WO2004021504A1

WO2004021504A1 - Koplanarer phasenschieber mit konstanter dämpfung

Info

Publication number: WO2004021504A1
Application number: PCT/DE2003/001962
Authority: WO
Inventors: Joerg Schoebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-08-24
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2005-02-24
Also published as: US20050012564A1; EP1535363A1; DE10238947A1; JP2005536955A

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zur Phasenverschiebung für elektrische Hochfrequenzleitungen (36), bei der die Phasenverschiebung im wesentlichen durch gezielte Wahl der Leitungslänge erreicht wird, wobei es sich bei der Vorrichtung im Kern um eine mit Koplanarleitungen versehene Schaltanordnung (30) handelt. Die Einstellmöglichkeiten der verschieden langen Koplanarleitungen (32, 34) bezüglich Ohm'scher Dämpfung und Impedanz sind dabei so vorgewählt, dass sich auf den wahlweise ansteuerbaren, verschieden langen Leitungswegen (32, 34) der Schaltanordnung (30) im Wesentlichen gleiche Ohm'sche Dämpfung und Impedanz ergeben. Als Einstellmöglichkeiten kommen zum Beispiel die Breite w der jeweiligen Mittelleiter (24) und die Breite b der Aussenleiter (22) sowie der Abstand g zwischen Mittelleiter (24) und Aussenleiter (22) in Betracht. Solche Phasenschieber sind für die Strahlschwenkung bei Gruppenantennen in der Kraftfahrzeug-Sensortechnik geeign.

Description

Koplanarer Phasenschieber mit konstanter Dämpfung

Stand der Technik

Die Erfindung geht hervor aus Vorrichtungen zur Phasenver- Schiebung bei elektrischen Hochfreguenzleitungen, bei denen die Phasenverschiebung im Wesentlichen durch gezielte Wahl der Leitungslänge erzielt wird.

Phasenschieber sind Vorrichtungen, mit denen die Phase ei- nes Signals bzw. einer Wechselspannung für die nachfolgenden Orte einer Leitung oder anderen elektrischen Einrichtung im Vergleich zum Zustand ohne Phasenschieber bzw. zu parallelen Leitungen verschoben wird. Diese Phasenschieber sind üblicherweise schaltbar, so dass mindestens zwei zu einander verschobene Phasen alternativ wählbar sind.

Unter Hochfrequenz im Sinne der vorliegenden Anmeldung werden Frequenzen verstanden, die für Radar oder Mikrowellenantennen oder für die Kommunikationstechnik geeignet sind, wobei insbesondere solche für Wellenlängen im Millimeterbe- reich von der Erfindung umfasst sind.

Vor allem finden die schaltbaren Phasenschieber Anwendung bei Gruppenantennen („phased array") . Diese sind derzeit für die Kraftfahrzeugtechnik von großem Interesse. Gerade für die Weiterentwicklung von Kraftfahrzeug-Radar- Abstandssensoren werden Gruppenantennen als Mikrowellenan- tennen mit elektronisch schwenkbarer oder umschaltbarer

Strahlkeule bevorzugt berücksichtigt. Mögliche Anwendungen in der Automobilbranche sind sowohl im Fernbereichsradar LRR (long ränge radar) bei der adaptiven Geschwindigkeits- regelung (adaptive cruise control, ACC) als auch im Nahbereichsradar, SRR (short ränge radar) zum Beispiel für Einparkhilfen, tote-Winkel-Überwachung und pre-crash Airbag- Auslösung zu finden. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von zivilen und militärischen Verwendungen im Radar- und Kommu- nikationsbereich [1].

In der Ansteuerung einer solchen schematisch in Fig. 1 dargestellten Gruppenantenne 1 wird das Sendesignal von einer Signalquelle 3 zunächst durch Leistungsteiler 5 gemäß einer vorgegebenen Amplitudenverteilung auf die M Spalten und/oder N Zeilen aufgeteilt, aus denen die Gruppenantenne 1 besteht. Die Strahlschwenkung erfolgt in der Ebene (bzw. in den beiden Ebenen) senkrecht zu den Spalten (bzw. Zeilen) der Antenne 1, indem die Phasen der Signale, die über die einzelnen Antennenelemente 9 abgestrahlt werden, durch schaltbare Phasenschieber 7 gegeneinander verschoben werden.

