalten, selbst wenn die Wellenleiterröhre 5 ungenau am ersten Vorsprungsabschnitt 9a der ersten Masseebene 9 befestigt ist. Der Vorsprungsabschnitt 9A dient somit als Fehlergrenze beim Befestigen der Wellenleiterröhre 5 an der ersten Masseebene 9 und erlaubt eine Massenproduktion des Übergangs 1 mit gewünschter Koppelcharakteristik (Reflektionscharakteristik).
Wie oben beschrieben sind die ersten und zweiten dielektrischen Substrate 3 und 7 aus einer Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid. In diesem Fall werden leitfähige Muster als Masseebene 9, 11 und 13 auf "grüne" Keramikschichten oder Keramik-Rohschichten gedruckt und dann werden die Schichten miteinander zusammenlaminiert und gebrannt. Alternativ können die ersten und zweiten dielektrischen Substrate 3 und 7 aus einem Kunstharz oder Kunststoff sein. In diesem Fall werden leitfähige Schichten als Masseebenen 9, 11 und 13 auf Kunstharz- oder Kunststoffschichten geklebt.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 3A und 3B gezeigt. In der zweiten Ausführungsform hat eine erste Masseebene 31 einen Vorsprungsabschnitt 31a, der von einer Bodenkante eines Inneren 37 einer Wellenleiterröhre 35 um eine Distanz Q2 vorsteht. Die Spitze der Antenne 39 und eine Bodenkante einer Öffnung 33 einer ersten Masseebene 31 sind voneinander um die Distanz L beabstandet.
Die Distanz L wird konstant gehalten, selbst wenn die Wellenleiterröhre 30 ungenau an dem Vorsprungsabschnitt 31a der ersten Masseebene 31 befestigt wird. Somit dient der Vorsprungsabschnitt 31a als ein Fehlerrand oder eine Fehlergrenze bei der Befestigung der Wellenleiterröhre 35 an der ersten Masseebene 31 und erlaubt, dass der Übergang 31 mit einer gewünschten Koppelcharakteristik in Massenproduktion herstellbar ist.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 4A und 4B gezeigt. In der dritten Ausführungsform hat eine erste Masseebene 41 einen Vorsprungsabschnitt 41a, der von einer Oberkante eines Inneren 47 einer Wellenleiterröhre 45 um eine Distanz Q1 vorsteht. Eine zweite Masseebene 42 hat einen Vorsprungsabschnitt 43a, der von einer Oberkante des Inneren 47 um eine Distanz Q3 vorsteht, die größer als die Distanz Q1 ist. Im Ergebnis ist eine Distanz zwischen der zweiten Masseebene 42 und einer Antenne 49 bei der dritten Ausführungsform kleiner als diejenige zwischen der zweiten Masseebene 11 und der Antenne 29 der ersten Ausführungsform.
Mit dieser Vorgehensweise tritt eine Doppelresonanz im dielektrischen Wellenleiter auf, so dass die Frequenzcharakteristik der Fortpflanzung der elektromagnetischen Energie eine Breitbandcharakteristik wird. Weiterhin wird eine Distanz G zwischen der Antenne 49 und der ersten Masseebene 41 konstant gehalten, selbst wenn die Wellenleiterröhre 45 ungenau am Vorsprungsabschnitt 41a der ersten Masseebene 41 befestigt wird. Somit dient der Vorsprungsabschnitt 41a als Fehlergrenze beim Befestigen der Wellenleiterröhre 45 an der ersten Masseebene 41 und erlaubt, dass der Übergang 1 mit einer gewünschten Koppelcharakteristik in Massenproduktion herstellbar ist.
Die erste Masseebene enthält sowohl den Vorsprungsabschnitt 31a gemäß 3B als auch den Vorsprungsabschnitt 41a gemäß 4B. Mit dieser Vorgehensweise lässt sich die Fehlergrenze bei der Befestigung der Wellenleiterröhre an der ersten Masseebene erhöhen.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 5A bis 5D gezeigt. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind die planare Leitung und die Antenne zum Erregen der Wellenleiterröhre auf der gleichen Masseebene angeordnet. Im Gegensatz hierzu sind bei der vierten Ausführungsform eine planare Leitung 51 und eine Antenne 53 auf unterschiedlichen dielektrischen Substraten angeordnet. Somit sind die planaren Leitungen 51 und die Antenne 53 in unterschiedlichen Positionen in Längsrichtung des dielektrischen Wellenleiters angeordnet.
