DD254785A1 - Vorrichtung zur einstellung der koppeldaempfung fuer hochfrequenz-richtkoppler in symmetrischer streifenleitertechnik - Google Patents

Abstract

Zur Anwendung fuer Koppelvorrichtungen in symmetrischer Streifenleitertechnik bezieht sich die Erfindung auf die Erzielung einer einfachen und wechselwirkungsarmen Einstellbarkeit mit geringem Aufwand. Aus der Erkenntnis einer geeigneten Funktion resultiert eine Vorrichtung mit zwei rueckseitig metallisierten Traegerplatten aus dielektrischem Material und einer dielektrischen Zwischenschicht, die wenigstens teilweise kompressibel ausgebildet ist und auf die ein zentrisches aeusseres Druckelement, im einfachsten Fall eine Schraube, einwirkt. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung in symmetrischer Streifenleitertechnik zur Aufteilung oder Zusammenführung von HF-Leistung, z. B. für die Ansteuerung von Gegentaktanordnungen in der Ausführung als*3-dB-Koppler in hochfrequenten Schaltungen oder zur Verbindung von Sendern und/oder Empfängern mit Antennen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Hochfrequenz-Richtkoppler in integrierter Streifenleitertechnik sind bekanntlich unter Verwendung von dielektrischen Trägerplatten und mit auf ihr aufgebrachten flachen Leitungen realisiert.

Bei einer üblichen unsymmetrischen Form, dem Mikrostreifenleitungskoppler, ist die eine Fläche einer Trägerplatte mit einem ebenen Masseleiterund die andere Fläche mit zwei parallel angeordneten streifenförmigen Leitern belegt.

Eine andere, die symmetrische Form, weist auf den beiden äußeren Flächen zweier gleicher Trägerplatten einen ebenen Masseleiter auf, während auf den Innenseiten der Platten zwei parallele streifenförmige Leiter angeordnet sind, deren Kopplung durch den Abstand der Leiter zueinander und/oder durch eine körperlich zwischengeordnete dielektrische Zwischenschicht bestimmt ist.

Der Bereich der dielektrischen Trägerplatten, in dem im elektromagnetisch angeregten Zustand eine hochfrequente Kopplung der Streifenleiter untereinander wirksam ist, wird Koppelsektion genannt.

Die elektrischen Eigenschaften solcher Koppler hängen wesentlich von der genauen Einhaltung der Geometrie der Anordnung der Elemente und von der Dielektrizitätszahl der Trägerplatten und der dielektrischen Zwischenschicht ab.

Im Herstellungsprozeß integrierter Streifenleiterschaltungen sind diese Einflußgrößen nicht immer konstant zu halten, so daß vielfach Koppelanordnungen verwendet werden, die ein nachträgliches Justieren der Eigenschaften des Kopplers, insbesondere der Koppeldämpfung gestatten. Weiterhin ist eine Einstellbarkeit der Koppeldämpfung auch dann erwünscht, wenn ein Koppler für gleichmäßige HF-Leistungsaufteilung (3-dB-Koppler) zur Ansteuerung aktiver Elemente dienen soll.

Bei bekannten unsymmetrischen Koppelanordnungen mit Justierbarkeit der Koppeleigenschaften wird vorzugsweise eine metallische Platte, die sich gegenüber der Koppelsektion befindet, im Abstand dazu variiert (DD-PS 106500) oder parallel dazu verschoben (DD-PS 118753).

Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen im Bereich der Koppelsektion der Masseleiter entfernt und dort ein metallisches Abstimmelement angebracht wurde (DE-OS 2833772).