Für Gruppenantennen mit schwenkbarer Strahlkeule und für Phasenschieber sind eine Vielzahl von Konzepten im Stand der Technik bekannt, s. beispielsweise [2], [3], [4] im Literaturverzeichnis am Ende der vorliegenden Beschreibung.

Eine bestimmte Art von Phasenschiebern ist die der Umweg- phasenschieber. Zwischen dessen Eingang und dessen Ausgang werden zwei oder mehrere Leitungsstücke mit • unterschiedlicher Länge alternativ geschaltet, so dass das Signal jeweils über eine der Leitungen vom Eingang zum Ausgang gelangt. Über die Leitungslängen wird die gewünschte Phasen- Verschiebung eingestellt. Für mehr als zwei Phasenzustände werden Umwegphasenschieber üblicherweise kaskadiert. Es sind aber auch Varianten mit zum Beispiel l-auf-4-

Umschaltern, die zwischen vier Leitungsstücken umschalten, bekannt .

Für die Umschalter gibt es unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten. So können die Leitungen zum Beispiel im Abstand einer Viertel Wellenlänge von der Verzweigung kurzgeschlossen werden. Im Hochfrequenzbereich werden insbesondere mikro-elektromagnetische Schalter (MEM-Schalter) einge- setzt, weil sie sich durch sehr gute Hochfrequenzeigenschaften auszeichnen. Aber auch andere für hochfrequente Signale geeignete Schalter, wie z.B. pin-Dioden, FETs oder HEMTs (high electron mobility transistor) finden bei Phasenschiebern Verwendung, siehe [4 Bd. 2].

Eine andere im Stand der Technik bekannte Art stellen reflektive Phasenschieber dar. Dabei wird der Weg des Signals an einem Richtkoppler oder Zirkulator durch Umschalten der Länge der Signalwege bis zu einer oder mehreren Reflexionsstellen verändert, und somit die Phase variiert [4 Bd. 2] .

Eine weitere im Stand der Technik bekannte Art sind „loaded line" oder „stub-loaded line" Phasenschieber [4], [12]. Dabei wird die Phase des Signals dadurch variiert, dass der Ausbreitungskoeffizient des Signals auf der Leitung durch

Aufschalten von Reaktanzen, die z.B. durch unterschiedliche Leitungslängen („stubs") gebildet werden, beeinflusst wird.

In reflektiven, „loaded line" und „stub-loaded line" Pha- senschiebern kann die Phasenverschiebung auch dadurch erzeugt werden, dass nicht zwischen unterschiedlichen Leitungslängen, sondern stattdessen zwischen unterschiedlichen Reaktanzen umgeschaltet wird. Diese Reaktanzen können z.B. durch Veränderung der Kapazität einer pin-Diode oder durch Umschalten eines HEMT (high electron mobility transistor) vom Sperrzustand in den leitfähigen Zustand gebildet wer- den. Weiterhin sind Mischformen - Schalten einer Leitungslänge unter gleichzeitiger Ausnutzung der sich ändernden Reaktanz des schaltenden Elements - möglich. Die schaltenden Elemente sollten eine (kapazitive oder induktive) Reak- tanz besitzen, bei der der Ohm' sehe Anteil möglichst gering sein sollte, da der Ohm' sehe Anteil zu Verlusten im Phasenschieber führt.

Ein generelles Problem aller Phasenschieber, die auf dem Konzept beruhen, dass das Signal je nach erwünschtem Pha- senzustand einen unterschiedlich langen Weg zurücklegt, wie zum Beispiel bei reflektiven Phasenschiebern und Umwegphasenschiebern, ist die mit der Signal-Weglänge zunehmende Dämpfung.

Damit verändert sich in Abhängigkeit von den Phasenzustän- den der Signale die Amplitudenverteilung der Signale an den Antennenelementen, was zur Folge hat, dass sich die Strahleigenschaften der Antenne verändern. Im Allgemeinen ver- schlechtert sich insbesondere die Unterdrückung der Nebenkeulen.

