DE2719271A1 - Leitungskoppler fuer mikroschaltungen - Google Patents

Description

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Thomson-CSF, Bl. Haussmann 173, P-75OO8 Paris (Frankreich)

Leitungskoppler für Mikroschaltungen

Priorität: 30. April 1976, Frankreich, Nr. 76 12998

Die Erfindung betrifft einen Leitungskoppler für Mikroschaltungen für den Höchstfrequenzbereich, mit einem Substrat, auf das wenigstens zwei Leitungen unterschiedlichen Feldaufbaus aufgebracht sind, insbesondere eine Leitung mit unsymmetrischem und eine Leitung mit symmetrischem Feldaufbau, deren jeweilige Portpflanzungsachsen parallel verlaufen oder zusammenfallen.

übergänge von Schlitzleitungen, die entweder mit einer Streifenleitung (mitunter auch als microstrip-Leitung bezeichnet) oder mit einer Koaxialleitung koppeln, sind bekannt, beispielsweise aus dem Aufsatz "Slot line characteristics" von Mariani in MTT VoI 17 Nr. 12, Dezember 1969· Jedoch sind die bekannten und dort beschriebenen übergänge zwischen Schlitzleitungen und Streifenleitungen oder Koaxialleitungen hergestellt, die die Besonderheit besitzen, daß ihre jeweiligen Portpflanzungsachsen senkrecht aufeinander stehen. Außerdem reichen die Übertragungsleitungen über den Schnittpunkt der Achsen um eine <* / ¹J-Länge hinaus, so daß derartige übergänge ziemlich viel Platz beanspruchen und selektiv sind, das heißt eine relativ kleine Durchlaßbandbreite aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungskoppler der einleitend genannten Gattung zu schaffen, der von diesen Nach«

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teilen frei ist und vor allem für Leitungen brauchbar ist, deren Portpflanzungsachsen zusammenfallen oder parallel verlaufen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.

Bevorzugt besteht dabei das die Leitungen unterschiedlichen Typs verbindende Schaltungsmittel aus einer λΜ-Leitung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgende anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht gemäß (a) und eine Schnitt

darstellung gemäß {b) längs der Linie A-A einer Schlitzleitung;

Fig. 2 eine Aufsieht gemäß (a) und eine

Schnittdarstellung gemäß (b) längs der Linie A-A einer Streifenleitung;

Fig. 3 einen Leitungskoppler nach dem Stand der

Technik und

Fig. k einen übergang von einer Schlitzleitung

auf eine Streifenleitung gemäß der Erfindung.

Gemäß der Erfindung wird ein übergang hergestellt, der eine vollständige Kopplung der zwei unterschiedlichen Leitungstypen sicherstellt, wobei die Leitungen in bekannter Weise planar auf einem Substrat mit hoher Dielektrizitätskonstante verwirklicht sind. Diese Kopplung wird insbesondere zwischen einer Schlitzleitung mit unsymmetrischem Feldaufbau und einer Streifenleitung mit symmetrischem Feldaufbau verwirklicht. Das Interesse an einem solchen übergang, der von einfachstem Aufbau ist, ist besonders groß deswegen, weil Schlitzleitungen vielfältige Anwendung finden, mehr noch als andere Leitungstypen, und auf dem Gebiet der Filter, der FerritJfce, der Koppler und der Halbleiter enthaltenden Schaltungen benutzt werden; außerdem ist es möglich, mit Schlitz-

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leitungen Serienschaltungen konzentrierter Schaltungselemente zu verwirklichen, während bei anderen Leitungstypen nur Parallelschaltungen verwendbar sind.

Vom elektrischen Verhalten her gesehen, soll der Übergang nach der Erfindung dazu in der Lage sein, Höchstfrequenzenergie mit dem bestmöglichen Stehwellenverhältnis und kleiner Durchgangsdämpfung in einem breiten Frequenzbereich zu übertragen. Vor der Beschreibung eines Überganges, der den vorgenannten Bedingungen genügt, erscheinen einige Definitionen zweckmäßig.