Insbesondere ist eine erste Masseebene 69 auf einer ersten Oberfläche eines ersten dielektrischen Substrats 55 angeordnet. Die Antenne 53 und eine zweite Masseebene 57 sind auf einer zweiten Oberfläche des ersten ersten dielektrischen Substrats 55 angeordnet. Die planare Leitung 51 und eine dritte Massebene 61 sind auf einer zweiten Oberfläche des zweiten dielektrischen Substrats 59 angeordnet. Die planare Leitung 51 und die Antenne 53 sind elektrisch miteinander mittels einer Durchgangsöffnung 63 verbunden, die im zweiten dielektrischen Substrat 59 ausgebildet ist.
Wie in 5A gezeigt, hat die dritte Masseebene 61 einen Ausschnittabschnitt 61a. Der Spitzenabschnitt der planaren Leitung 51 liegt in dem Ausschnittabschnitt 61a derart, dass die planare Leitung 51 keinen körperlichen Kontakt mit der dritten Masseebene 61 hat. Wie in 5B gezeigt, hat die zweite Masseebene 57 eine annähernd T-förmige Öffnung 65. Die Antenne 53 ist in der T-förmigen Öffnung 65 so angeordnet, dass die Antenne 53 keinen körperlichen Kontakt mit der zweiten Masseebene 57 hat. Wie in 5C gezeigt, hat die erste Masseebene 69 eine rechteckförmige Öffnung 67 gleich der Öffnung 17 der ersten Ausführungsform.
Die ersten und zweiten Masseebenen 69 und 57 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 71 verbunden, die im ersten dielektrischen Substrat 55 ausgebildet sind. Die zweiten und dritten Masseebenen 57 und 61 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 73 verbunden, die in dem zweiten dielektrischen Substrat 59 ausgebildet sind. Somit sind die ersten, zweiten und dritten Masseebenen 69, 57 und 61 elektrisch miteinander in Verbindung.
Wie in 5 gezeigt, sind die Durchgangsöffnungen 73 entlang den Kanten der T-förmigen Öffnung 65 angeordnet, um die T-förmige Öffnung 65 zu umgeben. Gemäß 5C sind die Durchgangsöffnungen 71 entsprechend den jeweiligen Durchgangsöffnungen 73 angeordnet.
Bei der vierten Ausführungsform sind die ebene Leitung 51 und die Antenne 53 auf unterschiedlichen Masseebenen angeordnet. Durch diese Vorgehensweise kann die Flexibilität bei der Gestaltung des Übergangs 1 verbessert werden.
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 6A bis 6E gezeigt. In den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird der dielektrische Wellenleiter durch zwei dielektrische Substrate geschaffen, die zusammenlaminiert sind. Im Gegensatz hierzu besteht bei der fünften Ausführungsform der di elektrische Wellenleiter im Wesentlichen aus drei dielektrischen Substraten, welche zusammenlaminiert sind.
Genauer gesagt, ein Übergang 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthält erste, zweite und dritte dielektrische Substrate 81, 83 und 85 und erste, zweite, dritte und vierte Masseebenen 85, 89, 91 und 93.
Gemäß 6E ist die erste Masseebene 87 auf einer ersten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats 81 angeordnet und zwischen dem ersten dielektrischen Substrat 81 und der Wellenleiterröhre eingeschlossen. Die zweite Masseebene 89 ist zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Substraten 81 und 83 eingeschlossen. Die dritte Masseebene 89 ist zwischen die zweiten und dritten dielektrischen Substrate 83 und 85 eingeschlossen. Die vierte Masseebene 93 ist auf einer zweiten Oberfläche des dritten dielektrischen Substrats 85 angeordnet und wirkt als kurzgeschlossenes Ende des dielektrischen Wellenleiters.