Da sich in Phasenschiebern mit geschalteten Reaktanzen die Ohm' sehen Verluste beispielsweise von pin-Dioden oder HEMTs im Sperrzustand und leitfähigen Zustand unterscheiden, führt dies ebenfalls zu einer Variation der Ausgangsamplitude des Phasenschiebers mit dem Phasenzustand, auch wenn sich die Leitungslänge beim Schalten des Phasenzustands nicht ändert.

In „loaded line"-Phasenschiebern wird der Ausbreitungskoeffizient und damit im Allgemeinen auch die Leitungsimpedanz verändert. Die sich mit dem Phasenzustand ändernde Leitungsimpedanz führt auf eine mit dem Phasenzustand variie- rende Fehlanpassung und damit auch zu einer mit dem Phasenzustand variierenden Einfügedämpfung. Die Abhängigkeit der Einfügedämpfung („insertion loss") von dem Phasenzustand ist bisher trotz besonderer Anstrengungen noch nicht in zufrieden stellendem Maße reduziert. Dabei wird unter der Einfügedämpfung die Dämpfung des Signals verstanden, die sich durch den in den Leitungsweg eingefügten Phasenschieber ergibt. Sie hängt im Wesentlichen von der Fehlanpassung der Ein- und Ausgänge des Phasenschiebers, den Verlusten der Leitungen und den Ohm' sehen Verlus- ten der Schalt-Ele ente ab.

Es zeigen zwar Phasenschieber mit MEM-Schalter unter Verwendung von Mikrostreifentechnologie, aufgebaut als reflek- tive Phasenschieber [8] oder Umwegphasenschieber [9], eine der niedrigsten aus der Literatur dafür bekannten Einfügedämpfungen, aber die Einfügedämpfung weist doch noch eine Variation von ca. 1 dB in Abhängigkeit zum Phasenzustand auf. Dieser Wert ist immer noch zu hoch, wodurch insbesondere die Verwendung solcher Phasenschieber für Gruppenan- tennen in der Sensortechnik problematisch ist.

In militärischen Radarsystemen werden bei der Strahlformung Vektormodulatoren eingesetzt, die das Signal in Phase und Amplitude modulieren können. Damit ließe sich eine Variati- on der Einfügedämpfung des Phasenmodulators durch den Amplitudenmodulator korrigieren. In „moderate"-cost- Anwendungen wie der Kraftfahrzeugabstandssensorik sind solche sehr kostenintensiven Konzepte jedoch nicht praktikabel.

Weitere bisher unzureichende Bestrebungen zur Lösung des Dämpfungsproblems existieren im Bereich der Koplanartechno- logie.

Koplanarleitungen haben sich zunehmend bei Hochfrequenzschaltungen im Millimeterwellen-Bereich etabliert. Der Auf- bau dieser Leitungen 10 ist in Fig. 2 und 3 skizziert. Auf einem Substrat 20 der Dicke d, das aus mehreren Schichten aufgebaut sein kann, befinden sich zwei metallische Außenleiter 22 mit einem dazwischen liegenden metallischen Mit- telleiter 24. Der Mittelleiter 24, der das Signal führt, hat die Breite w und Höhe tw. Die beiden Außenleiter 22 besitzen die Breiten ba und bb sowie die Höhe ta und tb. Die Breiten ga und gb der Lücken 26 zwischen dem Mittelleiter 24 und den Außenleitern 22 sind üblicherweise, aber nicht notwendigerweise, gleich.

Es findet sich in [10] die Beschreibung eines Phasenschiebers bestehend aus „stub-loaded line"-Phasenschieber und reflektivem Phasenschieber mit Koplanarleitungen und HEMT- Schalter. Die Einfügedämpfung variiert aber mit dem Phasenzustand um ca. 5 dB, was für die Anwendung insbesondere in Gruppenantennen weit außerhalb des Toleranzbereichs liegt.