In den Figuren la und Ib ist in der Aufsicht und im Schnitt eine Schlitzleitung dargestellt. Diese bildet einen Wellenleiter, bestehend aus einer öffnung 1, die in eine Masseebene 2 eingebracht ist, welche auf einem dielektrischen Substrat 3 niedergeschlagen ist. Der dielektrische Träger stellt die mechanische Festigkeit der metallischen Leiter sicher, die ebenfalls nach bekannten Herstellungstechniken durch Potoätzung oder Fotolithographie hergestellt, also niedergeschlagen oder sonstwie aufgebracht sind. Bei einer Schlitzleitung pflanzt sich nahezu die gesamte Energie in dem Dielektrikum 3 fort und ist zwischen den Kanten oder Rändern 4 und 5 des Schlitzes konzentriert. Die Dicke des dielektrischen Werkstoffes hängt von seiner Art ab und die Breite der Schlitzleitung Liegt folglich ihren Wellenwiderstand fest. Als dielektrisches Material kommt ein Polytetrafluoräthylen, ein Beryltiumoxyd, eine Aluminium', Quarz- oder Ferrit··Keramik in Betracht.

In Fig. Ib sind gestrichelt die elektrischen Kraftlinien E und in ausgezogenen Linien die magnetischen Kraftlinien A eingezeichnet.

Fig. 2 zeigt in der Aufsicht (a) und im Schnitt (b) eine Streifenleitung. Sie umfaßt eine dielektrische Platte 3, die zwischen einem Streifen 6 und einer metallischen Fläche 2, die auch als Massefläche beeeichnet wird, liegt. Wie bei der Schlitzleitung ist praktisch sämtliche Energie ίπκDielektrikum konzentriert.

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In Fig. 2 in der Schnittdarstellung (b) sind gestrichelt die elektrischen Feldlinien E eingezeichnet.

Fig. 3 zeigt, wie in bekannter Weise die Kopplung einer Schlitzleitung 10 mit einer Streifenleitung 11, die auf dem gleichen Substrat 3 hergestellt sind, jedoch orthogonale Fortpflanzungsachsen besitzen, verwirklicht ist. Der Streifenleiter 11 wird von einem elektrischen Strom I in einer bestimmten Richtung in einem bestimmten Augenblick durchflossen. Die Massefläche 2 wird ihrerseits im gleichen Augenblick von einem elektrischen Strom entgegengesetzt zu demjenigen in der Leitung durchflossen. Die in die Massefläche 2 der Streifenleitung 11 rechtwinklig zu dieser eingeschnittene Schlitzleitung 10 unterbricht den Stromkreis des die Massefläche durchfließenden Stromes. Die Potentialdifferenz, die sich hieraus ergibt, erzeugt zwischen den zwei Rändern Ί und 5 des Schlitzes ein elektrisches Feld E, das unter dem Streifenleiter ein Maximum hat und an den Enden des Schlitzes 0 ist.

Gemäß der Erfindung soll hauptsächlich aus Gründen des Platzbedarfes diese Rechtwinkligkeit der Fortpflanzungsachsen der zu koppelnden Leitungen vermieden werden.

Daher sind die zu koppelnden Leitungen, das heißt Schlitzleitung und Streifenleitung, auf einem Substrat derart hergestellt, daß ihre Fortpflanzungsachsen zusammenfallen, das heißt genau genommen parallel verlaufen für Schlitzleitungen und Streifenleitungen, die in die Masseebene der Schlitzleitungen eingebracht sind.

Gemäß der Erfindung wird die Kopplung derart vorgenommen, daß die Feldlinien durch ein äußeres Element in der Weise geändert werden, daß die elektromagnetische Welle, die an der einen Leitung anliegt, auf die andere übertragen wird. Ohne jegliches äußere Schaltungsmittel können nämlich Leitungen unterschiedlichen Aufbaus wie Schlitzleitung und Streifenleitung oder Koplanarleitung nicht gekoppelt werden.

