DE102008026579A1 - Abgewinkelter Übergang von Mikrostreifenleitung auf Rechteckhohlleiter - Google Patents

Abgewinkelter Übergang von Mikrostreifenleitung auf Rechteckhohlleiter Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Bereich der Hochfrequenztechnik auf ein Übergangselement zur Überführung einer elektromagnetischen Welle in einem Streifenleiter in einen Hohlleiter. Dabei wird ein Hohlleiter mit einer ersten Öffnung auf ein Substrat, auf dem sich außerdem Streifenleiter und Streifenleiterstummel befinden, aufgebraucht und mit einem Streifenleiter oder mit einem Streifenleiter und einem Streifenleiterstummel kontaktiert und/oder gekoppelt. Eine Welle im Streifenleiter bildet dann in der ersten Öffnung ein elektrisches Feld aus.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich im Bereich der Hochfrequenztechnik auf ein Übergangselement zur Überführung eines Streifenleiters in einen Hohlleiter.
  • Übergangselemente von planarer Schaltungstechnik auf einen Hohlleiter sind seit einigen Jahren weit verbreitet und finden typischerweise Anwendung in der Radar- und Kommunikationstechnik, im Mikro- und Millimeterwellenbereich. Sie dienen dem Zweck, planar integrierbare Bauelemente, wie beispielsweise MMICs, mit verlustarmen Hohlleitern und/oder Hohlleiter-gespeisten Antennen zu verbinden.
  • Aus dem Stand der Technik sind Übergangselemente bekannt, die üblicherweise ein speziell ausgebildetes Strahlerelement (engl. patch) aufweisen, das sich auf einer ca. 100 μm dicken Substratschicht befindet.
  • Durchkontaktierungen in der Substratschicht bilden eine Verlängerung des Hohlleiters, welcher auf einem Substrat angeordnet ist, aus. Unterhalb der Substratschicht im Bereich der Bohrungen bildet eine Kappe aus einem leitfähigen Material einen Hohlraum (engl. „Cavity” oder „backshort”) aus. Das Strahlerelement ragt so in den Hohlleiter hinein, dass der Abstand zwischen Strahlerelement und Kappe λ/4 oder ein ungerades ganzzahliges Vielfaches davon beträgt. Da somit im Bereich des Hohlraums (backshort) in der Ebene des Strahlerelements ein Leerlauf erzeugt wird, kann die elektromagnetische Welle in einem Streifenleiter in den Hohlleiter eingespeist werden.
  • Die Herstellung herkömmlicher Übergangselemente von planarer Schaltungstechnik auf einen Hohlleiter erweist sich aufgrund der Durchkontaktierungen als problematisch. Zur Durchkontaktierung herkömmlicher Trägermaterialien müssen die Bohrungen metallisiert werden. Die Metallisierung von Teflon-basierten Substraten bedarf jedoch bislang aufwändigen Herstellungsverfahren und steht der einfachen kostengünstigen Leiterkartenfertigung nicht zur Verfügung. Außerdem benötigen herkömmliche Übergangselemente bisher eine zweilagige Leiterplattenstrukturierung.
  • Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Übergangselement zur Überführung einer elektromagnetischen Welle in einem Streifenleiter in einen Hohlleiter zur Verfügung zu stellen, dessen Fertigung auf einfachen Herstellungsprozessen beruht.
  • Diese Aufgabe wird durch das Übergangselement nach Anspruch 1 sowie dessen vorteilhafte Weiterbildungen und Anordnungen nach den abhängigen Ansprüchen ge löst. Typische Verwendungen des erfindungsgemäßen Übergangselementes werden in Anspruch 20 gegeben. Das erfindungsgemäße Übergangselement wird weiter in dem Verfahren zur Erzeugung von Mikrowellen nach Anspruch 21 eingesetzt.
  • Erfindungsgemäß enthält das Übergangselement für einen Übergang einer Welle von einem Streifenleiter auf einen Hohlleiter ein flächiges Substrat, mindestens einen Streifenleiter und einen Hohlleiter. Mindestens einer der Streifenleiter, die sich auf einer ersten Seite des flächigen Substrates befinden, weist mindestens ein Streifenleiterende auf. Der Hohlleiter bildet um seine erste Öffnung eine umlaufende Lippe aus. Das erfindungsgemäße Übergangselement ist derart aufgebaut, dass der Hohlleiter im Bereich eines Streifenleiterendes mit der umlaufenden Lippe auf die erste Seite des Substrates aufgesetzt ist, wobei der Streifenleiter und der Hohlleiter an mindestens einem Punkt der Lippe miteinander kontaktiert oder elektrisch gekoppelt sind. Dabei ist zu beachten, dass eine Kontaktierung oder elektrische Kopplung zwischen Streifenleiter und Hohlleiter lediglich im Bereich der Lippe ausgebildet werden kann, da der Streifenleiter an allen übrigen Stellen/Flächen vom Hohlleiter isoliert ist. Durch die Kontaktierung oder Kopplung von Streifenleiterende und Hohlleiter wird in der Öffnung bzw. in dem durch die Öffnung gebildeten Schlitz des Hohlleiters ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses elektrische Feld regt im Hohlleiter eine Welle an, die verlustarm durch den Hohlleiter geführt wird.