Vorteile der Erfindung

Mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 wird bei elektrischen Hochfrequenzleitungen ein Umschalten des Phasenzustands bei nahezu gleich bleibender Einfügedämpfung erreicht. Denn bei der Angleichung von Ohm' scher Dämpfung und Impedanz der verschieden langen Leitungen wird erfindungsgemäß der für

Koplanarleitungen spezifische Umstand benutzt, dass die Impedanz von der Breite w des Mittelleiters und der „Lückenbreite g, aber die Ohm' sehe Dämpfung im wesentlichen nur von w abhängt, also diese beiden physikalischen Größen qua- si unabhängig voneinander einstellbar sind. Weiterer fachlicher Hintergrund dazu wird in [5], [6] und [7] geliefert.

Wegen nahezu gleicher Ohm' scher Dämpfung und nahezu gleicher Impedanz für die verschieden langen Leitungswege ist die Einfügedämpfung bei beiden Wegen nahezu gleich. Solche Phasenschieber sind für die Strahlschwenkung bei Gruppenan- tennen in der KFZ-Sensortechnik geeignet. Die Strahleigenschaften bleiben bei Verschiebung der Phase erhalten.

Dadurch wird erfindungsgemäß auf kostengünstige Weise bei Gruppenantennen eine Phasenveränderungen zur Strahlschwenkung mit gleich bleibender Amplitudenverteilung ermöglicht. Die Strahleigenschaften bleiben deshalb unabhängig von der Phasenlage, und die Unterdrückung der Nebenkeulen wird somit gleich bleibend gewährleistet.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.

Es lässt sich nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit der Einstellung der Breite w der Mittelleiter und des Abstands g der Mittelleiter zu den jeweiligen Außenleitern im Wesentlichen die gleiche Impedanz und die gleiche Ohm' sehe Dämpfung bei verschieden langen Koplanarleitungswegen erreichen. Dadurch ist die Einfügedämpfung nahezu unabhängig von dem Phasenzustand. Noch vorteilhafter ist die Möglichkeit, die Breite der Außenleiter zusätzlich als variablen Parameter in die Abstimmung der Impedanzen und Ohm' sehen Dämpfungen mit einzubeziehen. Die- ses erweitert den Bereich der realisierbaren Phasenverschiebungen für den Fall, dass die restlichen Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die Größe des Phasenschiebers, fest vorgegebenen sind.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Weiterbildung ist die

Verwendung von Tapers für Übergänge auf andere Leitungsgeometrien. Dabei ist ein Taper ein Koplanarleitungsabschnitt mit geänderter Leitungsgeometrie, wie beispielsweise bezüglich w, g und b, aber unveränderter Leitungsimpedanz, wobei die Übergänge durch graduelle, quasi gleitende, Änderungen der Leitungsabmessungen erfolgen. Durch die gleitenden Übergänge werden Reflexionen und Abstrahlungen vermieden.

Zusätzlich von Vorteil ist der Einsatz eines oder mehrerer

Taper mit verjüngtem Mittelleiter als Dämpfungselement.

Des Weiteren sind leitende, über oder unter dem Mittelleiter verlaufende Brückenverbindungen der Außenleiter einer Koplanarleitung vorteilhaft, was insbesondere für den Bereichen von Leitungsverzweigungen gilt. Dadurch wird der störende zweite Mode unterdrückt, wie es in [11] beschrie- ben ist.

Zusätzlich kann die Ohm' sehe Dämpfung durch induktive Leitungsabschnitte mit entsprechend verjüngten Mittelleitern variiert werden. Diese Leitungsabschnitte dienen vorrangig der Kompensation bezüglich der Leitungsimpedanz der zusätzlichen, durch die Brückenverbindungen bewirkten Kapazität. Dies wird durch Erhöhung der Induktivität erreicht. Die dafür nutzvolle Verjüngung der Mittelleiter hat den zusätzlichen Effekt, dass die Ohm' sehe Dämpfung von den kürzeren Koplanarleitungen erhöht wird und damit an die der längeren Leitungen angepasst werden kann. Man kann zur Anpassung die Kapazität der Brückenverbindungen und damit die Länge der kompensierenden induktiven Leitungsabschnitte entsprechend erhöhen. Eine größere Anzahl von standardisierten Brücken- Verbindungen oder eine Variation der Breite solcher Verbindungen stellen weitere vorteilhafte Möglichkeiten dar.