Die ersten und zweiten Masseebenen 87 und 89 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 95 verbunden, die im ersten dielektrischen Substrat 81 ausgebildet sind. Die zweiten und dritten Masseebenen 89 und 91 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 97 verbunden, die im zweiten dielektrischen Substrat 83 ausgebildet sind. Die dritten und vierten Masseebenen 91 und 93 sind elektrisch miteinander durch Durchgangsöffnungen 99 verbunden, die in dem dritten dielektrischen Substrat 85 ausgebildet sind. Somit sind die ersten, zweiten, dritten und vierten Masseebenen 87, 89, 91 und 93 elektrisch miteinander verbunden.
Wie bei der vierten Ausführungsform sind eine planare Leitung 101 und eine Antenne 103 auf unterschiedlichen dielektrischen Substraten angeordnet. Insbesondere ist die Antenne 103 auf einer zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats 81 angeordnet und die ebene Leitung 101 ist auf der zweiten Oberfläche des dritten dielektrischen Substrats 85 angeordnet. Die planare Leitung 101 und die Antenne 103 sind elektrisch miteinander durch eine Durchgangsöffnung 105 verbun den, die in den zweiten und dritten dielektrischen Substraten 83 und 85 ausgebildet ist.
Gemäß 6A hat die vierte Masseebene 93 einen Ausschnittsabschnitt 93a. Der Spitzenabschnitt der ebenen Leitung 101 liegt in dem Ausschnittsabschnitt 93a derart, dass die ebene Leitung 101 keinen körperlichen Kontakt mit der vierten Masseebene 93 hat. Wie in 6B gezeigt, hat die dritte Masseebene 91 eine erste rechteckförmige Öffnung 109 gleich der Öffnung 17 der ersten Ausführungsform und eine zweite rechteckförmige Öffnung 107. Die Durchgangsöffnung 105, welche elektrisch die ebene Leitung 101 und die Antenne 103 verbindet, ist in der zweiten rechteckförmigen Öffnung 107 so angeordnet, dass die Durchgangsöffnung 105 keinen körperlichen Kontakt zur dritten Masseebene 91 hat. Wie in 6C gezeigt, hat die zweite Masseebene 89 eine annähernd T-förmige Öffnung 111. Die Antenne 103 ist in der T-förmigen Öffnung so angeordnet, dass die Antenne keinen körperlichen Kontakt mit der zweiten Masseebene hat. Wie in 6D gezeigt, hat die erste Masseebene 87 eine rechteckförmige Öffnung 113 gleich der Öffnung 109 der dritten Masseebene 91. Bei der fünften Ausführungsform kann eine Distanz S zwischen der Antenne 103 und dem kurzgeschlossenen Ende des dielektrischen Wellenleiters problemlos erhöht werden, so dass die Flexibilität bei der Gestaltung des Übergangs 1 verbessert werden kann.
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 7 gezeigt. Eine zweite Masseebene 123 und ein Einspeiser 125 sind auf einer zweiten Oberfläche eines ersten dielektrischen Substrats 121 angeordnet. Der Einspeiser 125 enthält eine ebene Leitung 127, eine Antenne 129 und einen Impedanzwandler 131. Der Impedanzwandler 131 hat eine kleinere Breite als die ebene Leitung 127 und die Antenne 129 und ist zwischen die ebene Leitung 127 und die Antenne 129 gesetzt. Somit führt der Impedanzwandler 131 eine Impedanzanpassung zwischen der ebenen Leitung 127 und der Antenne 129 durch, so dass die elektromagnetische Energie mit hoher Effizienz gekoppelt werden kann.
Ein Übertragungsleitungsübergang 141 gemäß einer siebten Ausführungsform ist in 8 gezeigt. Der Übergang 141 enthält ein dielektrischen Substrats 143 und eine Wellenleiterröhre bestehend aus ersten und zweiten Wellenleiterteilen 145 und 147, welche miteinander durch das dielektrischen Substrat 143 verbunden sind. Eine Masseebene 153 und eine ebene Leitung 149 sind auf ersten bzw. zweiten Oberflächen des dielektrischen Substrats 143 angeordnet. Der Spitzenabschnitt der ebenen Leitung 149 liegt innerhalb eines hohlen Innenraums 157 der Wellenleiterröhre und wirkt als Antenne 151 zur Erregung der Wellenleiterröhre.