  • Erfindungsgemäß ist auf der ersten Seite des flächigen Substrates, durch eine kurze Unterbrechung vom Streifenleiterende beabstandet, ein Streifenleiter stummel angeordnet. Dieser Streifenleiterstummel ist ebenfalls über die Lippe mit dem Hohlleiter kontaktiert oder elektrisch gekoppelt und stellt einen virtuellen oder realen Kurzschluss dar. Vorteilhafterweise ist der Kontakt- oder Kopplungspunkt zwischen Streifenleiterstummel und Lippe so angeordnet, dass er dem Kontakt- oder Kopplungspunkt zwischen Streifenleiter und Hohlleiter gegenüber liegt und/oder dass die Strecke zwischen den beiden Kopplungspunkten bei Umrundung der Lippe unabhängig vom Umlaufsinn gleich weit ist. Die Unterbrechung zwischen Streifen-leiterende und Streifenleiterstummel entspricht den Abmessungen des Hohlleiterquerschnittes, d. h. dem Durchmesser oder einer Seitenlänge des Querschnittes. Je nach Breite der Lippe kann die Unterbrechung eine Länge von doppelter Lippebreite zuzüglich der Abmessung der Öffnung aufweisen.
  • Der Streifenleiterstummel weist vorzugsweise eine Länge in der Größenordnung von λ/4, bevorzugt λ/4 ± 30%, insbesondere λ/4 ± 15%, oder einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen davon auf. Ein Streifenleiter mit einer solchen Länge mit einem offenen Ende wirkt wie ein virtueller Kurzschluss. Der Wert λ ist in diesem Beispiel definiert als die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, welche ein entsprechender Generator in den Streifenleiter einspeist oder eingespeist hat. Die Länge des Streifenleiterstummels hängt u. a. auch von der Breite der Lippe des Hohlleiters ab.
  • Alternativ kann durch den Streifenleiterstummel ein realer Kurzschluss ausgebildet werden, wobei dieser unter der Lippe, in unmittelbarer Nähe zur Lippe oder im Abstand von λ/2 ± 30%, insbesondere λ/2 ± 15%, oder eines ganzzahligen Vielfachen davon mittels ei ner Durchkontaktierung gegen Masse gelegt wird. Abhängig davon, ob es sich um eine zweilagige Leiterplattenstrukturierung, eine einlagige Strukturierung auf einem massiven metallischen Träger oder eine Trägerplatte mit koplanarer Streifenleitungstechnik handelt, erfolgt die Kontaktierung des Streifenleiterstummels auf unterschiedliche Weise. Im Falle einer zweilagigen oder einlagigen Leiterplattentechnologie, wobei sich das Trägermaterial beim einlagigen Aufbau auf einem massiven metallischen Träger befindet, erfolgt die Kontaktierung zwischen Streifenleiterstummel und Masse über eine Durchkontaktierung. Bei einem Aufbau mit Koplanartechnik genügt dagegen eine direkte Kontaktierung zwischen Masse und Streifenleiterstummel.
  • Der Hohlleiter des erfindungsgemäßen Übergangselementes kann auf unterschiedlich konzipierte Leiterplatten problemlos aufgebracht werden. Der einzige Unterschied besteht darin, dass je nach Leiterplattentechnologie eine zweite Seite des Substrates vollständig oder teilweise und/oder die erste Seite des Substrates bereichsweise metallisiert ist. Zu beachten ist dabei, dass die metallische Schicht auf der ersten Seite des Substrates von den Streifenleitern auf der ersten Seite des Substrates isoliert ist.
  • Die Metallisierung auf der zweiten Seite des Substrates kann unterschiedliche Dicken im Bereich von 5 μm und 10 mm aufweisen. Handelt es sich um eine zweilagige Leiterplattenstrukturierung, weist die metallische Schicht eine Dicke von 17 μm bis 50 μm auf. Bei einer einlagigen Leiterplattenstrukturierung handelt es sich bei der metallischen Schicht um eine massive metallische Trägerplatte. Diese Trägerplatte weist eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 10 mm, insbeson dere im Bereich von 500 μm und 1 mm auf.
  • Als Hohlleiter des erfindungsgemäßen Übergangselementes kommen Hohlleiter mit unterschiedlichen Querschnitten in Frage. Vorzugsweise ist der Hohlleiter als Rechteck-Hohlleiter, Rundhohlleiter oder Hohlleiter mit elliptischem Querschnitt ausgebildet.
