DE102007029125A1

DE102007029125A1 - Breitbandiger Richtkoppler mit einstellbarer Richtschärfe

Info

Publication number: DE102007029125A1
Application number: DE102007029125A
Authority: DE
Inventors: Christoph Fluhrer
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-02
Also published as: IL202900A; US20100134201A1; EP2160794B1; US8258889B2; PT2160794E; EP2160794A1; WO2009000431A1

Abstract

Ein Richtkoppler zur gerichteten Übertragung von Hochfrequenz-Signalen verfügt über zumindest drei Leitungen (16, 18, 19) und zumindest drei Anschlüsse (11, 12, 13, 14). Zwei Leitungen (18, 19) der drei Leitungen (16, 18, 19) sind zumindest an ihren Enden leitend verbunden. Eine dritte Leitung (16) ist zwischen den zwei ersten Leitungen (18, 19) angeordnet und elektromagnetisch an diese gekoppelt. Dabei wird das Hochfrequenz-Signal von der dritten Leitung (16) auf die erste Leitung (18) und zweite Leitung (19) übertragen. Die Kopplung erfolgt über einen Koppelspalt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler zur gerichteten Übertragung von Hochfrequenz-Signalen.
Herkömmlich werden in Richtkopplern gekoppelte Leitungen eingesetzt. Hierzu sei z. B. auf die US 5,689,217 verwiesen. Mit einem herkömmlichen einlagigen Aufbau auf einer Leiterplatte lassen sich jedoch lediglich geringe Richtschärfen erzielen. Eine Richtschärfe von über 30 dB lässt sich bei herkömmlichem Aufbau erst mit einem mindestens dreilagigen oder mechanisch sehr komplexen Aufbau oder durch eine explizierte Optimierung der Richtschärfe jedes einzelnen Richtkopplers während der Herstellung erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Richtkoppler zu schaffen, der bei geringem Aufwand und kompakten Abmessungen des Schaltungsaufbaus eine hohe Richtschärfe in einem gewünschten Frequenzbereich aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Richtkoppler mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Richtkoppler verfügt über zumindest drei Leitungen und zumindest drei Anschlüsse. Zwei der drei Leitungen sind zumindest an ihren Enden leitend verbunden. Eine dritte Leitung ist zwischen der ersten und zweiten Leitung angeordnet und elektromagnetisch an diese gekoppelt. Dabei wird das Hochfrequenz-Signal von der dritten Leitung auf die erste Leitung und die zweite Leitung übertragen. Die Kopplung erfolgt über einen Koppelspalt. Die durch die drei gekoppelte Leitungen erhöhte Koppelfläche ermöglicht einen kompakten Aufbau der Schaltung bei hoher Richtschärfe.
Der Richtkoppler ist vorteilhafterweise in Streifenleitungstechnik aufgebaut. Ein Aufbau in der verbreiteten Streifenleitungstechnik sorgt für Kompatibilität zu weiteren in dieser Technik aufgebauten Schaltungen in der jeweiligen Anwendung auf dem gleichen Substrat. Weiterhin ist diese Technik durch geringen Aufwand des Schaltungsaufbaus gekennzeichnet.
Durch die Wahl der Breite der Leitungen und/oder des Koppelspalts wird vorteilhafterweise der Frequenzgang der Richtschärfe bestimmt. So ist eine einfache Einstellbarkeit der frequenzabhängigen Richtschärfe im Entwurfsprozess möglich.
Vorteilhafterweise verfügen die erste und die zweite Leitung über zumindest einen gemeinsamen Anschluss. Die dritte Leitung verfügt vorteilhafterweise über zumindest zwei Anschlüsse. Ein Einprägen und ein Abgreifen der Signale wird durch diesen Aufbau ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist die Übertragung von Signalen von zumindest einem ersten Anschluss der dritten Leitung zu zumindest einem Anschluss der ersten und zweiten Leitung höchstens schwach gedämpft. Vorteilhafterweise ist die Übertragung von Signalen von zumindest einem zweiten Anschluss der dritten Leitung zu zumindest einem Anschluss der ersten und zweiten Leitung stark gedämpft. Somit ist eine hohe Richtschärfe erreichbar.