Koppelanordnungen in unsymmetrischer Streifenleitertechnik haben einige Nachteile. Zur Realisierung einer geringen Koppeldämpfung (3dB) ist beispielsweise die Grundform des Mikrostreifenkopplers nicht geeignet. Ihr müssen, soll eine engere Kopplung erreicht werden, zusätzliche leitende oder dielektrische Elemente angefügt sein (DE-OS 1591704). Werden diese Elemente zur Änderung der Kopplung justierbar gestaltet, so sind eine nicht zu vernachlässigende Vergrößerung der Eingangsreflexionsfaktoren, eine Verringerung der Richtdämpfung sowie eine Verschiebung des Betriebsfrequenzbereiches zu erwarten.

Weiterhin führen die unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten der im Koppelbereich erregten Gleich- und Gegentaktwelle naturgemäß zu begrenzter Richtdämpfung, wobei dieser Nachteil nur durch zusätzliche Abstimmelemente und nur teilweise kompensierbar ist.

Für einige Anwendungsfälle ist auch die unvollständige Schirmung der unsymmetrischen Streifenleiter nachteilig, insbesondere wenn gefordert ist, hochfrequente Beeinflussung anderer Schaltungselemente zu vermeiden.

Mit der in DD-PS 98792 beschriebenen symmetrischen Ausführung eines luftgefüllten Streifenleitungskopplers ist es teilweise gelungen, die genannten Nachteile unsymmetrischer Anordnungen zu beseitigen. Ein einfacher Funktionsabgleich der Koppeldämpfung ist aber auch hier nicht möglich, da eine Justierung des Abstandes der gekoppelten Streifenleiter im demontierten Zustand des Richtkopplers erfolgen muß, eine unkontrollierte Änderung von Gleich- und Gegentaktwellenwiderstand und damit der Anpassung zwangsläufig zur Folge hat, deren Größe aber nur im montierten Zustand des Kopplers meßtechnisch oder in ihrer Wirkung auf die angeschlossenen Schaltungen ermittelt und nachträglich mit Hilfe zusätzlicher Einstellelemente näherungsweise kompensiert werden kann.

Bei einer anderen bekannten Anordnung (DD-PS 34478) sind die Innenleiter der luftgefüllten Koppelsektion durch zwei aufwendige Spindelantriebe gegeneinander verschiebbar. Dabei treten jedoch Reflexionen an den Anschlußleitern auf, die wiederum durch zusätzliche mechanische Abstimmelemente ausgeglichen werden müssen, so daß trotz des hohen mechanischen Aufwandes ein schneller Funktionsabgleich nicht möglich ist. Weiterhin ist bei allen derartigen luftgefüllten Anordnungen, die kein festes Dielektrikum enthalten dürfen, stets ein abschirmendes Gehäuse notwendig, um unerwünschte Abstrahlungen zu verhindern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und Einstellvorrichtung mit geringem materiellem und Betätigungsaufwand zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von dieser Zielstellung ergibt eine Analyse der technischen Mängelursachen, daß sich keine der bekannten Vorrichtungen zur Einstellung der Koppeldämpfung für symmetrische Hochfrequenzkoppler in Streifenleitertechnik bei Erfüllung der Notwendigkeit der einfachen wechselwirkungsarmen Einstellbarkeit mit geringem Aufwand eignet. Da somit die Anwendung und Modifizierung bekannter Einstellvorrichtungen ausscheidet, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Einstellung der Koppeldämpfung auf der Basis einer völlig anderen Parametervariation zu finden. Hierzu durchgeführte umfangreiche rechnerische Untersuchungen, kombiniert mit Experimenten, ergaben eine Funktion einer Variation des Abstandes zwischen den Innenleitern bzw. der Dielektrizitätszahl in einer Verteilung entlang der Struktur des Richtkopplers, bei der die Koppeldämpfung besonders wechselwirkungsarm variierbar ist. Zur praktischen Realisierung dieser Funktion sind erfindungsgemäß wenigstens Teilbereiche im mittleren Bereich der dielektrischen Zwischenschicht und/oder von Oberflächenteilen der Trägerplatte kompressibel ausgebildet und mit einem einstellbaren äußeren zentrischen Druckelement versehen.