Die Fläche einer Öffnung 155 der Masseebene 153 ist kleiner als eine Querschnittsfläche des hohen Innenraums 157 und die Öffnung 155 ist innerhalb des Inneren 157 in Längsrichtung der Wellenleiterröhre angeordnet. Insbesondere hat die Masseebene 153 einen Vorsprungsabschnitt 153a, der von einer Bodenkante des Inneren 157 um eine Distanz Q2 vorsteht. Damit ist eine Distanz L zwischen der Spitze der Antenne 151 und der Masseebene 153 bei der siebten Ausführungsform kleiner als zwischen der Spitze der Antenne 29 und der ersten Masseebene 9 bei der ersten Ausführungsform.
Die Distanz L wird konstant gehalten, selbst wenn das zweite Wellenleiterteil 145 fehlerhaft an dem Vorsprungsabschnitt 153a befestigt wird. Somit dient der Vorsprungsabschnitt 153a als Fehlerrand oder Fehlerbegrenzung bei der Befestigung des zweiten Wellenleiterteils 145 an der Masseebene 153 und ermöglicht, dass der Übergang 141 mit einer gewünschten Kopplungscharakteristik in Massenproduktion herstellbar ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können vielfältig abgewandelt werden. Beispielsweise kann der dielektrische Wellenleiter durch vier oder noch mehr dielektrische Substrate gebildet sein, die zusammenlaminiert sind. Die ebene Leitung kann eine geschlitzte Leitung, eine koplanare Leitung, eine Leitung des Drei-Plattentyps oder dergleichen sein, welche auf dem dielektrischen Substrat ausgebildet ist. Die Durchgangsöffnungen können auch innenbeschichtete Bohrungen sein. Derartige Änderungen oder Abwandlungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie jerdurch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

Ein Übertragungsleitungsübergang zur Kopplung elektromagnetischer Energie, aufweisend: ein erstes dielektrisches Substrat (3; 55; 81) mit einem ersten Abschnitt; eine Wellenleiterröhre (5; 35; 45) mit einem hohlen Inneren (15; 37; 47), und einer Längsrichtung (10) und einer ersten Querschnittsfläche senkrecht zur Längsrichtung (10), wobei ein offenes Ende der Wellenleiterröhre (5; 35; 45) an einer ersten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats (3; 55; 81) angebracht ist; ein zweites dielektrischen Substrat (7; 59; 83, 85), das an einer zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats (3; 55; 81) angeordnet ist und einen zweiten Abschnitt hat, wobei der zweite Abschnitt und der erste Abschnitt des ersten dielektrischen Substrats (3; 55; 81) einen dielektrischen Wellenleiter schaffen, der ein erstes kurzgeschlossenes Ende und ein zweites Ende in Verbindung mit dem hohlen Inneren (15; 37; 47) der Wellenleiterröhre (5; 35; 45) hat; eine ebene Leitung (27; 51, 101; 127), welche auf dem ersten (3; 55; 81) oder zweiten dielektrischen Substrat (7; 59; 83, 85) angeordnet ist; und eine Antenne (29; 39; 49; 52; 103; 129), welche elektrisch mit der ebenen Leitung (27; 51; 101; 127) verbunden ist, und in dem dielektrischen Wellenleiter angeordnet ist, um von der Wellenleiterröhre (5; 35; 45) erregt zu werden bzw. diese zu erregen, wobei die Antenne (29; 39; 49; 53; 103; 129) von dem kurzgeschlossenen Ende des dielektrischen Wellenleiters um eine bestimmte Distanz in Längsrichtung (10) beabstandet ist, wobei die elektromagnetische Energie zwischen der Wellenleiterröhre (5; 35; 45), dem dielektrischen Wellenleiter und der ebenen Leitung (27; 51; 101; 127) gekoppelt ist.
Der Übergang nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Wellenleiter mit dem hohlen Inneren (15; 37; 47) der Wellenleiterröhre (5; 35; 45) in Längsrichtung (10) zusammenfällt und eine zweite Querschnittsfläche hat, welche kleiner als die erste Querschnittsfläche des hohlen Inneren (15; 37; 47) ist, wobei die zweite Querschnittsfläche innerhalb der ersten Querschnittsfläche in Längsrichtung (10) liegt.