Vorzugsweise ist dritte Leitung mit einer vierten Leitung und einer fünften Leitung zumindest an ihren Enden leitend verbunden. Die vierte und fünfte Leitung sind dabei bevorzugt parallel und außerhalb der ersten und zweiten Leitung angeordnet. Die vierte und fünfte Leitung sind vorteilhafterweise durch Koppelspalte von der ersten und zweiten Leitung getrennt. Eine Erhöhung der Anzahl der Leitungen erhöht die Koppelfläche. Damit wird die Richtschärfe bei nicht wesentlich erhöhtem Aufwand und Raumbedarf des Schaltungsaufbaus deutlich erhöht.
Vorteilhafterweise sind die erste und zweite Leitung mit mehreren weiteren Leitungen zumindest an ihren Enden leitend verbunden. Ebenso ist vorteilhafterweise die dritte Leitung mit mehreren weiteren Leitungen zumindest an ihren Enden leitend verbunden. Bevorzugt verlaufen die mehreren weiteren Leitungen parallel außerhalb der ersten und zweiten Leitungen und sind jeweils durch Koppelspalte getrennt. Auf der, der dritten Leitung abgewandten Seite der ersten und zweiten Leitung sind vorteilhafterweise abwechselnd eine mit den ersten und zweiten Leitung verbundene Leitung und eine mit der dritten Leitung verbundene Leitung platziert. Eine beliebige Anzahl weiterer Koppelleitungen erhöht weiter die Richtschärfe, ohne den Aufwand und Raumbedarf des Schaltungsaufbaus deutlich zu erhöhen.
Der Richtkoppler ist vorteilhafterweise auf der Vorderseite eines Substrats aufgebaut. Die Rückseite des Substrats ist vorteilhafterweise metallisiert und weist ein Bezugspotential auf. Vorteilhafterweise sind sämtliche, mit der dritten Leitung verbundene Leitungen über Durchkontaktierungen zur Substratrückseite verbunden, wobei die Metallisierung um die Verbindungen der Durchkontaktierungen herum unterbrochen ist. Durch die Verbindung der Leitungen auf der Substratrückseite wird ein aufwendigerer Fertigungsprozess vermieden. Durch diesen Aufbau ist eine große Richtschärfe bei geringem Aufwand und geringen Abmessungen des Aufbaus möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine beispielhafte Darstellung der Vorderseite eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers;
2 eine beispielhafte Darstellung der Rückseite des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers;
3 eine beispielhafte Darstellung von Details der Vorderseite des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers;
4 eine beispielhafte Darstellung der Vorderseite eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers;
5 eine beispielhafte Darstellung der Rückseite des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers;
6 eine beispielhafte Darstellung von Details der Vorderseite des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers, und
7 eine beispielhafte dreidimensionale Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers.
Anhand der 1–7 wird der schaltungstechnische Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Richtkopplers erläutert. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen zum Teil nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
1 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Vorderseite eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers. Auf einem Substrat 10 sind die Leitungen 16, 18 und 19 in Streifenleitungstechnik aufgebracht. Dabei ist die Leitung 16 mit den Koaxialanschlüssen 12 und 13 wie bei 2 näher beschrieben verbunden. Ebenso sind die Leitungen 18 und 19 leitend miteinander verbunden. Auf der Oberseite des Substrats 10 entsteht somit ein nicht metallisiertes Fenster, das von den Leitungen 18 und 19 allseitig umgeben ist, und in welchem die dritte Leitung 16 so angeordnet ist, dass sie die erste Leitung 18 und zweite Leitung 19 auf der Oberseite nirgends berührt.