Zum Angleichen der Ohm' sehen Dämpfung gibt es noch eine Vielzahl weiterer vorteilhafter erfindungsgemäßer Ausges- taltungen. So kann, um nur einige zu nennen, zum Beispiel auf den Koplanarleitungen der kürzeren Leitungswege zusätzlich dämpfendes Material aufgebracht sein, oder der Querschnitt des Mittelleiters verringert sein, sowie beispielsweise auch Material mit geringerer Leitfähigkeit verwendet werden. Eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Verwendung von MEM-Schaltern als Schaltelemente, weil sie sehr gute Hochfrequenzeigenschaften, insbesondere niedrige Ohm' sehe Dämpfung, aufweisen.

Zeichnungen

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbei- spiele der vorliegenden Erfindung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Gruppenantenne mit in zwei Richtungen schwenkbarer Strahlkeule gemäß Stand der Technik;

Fig. 2 eine Skizze des Aufbaus einer Koplanarleitung gemäß Stand der Technik in der Ansicht von oben;

Fig. 3 eine Skizze der Aufbaus einer Koplanarleitung gemäß Stand der Technik im Querschnitt von vorne; Fig. 4 einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Umwegphasenschiebers in Koplanartechnologie; Fig. 4a eine Variante des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Umwegphasenschiebers in Koplanartechnologie; Fig. 4b eine weitere Variante des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Umwegphasenschiebers in Koplanartechnologie;

Fig. 5 eine Skizze eines Tapers zum Übergang auf eine andere Koplanarleitungsgeometrie; Fig. 5a eine Skizze einer Variante eines Tapers zur Erhöhung der Ohm' sehen Dämpfung;

Fig. 6 eine Skizze einer Koplanarleitung mit Brückenverbindung im Querschnitt von vorne; Fig. 7 eine Skizze eines Koplanarleitungsstücks mit Brü- ckenverbindung und dem deren Kapazität bezüglich der Impedanz kompensierenden induktiven Leitungsabschnitt; Fig. 8 eine Aufsicht auf eine Leitungsverzweigung mit Verbindungsbrücken bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Umwegphasenschiebers in Koplanartechnologie .

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.

In Fig. 4 ist der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen Umwegphasenschiebers 30 in Koplanartechnologie skizziert. Fig. 4a und Fig. 4b zeigen Varianten von erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines solchen Umwegphasenschiebers 30.

Der Umwegphasenschieber 30 enthält eine Koplanarleitung 32 mit kurzem Leitungsweg und eine 34 mit langem Leitungsweg. Die Breite w des Mittelleiters 24 und der Abstand g zwischen Mittelleiter 24 zu den Außenleitern 22 sind bei dem kürzeren Koplanarleitungsstück 32 im Vergleich zum längeren Koplanarleitungsstück 34 entsprechend geringer, um gleiche Impedanz und Ohm' sehe Dämpfung zu erreichen. So kann entweder, wie in Fig. 4a dargestellt, der kürzere Koplanarleitungsweg 32, oder, wie in Fig. 4b zu erkennen, der längere Koplanarleitungsweg 34 von der bei den übrigen Koplanarleitungen vorherrschenden Leitungsgeometrie abweichen, oder beide weichen von einer dritten Leitungsgeometrie ab, die in der übrigen Schaltung verwendet wird. Die Übergänge zwischen den Leitungsgeometrien sind zur Vermei- düng von Reflexionen und Abstrahlungen graduell, quasi gleitend, über eine ausreichende Länge ausgeführt.

Welcher der beiden Leitungswege 32, 34 und damit welche Phasenverschiebung eingeschaltet wird, ist mittels an Ein- und Ausgang des Phasenschiebers 30 befindlichen Schaltern 38 wählbar. Diese Schalter 38 sind MEM-Schalter . Es können aber auch andere Schalter wie zum Beispiel pin-Dioden, FETs oder HEMT-Schalter vorgesehen sein.