Eine besonders einfache Realisierungsform des einstellbaren äußeren zentrischen Druckelementes besteht darin, daß eine Schraube eingesetzt ist, die beide Trägerplatten in deren geometrischen Mittelpunkt durchdringt, wobei die Struktur der Streifenleiterzüge den Mittelpunkt umgehend angeordnet ist.

Zur geeigneten Druckverteilung, besonders bei weichem Trägerplattenmaterial, können dem Druckelement durchverteilende Mittel, vorzugsweise metallische Platten, zugeordnet sein, die auch eine weitgehende Annäherung an den optimalen Verlauf der Funktion ermöglichen.

Für die Realisierung einer kompressiblen Zwischenschicht bzw. Trägerplattenoberfläche bestehen mehrere vorteilhafte Möglichkeiten:

Eine erste, besonders für geringe Stückzahlen geeignete Möglichkeit, die keine Werkzeuge erfordert, besteht darin, daß die Zwischenschicht, vorzugsweise eine Folie, symmetrisch zum zentrischen Druckelement verstärkt, insbesondere verdoppelt und/oder mehrfach abgestuft geschichtet bzw. überlappt ist.

Dabei kann in einer Ausführungsform die dielektrische Zwischenschicht die gleiche Dielektrizitätszahl wie die Trägerplatten aufweisen.

In einer anderen Ausführungsform kann die dielektrische'Zwischenschicht aus mehreren Einzelschichten unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen bestehen.

Ein größerer Einstellbereich bei gezielter Festlegung der kompressiblen Bereiche ergibt sich, wenn die dielektrische Zwischenschicht und/oder die Trägerplatten mindestens im mittleren Bereich Prägungen bzw. Perforationen aufweisen. Dabei richtetsich die Anordnung weitgehend nach derverwendeten Fertigungstechnologie. Weiches Trägerplattenmaterial und harte Folie legt beispielsweise die Anformung von Noppen auf einer oder beiden Trägerplattenoberflächen nahe.

Eine weitere Ausführungsform verwendet als dielektrische Zwischenschicht eine dielektrische Paste, deren überschüssiger Anteil bei Erhöhung der Kompression seitlich aus dem Trägerplattenbereich herausdringt.

Eine letzte vorteilhafte Weiterbildungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin, daß kompressible Bereiche zusätzlich an den Anschlußenden der Streifenleiterzüge angeordnet bzw. bis zu diesem ausgedehnt sind und daß in der Nähe der Anschlußenden, jenseits der mechanischen Spannungslinie um den mittleren Bereich, weitere Druckelemente, vorzugsweise Schrauben, angeordnet sind. Diese ermöglichen evtl. vorhandene Fehlanpassungen unabhäagig von der Koppeldämpfung zu korrigieren. Durch Veränderung der Preßkraft läßt sich die Koppeldämpfung, d.h. die Leistungsaufteilung zwischen den beiden Ausgangsarmen, in einem weiten Bereich justieren, ohne daß sich die Reflexionsfaktoren der Anschlußarme und die Isolation zwischen dem gespeisten und dem entkoppelten Arm wesentlich verschlechtern. Durch Berechnungen ist erwiesen, daß die Verläufe des Gleichtakt-und Gegentaktwellenwiderstandes im Koppelbereich bei Änderung der Spaltenbreite annähernd denen für Richtkoppler bei verschiedenen Koppeldämpfungen entsprechen.

