DE2604111A1

DE2604111A1 - Streifenband-uebertragungsleitung

Info

Publication number: DE2604111A1
Application number: DE2604111A
Authority: DE
Inventors: James Thomas Wiggenhorn
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1976-02-03
Publication date: 1976-09-16
Also published as: GB1475276A; CA1051102A; JPS51112249A; US3961296A

Description

2604111 Dipl.-Phys. O.E. Weber d-8 München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber münchen

We/th - M 170

IiCTOROLA, INC.
5725 North East River Road
Chicago, 111. 60631, U.S.A.

Streifenband-Übertragungsleitung

Die Erfindung betrifft eine Streifenband-Übertragungsleitung, welche allgemein dazu verwendbar ist, in Verbindung mit gedruckten Leiterplatten und ähnlichen Einrichtungen eingesetzt zu werden, um elektrische Signale von einem Punkt oder einem Bauelement auf einer gedruckten Leiterplatte zu einem anderen Punkt oder einem anderen Bauelement auf der gedruckten Leiterplatte zu übertragen. Streifenband-Übertragungsleitungen oder Streifenleiter bzw. Bandleiter haben viele andere Anwendungsmöglichkeiten, da ihre Verwendung in Verbindung mit gedruckten Leiterplatten jedoch sehr weit verbreitet ist, wird diese Anwendungsmöglichkeit in der vorliegenden Beschreibung zur Veranschaulichung der Erfindung verwendet.

Es gibt allgemein zwei Typen von Übertragungsleitungen, die bisher bekannt sind. Die erste allgemeine Kategorie ist eine Mikrostrip-Übertragungsleitung, welche eine einzige Erdungsfläche

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oder Erdungsebene aufweist, die auf einer Oberfläche eines dielektrischen Materials angeordnet ist, und weiterhin einen Leiter hat, der auf der gegenüberliegenden Oberfläche des dielektrischen Materials auf Abstand von der Erdungsfläche angeordnet ist. Dieser Typ einer Übertragungsleitung ist für viele Anwendungsfälle ungeeignet, da er eine sehr"'unzureichende Abschirmung aufweist und leicht Energie abstrahlt oder -EFremdenergie bzw. Streusignale aufnimmt. Tatsächlich wird eine solche Übertragungsieitung in vielen Anwendungsfällen als Antenne verwendet.

Die zweite allgemeine Kategorie von Übertragungsleitungen ist eine Streifenleitung oder Bandlsitung, welche zwei auf Abstand voneinander angeordnete Erdungsflächen oder Erdungsebenen aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten des dielektrischen Materials angebracht sind, wobei weiterhin ein Kitteileiter vorhanden ist, der parallel zu und auf Abstand von jeder Erdungsfläche im dielektrischen Material eingebettet ist. Diese Übertragungsleitung gewährleistet eine verhältnismäßig gute Abschirmung, es entstehen jedoch bei dieser Übertragungsleitung oft Herstellungsprobleme wegen der G-röße. Beispielsweise muß in einer normalen, aus vier Schichten bestehenden gedruckten Leiterplatte mit einer Dicke von 1,57 mm (0,062") ein Mittelleiter₅ der etwa 0,51 mm (0,020^lf) von einer der Erdungsflächen entfernt ist, eine Breite von etwa 0,33 ^mm (0,013") haben, um eine charakteristische Impedanz bzw» einen Wellenwiderstand von 50 0hm zu liefern. Die oben als Erdungsebene oder als Erdungsfläche bezeichnete Einrichtung kann auch als Massefläche oder als Deckfläche auf dem Dielektrikum bezeichnet werden. Wenn die Streifenleitung und der übrige Teil der gedruckten Leiterplatte gleichzeitig hergestellt werden, ist normalerweise eine Toleranz von plus oder minus 0,05 mm (0,002") einer Leitung gegeben, was einem relativen Fehler von etwas mehr als plus oder minus 15 % entspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Übertragungsleitung der oben näher erläuterten Art zu schaffen, welche bei außerordentlich engen Fertigungstoleranzen und besonders geringem Eaumbedarf eine vorgebbare Impedanz gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren niedergelegten Merkmale.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß ein langgestreckter Kanal in entweder der ersten oder der zweiten Erdungsfläche angebracht ist, so daß dieser Kanal über dem Mittelleiter liegt, daß sich der Kanal über die Länge des Mittelleiters erstreckt und daß die Breite des Kanals derart bemessen ist, daß über die gesamte Länge der Übertragungsleitung eine vorgegebene Impedanz gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß ein breiterer Mittelleiter verwendet werden kann, so daß bei geringen Abmessungen der Übertragungsleitung besonders geringe Fertigungstoleranzen eingehalten werden können.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Pig. 1 eine erfindungsgemäße Streifenband-Übertragungsleitung auf einer gedruckten Leiterplatte, wobei Teile davon weggebrochen sind,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2-2 in der Pig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt in einer ähnlichen Darstel- lung wie Fig. 2, wobei eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht ist, und