Der Umwegphasenschieber 30 ist beispielsweise zur Anwendung in Gruppenantennen mit Strahlschwenkung in eine elektrische Hochfrequenzleitung 36, wie beispielsweise vor einem in Fig. 1 dargestellten Antennenelement 9 einer Gruppenantenne 1, eingefügt. Er ist an seinem Ein- und seinem Ausgang im- pedanzangepasst mit den Enden der Hochfrequenzleitung 36 verbunden.

In Fig. 5 ist ein für eine Weiterbildung der Erfindung verwendeter Taper 40 schematisch skizziert. Die Leitungsabmessungen im Mittelabschnitt 44 wie die Breite w des Mittel- leiters 24, und die Breiten ba und bb der Außenleiter 22, sowie die Breiten ga und gb der Lücken 26 zwischen den Leitern 22, 24 sind bezüglich der am Taper 40 angrenzenden Koplanarleitungsabschnitte 46 verändert. Das Verhältnis der Leitungsabmessungen ist dabei stets so gewählt, dass die Leitungsimpedanz gleich bleibt. Die Übergänge 42 zu den Leitungsgeometrien der angrenzenden

Koplanarleitungsabschnitten 46 erfolgt durch graduelle, quasi gleitende Änderungen der Leitungsabmessungen. Wie in Fig. 5 und Fig. 5a dargestellt, verringert sich beispiels- weise die Breite w sowie der Abstand g (bzw. ga und gb) zur Mitte des Tapers 40 hin, wobei die in Fig. 5a skizzierte Variante als Besonderheit keinen Mittelabschnitt aufweist. Sie dient wegen der Verengung des Mittelleiters als Dämpfungselement .

In Fig. 6 bis 8 sind Brückenverbindungen 50 und deren Verwendung in erfindungsgemäßen Ausgestaltungen dargestellt.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Koplanarleitung mit einer Brückenverbindung 50 im Querschnitt von vorne. Die Brückenverbindung 50 ist ein leitendes Plättchen beispielsweise aus Aluminium, dass auf den Außenleitern 22 befestigt ist und diese miteinander leitend verbindet. Im vorliegenden Fall sind die Außenleiter 22 höher als der Mittelleiter 24, so dass die Brückenverbindung 50 einen entsprechenden Ab- stand zum Mittelleiter 24 aufweist. Es sind aber auch verschiedene andere Möglichkeiten für Brückenverbindungen 50 denkbar, den Mittelleiter 24 ohne leitende Verbindung zu queren. So könnte zum Beispiel eine Verbindung der Außenleiter 22 durch eine vergrabene Brücke 50 unter dem Mittel- leiter 24 hindurch verlaufen, oder der Mittelleiter 24 die Brückenverbindung 50 überbrücken oder untertunneln. In integrierten Phasenschiebern (beispielsweise in MMICs) in GaAs-, SiGe- oder Silizium/MEMS-Technologie wird die Brücke üblicherweise aus einer Metallschicht gebildet, die ansons- ten auch alle Leitungen abdeckt. Der Mittelleiter im Bereich der Brücke besteht aus einer Metallschicht geringerer Höhe .

In Fig. 7 ist ein Koplanarleitungsstück mit Brückenverbin- düng 50 und dem deren Kapazität bezüglich der Impedanz kompensierenden induktiven Leitungsabschnitt 52 dargestellt. Die Brückenverbindung 50 mit der Breite A befindet sich in der Mitte des induktiven Leitungsabschnitts 52. Dieser Leitungsabschnitt 52 hat zur Erhöhung der Induktivität einen verjüngten (schmaleren) Mittelleiter 24 und mit vergrößertem Abstand g davon entfernte, ebenfalls schmalere Außenleiter 22, wobei deren Breite auch unverändert sein kann. Die Länge L des induktiven Leitungsabschnitts 52 ist genau so abgestimmt, dass eine Kompensation der Kapazität durch die Brückenverbindung 50 bezüglich der Impedanz erfolgt. Durch den schmaleren Mittelleiter 24 wird die Ohm' sehe Dämpfung verstärkt. Die Brücke muss sich nicht notwendigerweise genau in der Mitte des kompensierenden Leitungsstücks befinden.