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Fig. 4 zeigt eine Streifenleitung 11 und eine Schlitzleitung 10 auf demselben Substrat 3 mit einer Masseebene 2. Die Streifenleitung 11 kann mit einer Welle gespeist werden, deren elektri-

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sches Feld El senkrecht zur Zeichenebeae verläuft. Dieses Feld El kann in der Schlitzleitung 10 keine elektrischen Ströme induzieren, in der die Fortpflanzung nur mit einem Feld E senkrecht zur Fortpflanzungsachse erfolgen kann.

Es ist daher notwendig, Schaltungsmittel vorzusehen, die den Aufbau des Feldes einer Leitung an den Aufbau des Feldes der anderen Leitung, mit der die Kopplung hergestellt werden soll, anpassen. Gemäß der Erfindung wird ein übergang geschaffen, der es gestattet, von einem symmetrischen Leitungsfeldaufbau avi*einen unsymmetrischen Feldaufbau überzugehen und umgekehrt. Hierzu muß gemäß der Erfindung ein Rand einer der Leitungen auf das gleiche Potential wie der Rand der anderen Leitung gebracht werden.

Diese Herstellung des gleichen Potentials oder Potentialangleichung kann unmittelbar durch Anschluß eines gesonderten Schaltungselementes geschehen, beispielsweise durch ein DrahtStückchen zwischen den betrachteten Rändern der beiden zu koppelnden Leitungen.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit einer Streifenleitung und einer Schlitzleitung auf dem selben Substrat 3. Die Schlitzleitung 10 ist aus der Masseebene 2 der Streifenleitung 11 herausgeschnitten, - geätzt oder gestanzt, wobei die Achse der Streifenleitung parallel zu derjenigen der Schlitzleitung verläuft. Am Ende 12 eines Randes der Streifenleitung 11 ist ein Draht 13 befestigt, der das Substrat durchquert and mit dem Rand 4 der Schlitzleitung verbunden ist. In der Ebene dieses Drahtes wird eine Unsymmetrie des elektrischen Feldes El der Streifenleitung erzeugt und es tritt eine Pofeentialdifferenz am Rand 4 des Schlitzes auf. Zwischen den Rändern Ί und 5 des Schlitzes kann sich ein elektrisches Feld έ aufbauen. Die Kopplung zwischen der Streifenleitung 11 und der Schlitzleitung ist folglich hergestellt. Damit die

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Kopplung maximal wird, verlängert man die Schlitzleitung 10 um λ/Jj unter die Streifenleitung, wo sie kurzgeschlossen wird. Selbstverständlich sind die Breite des Streifenleiters, die Breite des Schlitzes und die Substratendicke durch den Wert des Wellenwiderstandes der vor und hinter dem übergang liegenden übertragungsleitung bestimmt; diese übertragungsleitung muß mit derselben Impedanz abgeschlossen sein, um eine maximale Leistungsübertragung zu erzielen und stehende Wellen zu vermeiden.

Die beschriebene Lösung erfordert zu ihrer Verwirklichung ein Durchbohren des Substrates, wenn eine materielle Verbindung zwischen einem Rand der Streifenleitung undeinem Rand der Schlitzleitung hergestellt werden soll.

Eine andere Lösung wird im folgenden ebenfalls anhand der gleichen Figur Ί beschrieben. Sie besteht darin, mit dem Rand der Streifenleitung ein Leitungselement mit solchen Eigenschaften zu verbinden, daß es in einer senkrechten Ebene im Verbindungspunkt des Elementes mit dem Rand der Streifenleitung wie ein Kurzschluß zwischen dem Rand der Streifenleitung und dem Rand der Schlitzleitung wirkt. Die in der vorhergehend beschriebenen Lösung körperlich hergestellte Verbindung wird hier also elektrisch verwirklicht.