Die Leitungen 18 und 19 verfügen über die beiden gemeinsamen Koaxialanschlüsse 11 und 14. Die gewünschte Koppelrichtung des Richtkopplers verläuft dabei von Koaxialanschluss 11 zu Koaxialanschluss 12 und von Koaxialanschluss 14 zu Koaxialanschluss 13. Die Funktion des Richtkopplers wird anhand der 3 näher beschrieben.
In 2 wird eine beispielhafte Darstellung der Rückseite des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers dargestellt. Die Rückseite 30 des bei 1 genannten Substrats 10 ist großflächig metallisiert. Die Leitung 16 aus 1 ist mittels Durchkontaktierungen auf die Rückseite 30 des Substrats 10 geführt. Hier sind die Durchkontaktierungen leitend mit Durchkontaktierungen der Koaxialanschlüsse 32 und 33 innerhalb von, von der Metallisierung isolierten Bereichen 35 und 36, verbunden.
3 zeigt eine beispielhafte Darstellung von Details der Vorderseite des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers. Die Leitung 58 ist leitend mit den Kontakten 52 und 54 verbunden. Ebenso sind die Leitungen 51 und 59 leitend verbunden. Die Kontakte 50, 52, 54 und 57 führen zu den bei 1 beschriebenen Koaxialanschlüssen 11, 12, 13 und 14. Die genannten Leitungen 51, 58, und 59 sind durch den Koppelspalt 56 voneinander getrennt. Durch Festlegung der Breite des Koppelspalts 56 und/oder der Breite der Leitungen 51, 58 und 59 wird der Frequenzgang der Richtschärfe des Richtkopplers eingestellt. Auf Grund der hohen zur Verfügung stehenden Koppelfläche durch die mehreren Leitungen 51, 58 und 59 ist eine hohe Richtschärfe bei kompaktem Aufbau des Richtkopplers auf lediglich einer Substratlage möglich.
4 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Vorderseite eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers. Auf einem Substrat 70 sind die Leitungen 75, 76, 77, 78 und 79 in Streifenleitungstechnik aufgebracht. Dabei ist sind die Leitungen 75, 76 und 77 mit den Koaxialanschlüssen 72 und 73 wie bei 5 näher beschrieben verbunden. Ebenso sind die Leitungen 78 und 79 leitend miteinander verbunden. Die Leitungen 78 und 79 verfügen über die beiden gemeinsamen Koaxialanschlüsse 71 und 74. Die gewünschte Koppelrichtung des Richtkopplers verläuft dabei von Koaxialanschluss 71 zu Koaxialanschluss 72 und von Koaxialanschluss 74 zu Koaxialanschluss 73. Die Funktion des Richtkopplers wird anhand der 6 näher beschrieben.
In 5 wird eine beispielhafte Darstellung der Rückseite des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers dargestellt. Die Rückseite 80 des bei 4 genannten Substrats 70 ist großflächig metallisiert. Die Leitungen 75, 76 und 77 aus 3 sind mittels Durchkontaktierungen auf die Rückseite 80 des Substrats 70 geführt. Hier sind die Durchkontaktierungen leitend miteinander und mit Durchkontaktierungen der Koaxialanschlüsse 82 und 83 innerhalb von, von der Metallisierung isolierten Bereichen 85 und 86, verbunden.
6 zeigt eine beispielhafte Darstellung von Details der Vorderseite des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers. Die Leitungen 110, 113 und 118 sind ist leitend mit den Kontakten 112 und 114 verbunden. Ebenso sind die Leitungen 111 und 119 leitend verbunden. Die Kontakte 110, 112, 114 und 117 führen zu den bei 4 beschriebenen Koaxialanschlüssen 71, 72, 73 und 74. Die genannten Leitungen 110, 113 und 118 sind durch Koppelspalte 115, 116 und 120 von den Leitungen 111 und 119 getrennt. Durch Festlegung der Breite der Koppelspalte 115, 116 und 120 und/oder der Breite der Leitungen 110, 111, 113, 118 und 119 wird der Frequenzgang der Richtschärfe des Richtkopplers eingestellt. Auf Grund der hohen zur Verfügung stehenden Koppelfläche durch die mehreren Leitungen 110, 111, 113, 118 und 119 ist eine hohe Richtschärfe bei kompaktem Aufbau des Richtkopplers auf lediglich einer Substratlage möglich.