So läßt sich zum Beispiel bei einem 3-dB-Koppler bei 1GO MHz die Leistungsaufteilung um ± 1dB ändern, wobei dielnolation 3OdB nicht unterschreitet und die Reflexionsfaktoren der Anschlußarme nicht größer als 0,03 werden. Die Folie weist dabei zweckmäßigerweise die gleiche relative Dielektrizitätszahl wie das Trägerplattenmaterial, jedoch eine niedrigere Dichte auf, so daß sich beim Zusammenpressen zwar die Spaltbreite zwischen den übereinanderliegenden Leiterzügen, nicht jedoch die Trägerplattendicken selbst ändern. Durch eine unterschiedliche Schichtdicke der Folie, die innerhalb des Koppelabschnittes symmetrisch verteilt sein muß, lassen sich die Verhältnisse weiter verbessern.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieles mit zweifach geschichteter dielektrischer Folie ist die Erfindung näher erläutert. Sie zeigt einen möglichen Aufbau eines symmetrischen Richtkopplers mit spiegelbildlich mäandrischer Struktur in auseinandergezogener Darstellung, teilweise im Schnitt.

Auf einer mit Gewindebohrungen versehenen Metallplatte 1 ist als Trägerplatte ein Substrat 2 angeordnet, dessen Unterseite vollflächig metallisiert und dessen Oberseite mit der einen Hälfte der Struktur der Koppelsektion 3, deren Länge ein Viertel der Leitungswellenlänge Xt beträgt, versehen ist, an deren Enden sich die Anschlußleitungen a und b befinden.

Darüber befindet sich eine zweifach geschichtete Folie 4, deren Schichtdicke eine symmetrische Verteilung bezüglich der

—-Koppelsektion aufweist

4

Die obere Substratplatte 5 enthält die zweite Hälfte der Struktur der — -Koppelsektion mit den Anschlußarmen c und d. Die

Oberseite ist ebenfalls vollflächig metallisiert. Der Richtkoppler ist mittels der Zylinderschrauben 6 und 7 zusammengepreßt, wobei mit der mittleren Zylinderschraube 7 die Einstellung der Leistungsaufteilung im Betriebszustand erfolgt. Bei Einspeisung in den Arm a gelangen die Leistungsanteile auf Grund der Verteilung des elektromagnetischen Feldes im Koppelbereich in die Arme b und c. Bei richtiger Dimensionierung sind die Arme a und d voneinander entkoppelt. Die Anschlußarme a...d sind vorzugsweise als symmetrische Streifenleitung oder mit entsprechenden Übergängen versehen, als Mikrostreifenleitung oder Koaxialleitungen weitergeführt (hier nicht dargestellt).

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   1. Vorrichtung zur Einstellung der Koppeldämpfung für Hochfrequenz-Richtkoppler in symmetrischer Streifenleitertechnik mit einer dielektrischen Zwischenschicht zwischen den Streifenleiterzügen, die auf rückseitig metallisierten Trägerplatten aus dielektrischem Material angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens Teilbereiche im mittleren Bereich der dielektrischen Zwischenschicht und/oder von Oberflächenteilen der Trägerplatten kompressibel ausgebildet und mit einem einstellbaren äußeren zentrischen Druckelement versehen sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als einstellbares zentrisches Druckelement eine Schraube eingesetzt ist, die beide Trägerplatten in deren geometrischen Mittelpunkt durchdringt und daß die Streifenleiterzüge den Mittelpunkt umgehend angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckelement druckverteilende Mittel, vorzugsweise metallische Platten, zugeordnet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht symmetrisch zum zentrischen Druckelement verstärkt, vorzugsweise verdoppelt und/oder mehrfach abgestuft geschichtet bzw. überlappt ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht die gleiche Dielektrizitätszahl wie die Trägerplatten aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht aus mehreren Einzelschichten unterschiedlicher Dielektrizitätszahlen besteht.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht und/oder Trägerplatten mindestens im mittleren Bereich Prägungen bzw. Perforationen aufweisen.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Zwischenschicht aus einer dielektrischen Paste besteht.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kompressible Bereiche zusätzlich an den Anschlußenden der Streifenleiterzüge angeordnet bzw. bis zu diesen ausgedehnt sind und daß in der Nähe der Anschlußenden, jenseits der mechanischen Spannungslinie um den mittleren Bereich weitere Druckelemente, vorzugsweise Schrauben, angeordnet sind.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung