DE2719271B2

DE2719271B2 - Leitungskoppler für Schaltungen für den Mikrowellenbereich

Info

Publication number: DE2719271B2
Application number: DE2719271A
Authority: DE
Inventors: Michel Lesigny Baril; Jacques Longjumeau Legendre
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1980-10-30
Also published as: DE2719271A1; NL7704589A; DE2719271C3; FR2371786A1; US4135170A; NL173115B; IT1077811B; NL173115C; GB1576890A; FR2371786B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitungskoppler für Schaltungen für den Mikrowellenbereich, mit einem Substrat, auf das wenigstens 7.wei Leitungen unterschiedlichen Feldaufbaus aufgebracht sind, insbesondere eine Leitung mit unsymmetrischem und eine Leitung mit symmetrischem Feldaufbau, deren jeweilige Fortpflanzungsachsen parallel verlaufen oder zusammenfallen.

Derartige Leitungskoppler sind für koplanare Leitungen bereits durch die US-PS 38 35421 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungskoppler der einleitend genannten Gattung zu schaffen, der für andere Leitungstypen brauchbar ist, deren Fortpflanzungsachsen 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 λ/4-Leitung. ^γλ

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht gemäß (a) und eine Schnittdarstellung gemäß (b) längs der Linie A-A einer Schlitzleitung;

F i g. 2 eine Aufsicht gemäß (a) und eine Schnittdarstellung gemäß (b) längs der Linie A-A einer Streifenleitung;

F i g. 3 einen Leitungskoppler nach dem Stand der Technik und

Fig.4 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 verwirktlicht 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, Ferrit, Koppler und Halbleiter enthaltenden Schaltungen benutzt werden; außerdem ist es möglich, mit Schlitzleitungen 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 Fig. la und Ib ist in der Aufsicht und im Schnitt eine Schlitzleitung dargestellt. Diese bildet einen Wellenleiter, besteht aus einer Öffnung 1, die in eine Maßebene 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 Fotoätzung 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 Polytetrafluorethylen, ein Beryllimoxid, eine Aluminiumoxid-, Quarz- oder Ferrit-Keramik in Betracht.

_Jn Fig. Ib sind gestrichelt die elektrischen Feldlinien E und in ausgezogenen Linien die magnetischen Kraftlinien Weingezeichnet.

F i g. 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 bezeichnet wird, liegt. Wie bei der Schlitzleitung ist praktisch sämtliche Energie im Dielektrikum konzentriert.

In F i g. 2 in der Schnittdarstellung (b) sind gestrichelt die elektrischen Feldlinien ^eingezeichnet.

Fig.3 zeigt wie in z.B. durch IEEE Transactions, Vol. MTT-17,1969, Seiten 1091 -1096 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 / 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 4 und 5 des Schlitzes ein elektrisches Feld E d;is unter dem Streifenleiter ein Maximum hat und an den Rändern des Schlitzes Null ist

Gemäß der Erfindung soll hauptsächlich aus Gründen des Platzbedarfes diese Rechtwinkiigkeit der Forplanzungsachsen 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 rußeres Element in der Weise geändert werden, daß die elektromagnetische Welle, die an der einen Leitung anliegt, auf die andere übertragen wird. Ohne jegliches äußeres Schaltungsmittel können nämlich Leitungen unterschiedlichen Aufbaus wie Schlitzleitung und Streifenleitung oder Koplanarleitung nicht gekoppelt werden.

Fig.4 zeigt eine Streifenleitung 11 ind eine Schlitzleitung 10 auf demselben Substrat 3 mit einer Masseebene 2. Die Streifenleitung 11 kann mit einer Welle gespeist werden, deren elektrisches Feld Zfl senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Dieses Feid£l kann in der Schlitzleitung 10, in der die Fortpflanzung nur mit einem Feld Esenkrecht zur Fortpflanzungsachse erfolgen kann, keine elektrischen Ströme induzieren.

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 auf 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.

F i g. 4 zeigt eine Anordnung mit einer Streifenleitung und einer Schlitzleitung auf dem selben Substrat 3. Die Schlitzleitung iO ist aus der Masseebrne 2 der Streifenleitung 11 herausgeschnitten, — geätzt oder gestanzt, wobei die Achse der Streifenleitung parallel zu derjenigen der Schlitzieitung verläuft. Am Ende 12: eines Randes der Streifenleitung 11 ist ein Draht 13 befestigt, der das Substrat durchquert und mit dem Rand 4 der Schlitzleitung verbunden ist. In der Ebene dieses Drahtes wird eine Unsymmetrie des elektrischen Feldes Ei der Streifenleitung erzeugt und es tritt eine Potentialdifferenz am Rand 4 des Schlitzes auf.

Zwischen den Rändern 4 und 5 des Schlitzes kann sich ein elektrisches Feld E aufbauen. Die Kopplung zwischen der Streifenleitung 11 und der Schlitzleitung ist folglich hergestellt Damit die Kopplung maximal wird, verlängert man die Schlitzleitung 10 um λ/4 unter der Streifenleitung, wo sie kurzgeschlossen wird. Selbstverständlich sind die Breite des Streifenleiters, die Breite des Schlitzes und die Substratdicke 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 und einem Rand der Schlitzleitung hergestellt werden soll.

Eine andere Lösung wird im folgenden ebenfalls anhand der gleichen Fig.4 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 vorgehend beschriebenen Lösung körperlich hergestellte Verbindung wird hier also elektrisch verwirklicht.

Hierzu wird in der Ebene der Streifenleitung 11 ein Streifenleitungselement 14 der Länge λ/4 hergestellt, das mit dem Rand der Streifenleitung 11 über einen Draht 15 verbunden ist. Das andere Ende dieser Leitung 14 ist offen. Elektrisch gesehen verhält sich diese Anordnung genauso, wie wenn dieses λ/4-Streifenleitungselement einen Kurzschluß zwischen dem Streifenleiter und seiner Maßebene 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 Feldaufbau und mit unsymmetrischem Feldaufbau (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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leitungskoppler für Schaltungen für den Mikrowellenbereich, mit einem Substrat, auf das wenigstens zwei Leitungen unterschiedlichen Feld- s aufbaus aufgebracht sind, insbesondere eine Leitung mit unsymmetrischem und eine Leitung mit symmetrischen 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 der Leitungen eine Schlitzleitung und die andere Leitung eine Streifenleitung ist.

2. Leitungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Draht (33) einen Rand (12) der Streifenleitung (11) und einen Rand (4) der Schlitzleitung durch das dielektrische Substrat hindurch verbindet. 2"

3. Leitungskoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rand (12) der Streifenleitung (U) an deren Ende über einen Draht (15) mit dem Ende eines λ/4-Streifenleitungsabschnittes (14) verbunden ist, dessen anderes Ende offen ist und der 2^r> in der Ebene der Streifenleitung aufgebracht ist.

4. Leitungskoppler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Enden der Schlitzleitung (10) und der Streifenleitung (11) sich über eine Länge gleich einem Viertel der jo Betriebswellenlänge überlappen.