In 7 wird eine beispielhafte dreidimensionale Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Richtkopplers dargestellt. Die Skalierung der Achsen entspricht dabei nicht der Skalierung der vorangegangenen Darstellungen. Insbesondere ist in 7 die vertikale Dimension gegenüber den horizontalen Dimensionen in der Substratebene stark gestreckt, damit die Durchkontaktierungen 90 besser erkennbar sind. Die Streifenleitungen 92, 96 und 97 sind über die Durchkontaktierungen 90 und die Verbindung 100 auf der Substratrückseite leitend miteinander und mit den Kontakten 94 und 98 verbunden. Die Streifenleitungen 91 und 95 sind auf der Substratvorderseite miteinander und mit den Kontakten 93 und 99 verbunden. Die Kopplung erfolgt von Anschluss 93 zu Anschluss 94 und von Anschluss 99 zu Anschluss 98.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So können unterschiedliche weitere, den Frequenzgang der Richtschärfe beeinflussende Bauelemente eingesetzt werden. Ebenso ist ein Einsatz der Struktur in mehrlagigen Leiterplatten denkbar. Eine weitere Erhöhung der Anzahl der zur Kopplung genutzten Leitungen ist ebenso möglich. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5689217 [0002]

Claims

Richtkoppler mit zumindest drei Leitungen (16, 18, 19, 51, 58, 59, 75, 76, 77, 78, 79, 91, 92, 95, 96, 97, 110, 111, 113, 118, 119) und zumindest drei Anschlüssen (11, 12, 13, 14, 31, 32, 33, 34, 71, 72, 73, 74, 81, 82, 83, 84) zur gerichteten Übertragung von Hochfrequenz-Signalen, wobei eine erste Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und eine zweite Leitung (19, 59, 79, 91, 119) zumindest an ihren beiden Enden leitend verbunden sind, wobei eine dritte Leitung (16, 58, 76, 97, 118) zwischen der ersten Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und der zweiten Leitung (19, 59, 79, 91, 119) angeordnet ist, wobei die dritte Leitung (16, 58, 76, 97, 118) elektromagnetisch an die erste Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und die zweite Leitung (19, 59, 79, 91, 119) gekoppelt ist, wodurch das Hochfrequenz-Signal von der ersten und zweiten Leitung (18, 51, 78, 95, 111, 19, 59, 79, 91, 119) auf die dritte Leitung (16, 58, 76, 97, 118) übertragen wird, wobei die Kopplung der dritten Leitung (16, 58, 76, 97, 118) an die erste Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und die zweite Leitung (19, 59, 79, 91, 119) über zumindest einen Koppelspalt (56, 116) erfolgt.
Richtkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzverlauf der Richtschärfe des Richtkopplers durch die Breite des Koppelspalts (56, 116) zwischen der dritten Leitung (16, 58, 76, 97, 118) und der ersten Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und der zweiten Leitung (19, 59, 79, 91, 119) und/oder die Breite der drei Leitungen (16, 18, 19, 51, 58, 59, 75, 76, 77, 78, 79, 91, 92, 95, 96, 97, 110, 111, 113, 118, 119) eingestellt ist.
Richtkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und die zweite Leitung (19, 59, 79, 91, 119) über zumindest zwei gemeinsame Anschlüsse (11, 14, 31, 34, 71, 74, 81, 84) verfügen, und dass die dritte Leitung (16, 58, 76, 97, 118) über zumindest einen Anschluss (12, 13, 32, 33, 72, 73, 82, 83) verfügt.
Richtkoppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung von Signalen von einem ersten Anschluss (11, 31, 71, 81) der ersten Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und zweiten Leitung (19, 59, 79, 91, 119) zu dem zumindest einen Anschluss (12, 32, 72, 82) der dritten Leitung (16, 58, 76, 97, 118) nur schwach gedämpft ist, und dass die Übertragung von Signalen von einem zweiten Anschluss (14, 34, 74, 84) der ersten Leitung (18, 51, 78, 95, 111) und zweiten Leitung (19, 59, 79, 91, 119) zu dem zumindest einen Anschluss (13, 33, 73, 83) der dritten Leitung (16, 58, 76, 97, 118) stark gedämpft ist.
Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Leitung (76, 97, 118) mit einer vierten Leitung (75, 96, 113) und einer fünften Leitung (77, 92, 110) zumindest an ihren Enden leitend verbunden ist, dass die vierte Leitung (75, 96, 113) und die fünfte Leitung (77, 92, 110) parallel der dritten Leitung (76, 97, 118) angeordnet sind, dass die vierte Leitung (75, 96, 113) bzw. die fünfte Leitung (77, 92, 110) auf der, der dritten Leitung (76, 97, 118) abgewandten Seite der ersten Leitung (78, 95, 111) bzw. der zweiten Leitung (79, 91, 119) verlaufen, und dass die vierte Leitung (75, 96, 113) und die fünfte Leitung (77, 92, 110) durch Koppelspalte (120, 115) von der ersten Leitung (78, 95, 111) und der zweiten Leitung (79, 91, 119) getrennt ist.
Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (78, 95, 111) und die zweite Leitung (79, 91, 119) mit mehreren weiteren Leitungen (75, 77, 92, 96, 110, 113) zumindest an ihren Enden leitend verbunden sind, dass die dritte Leitung (76, 97, 118) mit mehreren weiteren Leitungen (75, 77, 92, 96, 110, 113) zumindest an ihren Enden leitend verbunden ist, dass die mehreren weiteren Leitungen (75, 77, 92, 96, 110, 113) parallel der dritten Leitung (76, 97, 118) angeordnet sind, dass die mehreren weiteren Leitungen (75, 77, 92, 96, 110, 113) auf der, der dritten Leitung (76, 97, 118) abgewandten Seite der ersten Leitung (78, 95, 111) bzw. der zweiten Leitung (79, 91, 119) angeordnet sind, und dass auf der, der dritten Leitung (76, 97, 118) abgewandten Seite der ersten Leitung (78, 95, 111) und der zweiten Leitung (79, 91, 119) abwechselnd eine mit der ersten Leitung (78, 95, 111) und der zweiten Leitung (79, 91, 119) verbundene Leitung und eine mit der dritten Leitung (76, 97, 118) verbundene Leitung (75, 77) von einem Koppelspalt (111, 115) getrennt platziert ist.
Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkoppler in Streifenleitungstechnik aufgebaut ist.
Richtkoppler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtkoppler auf der Vorderseite des Substrats (10, 70) aufgebaut ist, dass die Rückseite des Substrats (30, 80) metallisiert ist, dass die metallisierte Rückseite des Substrats (30, 80) auf ein Bezugspotential, insbesondere Massepotential gelegt ist, dass die Verbindungen der dritten Leitung (76, 97, 118) zu sämtlichen mit ihr leitend verbundenen Leitungen (75, 77, 92, 96, 110, 113) mittels Durchkontaktierungen (90) zur Substratrückseite (30, 80) realisiert sind, wobei die Durchkontaktierungen (90) leitend verbunden sind und dass die Metallisierung der Substratrückseite (30, 80) um die Verbindungen (85, 86, 100) der Durchkontaktierungen (90) unterbrochen ist.