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt ähnlich wie in der Fig. 2, wobei eine herkömmliche Streifenband-Übertragungsleitung dargestellt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 10 allgemein eine Streifenband-Übertragungsleitung bezeichnet, die als ein Abschnitt auf einer gedruckten Leiterplatte ausgebildet ist. Der übrige Teil der gedruckten Leiterplatte einschließlich der Anschlüsse ist nicht dargestellt, da dieser Teil nicht Gegenstand der Erfindung ist. Die Streifenleitung oder Bandleitung 10 weist eine erste Erdungsebene 11, eine zweite Erdungsebene 12, einen Mittelleiter 13 und ein dielektrisches Material 15 auf, welches das Volumen zwischen der ersten und der zweiten Erdungsebene 11 bzw. 12 ausfüllt. Da die vorliegende Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes insbesondere auf gedruckte Leiterplatten gerichtet ist, sind die Erdungsebenen 11 und 12 sowie der Mittelleiter 13 aus plattiertem Kupfer gebildet oder in anderer Weise an dem dielektrischen Material 15 nach einem beliebigen geeigneten bekannten Verfahren angebracht, wie es bei der Herstellung

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von gedruckten Leiterplatten und Streifenleitungen oder Bandleitungen als Ubertragungsleitungen üblich ist. Weiterhin ist das dielektrische Material in dieser Ausführungsform Glasepoxy, obwohl natürlich auch ein beliebiges anderes geeignetes dielektrisches Material verwendet werden könnte, welches eine Dielektrizitätskonstante hat, die größer ist als 1. Weiterhin besteht bei der vorliegenden Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes die gedruckte Leiterplatte, bei welcher die Streifenleitung bzw. Bandleitung 10 ausgebildet ist, aus einer Vierschicht-Platte, die in bekannter Weise auf verschiedene Arten hergestellt werden kann, indem beispielsweise eine Mehrzahl von gedruckten Leiterplatten zusammen laminiert werden. Die vierte Kupferschicht ist in den Figuren nicht dargestellt, da sie nicht Teil der Erfindung ist und in anderen Abschnitten der gedruckten Leiterplatte angeordnet ist, die nicht dargestellt sind.

Ein langgestreckter Kanal 17 ist in dem Bandleiter 10 ausgebildet, indem die Erdungsebene oder Erdungsfläche 11, welche über dem Mittelleiter 13 liegt, entfernt wurde. Bei den in den Pig. und 2 dargestellten Ausführungsformen hat der langgestreckte Kanal 17 dieselbe Breite wie der Mittelleiter 13 und erstreckt sich entlang der Bandleitung 10. Das dielektrische Material 15» welches in dieser Ausführungsform Glasepoxy ist, hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5,0, im Vergleich zu der Dielektrizitätskonstanten von 1 bei Luft. Indem das Erdungsmaterial 11 aus dem Nachbarbereich des Mittelleiters 13 entfernt wird, wird die Eigenimpedanz bzw. der Wellenwiderstand der Bandleitung 10 erhöht.