Hierzu wird in der Ebene der Streifenleitung 11 ein Streifenleitungselement 1Ί der Länge Λ/4 hergestellt, das mit dem Rand der Streifenleitung 11 über einen Draht 15 verbunden ist. Das andere Ende dieser Leitung I¹I ist offen. Elektrisch gesehen verhält sich diese Anordnung genauso, wie wenn dieses λΜ-Streifenleitungselement einen Kurzschluß zwischen dem Streifenleiter und seiner Masseebene 21, vorliegendenfalls also zwischen den betrachteten Rändern der zwei Leitungen, herstellen würde. Eine wandernde Höchstfrequenzwelle kann folglich sich von der Streifenleitung 11 auf die Schlitzleitung 10 fortpflanzen. Der gesuchte übergang ist verwirklicht.

Vorstehend wurde ein

Koppler für Leitungen mit symmetrischem Feld* *Ö98U/10l7 . ₇.

aufbau und mit unsymmetrischem Peldaufbau (Schlitzleitung und Streifenleitung) beschrieben, die parallele oder zusammenfallende Fortpflanzungsachsen besitzen und auf dem gleichen Substrat hergestellt sind, wobei die Kopplung dadurch erhalten wird, daß einer der Ränder einer der Leitungen mit einem der Ränder der anderen Leitung verbunden wird.

Der beschriebene übergang, der sich augenscheinlich durch ganz besonders einfachen Aufbau auszeichnet, kann mit Vorteil für Empfangsschaltungen oder Sendeschaltungen niedriger oder mittlerer Leistung verwendet werden. Die leistungsmäßige Begrenzung beruht auf dem technologischen Aufbau der Leitungen selbst. Wie bereits erwähnt, sind die elektrischen Eigenschaften von übergängen nach der Erfindung besonders interessant, da diese übergänge breitbandig sind, geringe Durchgangsdämpfung aufweisen und das Anfügen von Serienschaltungen erlauben.

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Claims (5)

DIETRICH LEWINSKY H£!NZ-JOACHIM HUBER REINER PRIETSCH MÜNCHEN 21 OTTI-IARDSTR. 81 29' APril 1977 Thomson-CSF 94l8-IV/Hg Patentansprüche;

1. Leitungskoppler für Mikroschaltungen für den Höchstfrequenzbereich, mit einem Substrat, auf das wenigstens zwei Leitungen unterschiedlichen Feldaufbaus aufgebracht sind, insbesondere eine Leitung mit unsymmetrischem und eine Leitung mit symmetrischem Feldaufbau, deren jeweilige Fortpflanzungsachsen parallel verlaufen oder zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungsmittel vorgesehen sind, die wenigstens einen Rand der einen Leitung und wenigstens einen Rand der anderen Leitung auf gleiches Potential bringen, und daß eine fler Leitungen eine Schlitzleitung und die andere Leitung eine Streifenleitung ist.

2. Leitungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Draht (13) einen Rand (12) der Streifenleitung Cl*) und einen Rand (4) der Schlitzleitung durch das dielektrische Substrat hindurch verbindet.

3. Leitungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand (12) der Streifenleitung (11) an deren Ende über einen Draht (15) mit dem Ende eines λ- /4-Streifenleitungsabschnittes (14) verbunden ist, dessen anderes Ende offen ist und der in der Ebene der Streifenleitung aufgebracht ist,

4. Leitungskoppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der λ/4-Abschnitt (14) elektrisch gesehen in der Ebene des Verbindungsdrahtes (15) zwischen dem Abschnitt und einem Rand der Streifenleitung einen Kurzschluß darstellt, entsprechend der materiellen Verbindung des betreffenden Randes

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ORieiNAL INSPECTED

der Streifenleitung mit dem entsprechenden Rand (4) der Schlitzleitung (10).

5. Leitungskoppler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzleitung (10) über die das Ende der Streifenleitung (11) enthaltende Ebene hinaus um X/¹! verlängert ist und damit die Streifenleitung mit der Schlitzleitung vollständig koppelt.

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