So kann die Ohm' sehe Dämpfung der kürzeren Koplanarleitung 32, wie in Fig. 8 dargestellt ist, mittels breiterer, und dadurch mit größerer Kapazität ausgestatteter Brückenverbindungen 50 und deshalb auch entsprechend längerer induktiver Leitungsabschnitte 52 an die Ohm' sehe Dämpfung der längeren Koplanarleitung 34 erfindungsgemäß angepasst werden. Die Brückenverbindungen 50 befinden sich an den jeweiligen Leitungsenden an einer Koplanarleitungsverzweigung mit MEM-Schalter 38 am Ein- und Ausgang eines erfindungsgemäßen Umwegphasenschiebers 30. Dadurch wird der das Signal störende zweite Mode optimal unterdrückt.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise mo- difizierbar.

So sind auch Phasenschieber einsetzbar, die aus einer Kombination des erfindungsgemäßen Umwegphasenschiebers mit einem anderen beispielsweise stub-loaded line"'- Phasenschieber bestehen.

Damit kann zum Beispiel der Phasenverschiebebereich vergrößert werden, oder eine detailliertere Phasenanpassung erfolgen, wobei mittels der abgestimmten Dimensionierung der jeweiligen, verschieden langen Koplanarleitungen des Umwegphasenschiebers die Einfügedämpfung unabhängig vom Phasenzustand nahezu konstant gehalten wird.

Neben dem Einsatz der erfindungsgemäßen Phasenschieber für Sensoren im Automobilbereich können sie unter anderem auch in der Kommunikationstechnik für zuküftige Kommunikations-, Mobilfunk- und Satellitenfunk-Anwendungen mit Ortsmultiplex (SDMA, „space-division multiple access": Benutzerverbindungen über räumlich eingeschränkte, benutzerspezifische Strahlkeulen der Basisstation bzw. des Satelliten und/oder der Benutzereinheit) und zivile oder militärische Radarsysteme eingesetzt werden.

Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im Wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind.

Literatur

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[2] R. i. Mailloux, Phased Array Antenna Handbook, Artech House, Boston, London 1994.

[3] D. M. Pozar, D. H. Schaubert, Microstrip Antennas, IEEE Press, New York 1995.

[4] S . K. Koul, B. Bhat, Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters, Bd. 1 u. 2, Artech House, Boston, London 1991.

[5] R. K. Hoffmann, Integrierte Mikrowellenschaltungen, Springer-Verlag, Berlin usw. 1983.

[6] G. Ghione, C. U. Naldi, Coplanar Waveguides for MMIC Applications: Effect of Upper Shielding, Conductor Backing, Finite-Extent Ground Planes, and Line-to-Line Coupling,

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[9] B. Pillans, S. Eshelman, A. Malczewski, J. Ehmke, C. L. Goldsmith, KA-Band RF MEMS Phase Shifters for Phased Array Applications, IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, IEEE, New York, 2000

[10] K. Zuefle, F. Steinhagen, W. H. Haydl, A. Hülsmann, Coplanar 4-bit HEMT phase shifters for 94 GHz phased array radar Systems, IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, IEEE, New York, 1999

[11] E. Rius, J. P. Coupez, S. Toutain, C. Person, P. Le- gaud, Theoretical and Experimental Study of Various Types of Compensated Dielectric Bridges for Millimeter-Wave Co- planar Applications, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 48, 152-156, 2000.