In der Jig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Bandleitung veranschaulicht, bei welcher gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, die jedoch mit einem Apostroph versehen sind, um auf die andere Ausführungsform hinzuweisen. In der Fig. 3 hat eine Streifenleitung oder Bandleitung 10'

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eine Erdungsebene oder Erdungsflache 11', eine untere Erdungsfläche 12¹, einen Mitteileiter 15', ein dielektrisches Material 15' und einen Kanal 17'. Der Kanal 17' ist nicht so breit wie der Mittelleiter 13', so daß nicht die gesamte Erdungsfläche oberhalb der Leitung entfernt wurde. Deshalb ist die Impedanz der Bandleitung 10' etwas geringer als die Impedanz der Bandleitung 10 nach den Fig. 1 und 2.

In der Fig. 4- ist eine bekannte Streifenleitung oder Bandleitung dargestellt, welche allgemein mit 20 bezeichnet ist und welche eine obere Erdungsfläche 21, eine untere Erdungsfläche 22, einen Mittelleiter 23 und ein dielektrisches Material 25 hat, welches das Volumen zwischen den oberen und unteren Erdungsflächen 21 bzw. 22 ausfüllt. Bei der bekannten Streifenleitung bzw.
Bandleitung 20 gemäß Fig. 4 ist der Mittelleiter 23 vollständig von dem dielektrischen Material 25 umgeben, welches eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 1 aufweist. Somit ist die
charakteristische Impedanz oder die Eigenimpedanz bzw. der
Wellenwiderstand der Bandleitung 20 verhältnismäßig gering,
und der Mittelleiter 23 muß verhältnismäßig schmal sein, wenn eine hohe charakteristische Impedanz oder Eigenimpedanz bzw. ein hoher Wellenwiderstand erwünscht ist. Beispielsweise ist die Bandleitung 20 in einer aus vier Schichten gebildeten und aus Glasepoxy hergestellten gedruckten Leiterplatte ausgebildet, wobei der Abstand zwischen dem Mittelleiter 23 und der
oberen Erdungsfläche 21 etwa gleich der Hälfte des Abstandes zwischen dem Mittelleiter 23 und der unteren Erdungsfläche 22 ist. Die Dicke der Bandleitung 20 beträgt etwa 1,57 mm (0,062"), und die Breite des Mittelleiters 23 ist etwa 0,33 mm (0,013")> um eine charakteristische Impedanz bzw. einen Wellenwiderstand von 50 0hm zu liefern.

Durch Herstellung des Schlitzes 17 in der Bandleitung 10 kann die Breite des Mittelleiters 13 wesentlich erhöht werden, und

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die charakteristische Impedanz bzw. der Wellenwiderstand bleibt etwa derselbe. Beispielsweise hat die Bandleitung gemäß Fig. 4 eine charakteristische Impedanz bzw. einen Wellenwiderstand von 50 Ohm, und die Breite des Mittelleiters beträgt etwa 0,33 mm (0,013")· Es sei angenommen, daß die Materialien und die Dicke der Bandleitung 10 in den IPig. 1 und 2 dieselben sind wie die Breite und die Materialien der Bandleitung 20 gemäß Fig. 4, wobei die Breite des Mittelleiters 13 etwa 0,76 mm (0,030") bei einer charakteristischen Impedanz bzw. einem Wellenwiderstand von 50 Ohm beträgt. Die gedruckte Leiterplatte, welche die Bandleitung 10 enthält, wird genau so ausgebildet wie die gedruckte Leiterplatte, welche die Bandleitung 20 enthält, so daß die Herstellungstoleranzen dieselben sind. Somit hat der Mittelleiter 13 der Bandleitung 10 eine Breite von 0,76 mm (0,030") plus oder minus 0,05 mm (0,002") oder mit etwa 6 % Toleranz. Dies ist eine wesentliche Verbesserung bei der Leitungsfestlegung und führt zu einer entsprechenden Verbesserung bei der Steuerung der charakteristischen Impedanz bzw. des Wellenwiderstandes der Leitungen. Wenn es erwünscht ist, einen Mittelleiter zu verwenden, der breiter ist als der Mittelleiter der Bandleitung 20, wenn jedoch der zur Verfügung stehende Platz oder andere Bedingungen die Breite begrenzen, kann der Kanal in seiner Breite verringert werden, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, um eine kleinere Zunahme der Impedanz zu erzeugen, so daß nur eine geringere Zunahme in der Breite des Mittelleiters erforderlich ist, um die gewünschte oder vorgegebene charakteristische Impedanz oder den gewünschten oder vorgegebenen Wellenwiderstand beizubehalten. Es ist zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Bandleitung oder Streifenband-übertragungsleitung ein ideales Mittel ist, um Bandleiter bzw. Streifenleiter oder Streifenband-Übertragungsieitungen an Mikrostrip-Übertragungsleitungen oder andere Einrichtungen anzupassen. Durch entsprechende Wahl des dielektrischen Materials, der Position des Mittelleiters, der Breite