Der Übergang nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes von erstem (3; 55; 81) und zweitem dielektrischen Substrat (7; 59; 83; 85) eine Masseebene (9, 11; 13; 31; 41; 43; 57; 61; 69; 87; 89; 91; 92) und eine Mehrzahl erster leitfähiger Bauteile (23; 25; 71; 73; 95; 97; 99) hat, um jede Masseebene (9, 11; 13; 31; 41; 43; 57; 61; 69; 87; 89; 91; 92) elektrisch zu verbinden, wobei der dielektrische Wellenleiter durch die Mehrzahl der ersten leitfähigen Bauteile (23; 25; 71; 73; 95; 97; 99) umgeben ist.
Der Übergang nach Anspruch 3, weiterhin mit einem Impedanzwandler (131), der zwischen die planare Leitung (127) und die Antenne (129) geschaltet ist, um zwischen der planaren Leitung (127) und der Antenne (129) eine Impedanzanpassung durchzuführen.
Der Übergang nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Distanz zwischen der Antenne (29; 39; 49; 53; 103; 29) und dem kurzgeschlossenen Ende des dielektrischen Wellenleiters ungefähr ein Viertel einer Wellenlänge eines sich im dielektrischen Wellenleiter fortpflanzenden Signals beträgt.
Der Übergang nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die planare Leitung (27; 51; 101; 127) eine Mikrostreifenleitung ist.
Der Übergang nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das erste dielektrische Substrat (3; 55; 81) eine Mehrzahl von dielektrischen Substraten aufweist, welche zusammenlaminiert sind.
Der Übergang nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das zweite dielektrische Substrat (7; 59; 83; 85) eine Mehrzahl von dielektrischen Substratteilen enthält, welche zusammenlaminiert sind.
Der Übergang nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Antenne (49) an einer zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats (3) angeordnet ist und die Masseebene (43) auf der zweiten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats (3) angeordnet ist und einen ersten Vorsprungsabschnitt (43a) hat, der von einer Kante der Mehrzahl der ersten leitfähigen Bauteile (23, 25) in Richtung der Antenne (49) vorsteht.
Der Übergang nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die ebene Leitung (51; 101) und die Antenne (53; 103) an unterschiedlichen Positionen in Längsrichtung (10) angeordnet und miteinander durch ein zweites leitfähiges Bauteil (63; 105) verbunden sind.
Der Übergang nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei. die Masseebene (9; 31; 41) an der ersten Oberfläche des ersten dielektrischen Substrats (3) angeordnet ist und einen zweiten Vorsprungsabschnitt (9a; 31a; 41a) aufweist, der von einer Kante des hohlen Inneren (15; 37; 47) der Wellenleiterröhre (5; 35; 45) nach innen vorsteht.
Ein Übertragungsleitungsübergang zur Kopplung elektromagnetischer Energie, aufweisend: ein dielektrisches Substrat (143) mit einer ersten Oberfläche, welche eine Masseebene (153) hat und einer zweiten Oberfläche; eine Wellenleiterröhre (145, 147) mit einem hohlen Inneren (157), wobei die Wellenleiterröhre (145, 147) einen ersten Abschnitt (147) aufweist, der an der ersten Oberfläche des dielektrischen Substrats (153) mittels der Masseebene (153) angeordnet ist und einen zweiten Abschnitt (145) aufweist, der an der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats (143) angebracht ist, um ein kurzgeschlossenes Ende der Wellenleiterröhre (145, 147) zu schaffen; eine ebene Leitung (149), die an der zweiten Oberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist; und eine Antenne (151), die elektrisch mit der ebenen Leitung (149) verbunden ist und in der Wellenleiterröhre angeordnet ist, um von der Wellenleiterröhre erregt zu werden bzw. diese zu erregen, wobei die Antenne (149) von dem kurzgeschlossenen Ende der Wellenleiterröhre um eine bestimmte Distanz in Längsrichtung (10) der Wellenleiterröhre beabstandet ist, wobei die Masseebene (153) einen Vorsprungsabschnitt (153a) hat, der von einer Kante des hohlen Inneren (157) der Wellenleiterröhre nach innen vorsteht.