[12] R. E. Collin, Foundations for Microwave Engineering, 2^nd ed. McGraw-Hill, New York usw. 1992.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Phasenverschiebung bei elektrischen Hochfrequenzleitungen (36) , bei der die Phasenverschiebung im wesentlichen durch gezielte Wahl der Leitungslänge er- zielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit Koplanarleitungen (10) versehene Schaltanordnung (30) vorgesehen ist, deren Einstellmoglichkeiten bezüglich Ohm' scher Dämpfung und Impedanz so vorgewählt sind, dass sich auf wahlweise ansteuerbaren, verschieden langen Leitungswegen (32; 34) der Schaltanordnung (30) im wesentlichen gleiche Ohm' sehe Dämpfung und Impedanz ergeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellungen bezüglich Ohm' scher Dämpfung und Impedanz für die verschieden langen Koplanarleitungswege (32; 34) wenigstens durch gezielt vorgewählte Breite w der Mittelleiter (24) und gezielt vorgewählten Abstand g der Mittelleiter (24) zu den Außenleitern (22) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite b der Außenleiter (22) der verschieden langen Koplanarleitungswegen (32; 34) gezielt vorgewählt vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das wenigstens eine Koplanarleitung (10) der verschieden langen Leitungswege (32, 34) wenigstens einen Taper (40) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine leitende Brückenverbindung (40) jeweils zwischen den Außenleitern (22) jedes Koplanarleitungswegs (32, 34) befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Leitungsverzweigungen die Brückenverbindungen (50) zumindest jeweils an den an- und abgehenden Bereichen der Koplanarleitungen (10) befinden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Koplanarleitungswege (32, 34) mindestens einen induktiven Leiterabschnitt (52) enthalten, der dazu eingerichtet ist, die durch die Brückenverbindungen (50) bewirkte zusätzliche Kapazität bezüglich der Lei- tungsimpedanz zu kompensieren.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschieden langen Koplanarleitungswege (32, 34) für eine insgesamt im wesentlichen gleiche Ohm' sehe Dämpfung solche induktiven Leitungsabschnitte (52) enthalten, die sich in Breite bzw. Länge eines verjüngten (schmaleren) Mittelleiters (24) unterscheiden, wobei die jeweiligen Brückenverbindungen (50) in Form und/oder Art zur Bewirkung der jeweiligen unterschiedlichen, kompensierenden Kapazität bezüglich der Leitungsimpedanz eingerichtet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige kompensierende Kapazität durch unter- schiedlich breite Brückenverbindungen (50) bewirkt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die verschieden langen Koplanarleitungswege (32; 34) für eine insgesamt gleiche Dämpfung eine unterschiedliche Anzahl gleicher, induktiver Leitungsabschnitte^' (52) mit verjüngter Mittelleitung (24) enthalten, wobei die Brückenverbindungen (50) zur Bewirkung der jeweiligen, kompensierenden Kapazität gleich ausgestaltet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für eine insgesamt im wesentlichen gleiche Ohm' sehe

Dämpfung auf den Koplanarleitungen der zum längsten Leitungsweg (34) kürzeren Leitungswege (32) dämpfendes Material mit entsprechend hoher zusätzlicher Ohm' scher Dämpfung aufgebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen der Querschnitte der Mittelleiter (24), insbesondere bezüglich der Höhe der Mittelleiter (24), unter Berücksichtigung von zusätzlichen Ohm' sehen Dämpfungen, wie sie hervorgerufen insbesondere durch Leitungsknicke werden, für die jeweiligen, verschieden langen Koplanarleitungswege (32, 34) so ausgelegt sind, dass sich im wesentlichen gleiche Ohm' sehe Dämpfung für die Leitungswege ergibt .

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die insgesamt im Wesentlichen gleiche Ohm' sehe Dämpfung der verschieden langen Leitungswege (32, 34) die Mittelleiter (24) der kürzeren Leitungswege (32) aus einem Material mit jeweils entsprechend geringerer Leitfähigkeit bestehen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die im wesentlichen insgesamt gleiche Dämpfung die Leitfähigkeit des Substrats (20) der jeweiligen Koplanarleitungswege (32, 34) entsprechend unterschiedlich ausge-

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht, insbesondere aus Siliziumoxid, auf entsprechend angepasster Länge in den Räumen (26) zwischen dem Mittelleiter (24) und den Außenleitern (22) für die im wesentlichen insgesamt gleiche Dämpfung der Koplanarleitungen mit jeweils verschieden langen Leitungswege (32, 34) eingefügt ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die zum Umschalten mikro-elektromechanische Schalter (MEM- Schalter) (38) enthalten.

17. Gruppenantenne (1) enthaltend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16.