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des Mittelleiters und der Breite des Kanals "benachbart zu dem Mittelleiter können gemäß der Erfindung im wesentlichen beliebige gewünschte Eigenschaften wie Größe, charakteristische Impedanz oder Wellenwiderstand oder auch Anpassungseigenschaften erreicht werden. Weiterhin ist die AbSchirmwirkung der geschützen Bandleitung größer als die Abschirmwirkung für eine Mikrostrip-Übertragungsleitung, so daß die Erfindung eine wesentlich verbesserte Streifenband-Übertragungsleitung mit einer verbesserten Steuerung der Herstellung ermöglicht, während zugleich eine gute Abschirmwirkung gewährleistet ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.) Streifenband-Übertragungsleitung mit auf Abstand voneinander angeordneten ersten und zweiten Erdungsflächen, die parallel zueinander angeordnet sind und aus zusammenhängenden Flächen aus leitendem Material gebildet sind, mit einem zwischen
der ersten und der zweiten Erdungsfläche angeordnet-en Mittelleiter, der sich von einem Ende der Übertragungsleitung zu dem anderen Ende erstreckt, und zwar parallel zu den
Erdungsflächen und auf Abstand von diesen, und mit einem
dielektrischen Material, welches das Volumen zwischen den
Erdungsflächen ausfüllt und die erste und die zweite Erdungsfläche sowie den Mittelleiter in ihrer Lage fixiert, dadurch gekennz eichnet, daß ein langgestreckter Kanal (17) ijQ· entweder der ersten oder der zweiten Erdungsfläche
(11 oder 12) angebracht ist, so daß dieser Kanal (17) über dem Mittelleiter (13) liegt, daß sich der Kanal (17) über
. die Länge des Mittelleiters (13) erstreckt und daß die Breite des Kanals (17) derart bemessen ist, daß über die gesamte
Länge der Übertragungsleitung (10) eine vorgegebene Impedanz gewährleistet ist.

2. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material ein Material ist, welches
eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als 1
ist.

3. Übertragungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum aus Glasepoxy gebildet ist.

4. übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandleitung innerhalb und als Bestandteil von einer gedruckten Leiterplatte ausgebildet ist und daß die Erdungsflächen aus Kupfer bestehen, welches auf die Platte aufgebracht ist.

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5. Übertragungsleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine aus vier Schichten von Glasepoxy hergestellte Platte ist, wobei Kupferschichten die Erdungsplatten und den Mittelleiter "bilden.

6. tJbertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des dielektrischen Materials zwischen dem Mittelleiter und entweder der ersten und der zweiten Erdungsfläche größer ist als die Dicke des dielektrischen Materials zwischen dem Mittelleiter und der anderen Erdungsfläche.

7. Übertragungsleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in derjenigen Erdungsfläche ausgebildet ist, welche den geringsten Abstand von dem Mittelleiter aufweist.

8. Übertragungsleitung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, da-ß die Dicke des dielektrischen Materials zwischen dem Mittelleiter und der ersten Erdungsfläche etwa gleich der Hälfte der Dicke des dielektrischen Materials zwischen dem Mittelleiter und der zweiten Erdungsfläche ist.

9- Übertragungsleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal in der ersten Erdungsfläche angebracht ist.

10. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kanals und die Breite des Mittelleiters etwa gleich sind und daß das Verhältnis zwischen der Breite des Mittelleiters und dem Abstand zwischen dem Mittelleiter und der Erdungsfläche gegenüber vom Kanal derart bemessen ist, daß die Übertragungsleitung eine vorgegebene Impedanz aufweist.

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