  • Unabhängig vom Querschnitt des jeweiligen verwendeten Hohlleiters weist die erste Öffnung bzw. die Lippe des ersten Hohlleiters einen Umfang in der Größenordnung von λ, insbesondere von λ ± 30%, insbesondere λ ± 15%, oder einem ganzzahligen Vielfachen davon auf. Damit wird gewährleistet, dass die Welle im Schlitz bzw. der Öffnung des Hohlleiters ein elektrisches Feld ausbildet. Dies ist möglich, da ein Schlitz der Länge λ/2 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon einen Resonator bildet.
  • Ist der Hohlleiter des erfindungsgemäßen Übergangselementes ein Rechteck-Hohlleiter, so kann die kurze Seite der ersten Öffnung eine Länge im Bereich von λ/20 und λ/5 aufweisen, während die lange Seite eine Länge in der Größenordnung von λ/2, insbesondere von λ/2 ± 30%, insbesondere λ/2 ± 15%, oder einem ganzzahligen Vielfachen davon aufweist. Bei Verwendung eines Rundhohlleiters ist der Radius so zu wählen, dass r = λ/(2π) gilt.
  • Die Längen von kurzer und langer Seite der Hohlleiteröffnung können aber auch derart variieren, dass die doppelte Summe aus Länge und Breite einen Wert in der Größenordnung von λ, insbesondere von λ ± 30%, insbesondere λ ± 15%, oder einem ganzzahligen Vielfachen davon ergibt. Um jedoch eine gute Ankopplung zu erreichen, sollte vorzugsweise die Länge der kur zen Seite vernachlässigbar klein werden und die Kontaktierungs- oder Kopplungspunkte auf der Lippe auf der langen Seite der Lippe liegen.
  • Je nach verwendeter Leiterplattentechnologie sind die Streifenleiter Mikrostreifenleiter und/oder Koplanarleiter. Für Wellen im Mikrowellenbereich weisen die Streifenleiter eine Breite im Bereich von 100 μm bis 800 μm auf. Bei tieferen Frequenzen kann die Breite im Bereich einiger Millimeter liegen, bevorzugt kleiner oder gleich 4 mm sein.
  • Das Substrat, auf dessen erster Seite die Streifenleiter angeordnet sind, enthält vorteilhafterweise einen polymeren Werkstoff, insbesondere Polytetrafluorethylen, oder besteht aus einem solchen Material. Dazu werden auch Materialien auf Teflon-Basis gezählt. Als Substratmaterial können jedoch auch keramische Werkstoffe, Gläser oder Verbundmaterialien dienen.
  • Die Lippe des Hohlleiters weist eine Breite kleiner oder gleich der Streifenleiterbreite zuzüglich 50%, insbesondere 30%, auf. Die Breite der Lippe ist dabei definiert als die Breite quer zur Umlaufrichtung der Lippe in der Ebene des Kopplungspunktes parallel zum Substrat.
  • Der Hohlleiter im erfindungsgemäßen Übergangselement ist vorteilhafterweise so auf der ersten Seite des Substrates angeordnet, dass das Streifenleiterende mittig zwischen der benachbarten Hohlleiterinnenwand und der Außenseite der Lippe unter der Lippe liegt. Dies bedeutet gleichzeitig, dass das Streifenleiterende in der Mitte der Lippenbreite angeordnet ist. Auch der Streifenleiterstummel ist derart angeordnet, dass sich sein eines Ende auf halber Breite der Lippe unter der Lippe befindet.
  • Um das erfindungsgemäße Übergangselement bequem auf der ersten Seite des Substrates anordnen zu können, ist es von Vorteil, die Bewandung des Hohlleiters möglichst dick zu wählen, um eine möglichst große Fläche des Hohlleiters auf der Seite der ersten Öffnung zu erhalten. Vorteilhafterweise beläuft sich die Bewandungsdicke des Hohlleiters auf größer oder gleich der Streifenleiterbreite, bevorzugt auf größer oder gleich 5 mm, besonders bevorzugt auf größer oder gleich 20 mm, besonders bevorzugt auf einen Wert in der Größenordnung eines der jeweiligen Wellenlänge entsprechenden Standart-Hohlleiterflansches. Die Hohlleiterlippe, die wie oben erwähnt, ungefähr eine Breite kleiner oder gleich der Streifenleiterbreite aufweist, wird dann durch eine die erste Öffnung umlaufende Nut in der Stirnseite des Hohlleiters, die die erste Öffnung aufweist, gebildet. Die Nut dient zum einen der Formung der Lippe, zum anderen der elektrischen Entkopplung der flächig aufliegenden Struktur vom eigentlichen Übergang. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass sog. Parallelplattenwellen zwischen der flächigen Struktur und der rückseitigen Metallisierung angeregt werden. Die Fläche der Lippe liegt aus Gründen der mechanischen Stabilität vollständig auf dem Substrat auf. Die besagte Stirnseite des Hohlleiters kann mindestens eine weitere Nut aufweisen, in der der Streifenleiter geführt wird. Die Nut dient dabei der Isolation des Streifenleiters gegenüber dem Hohlleiter. Die die Lippe umlaufende Nut hat beispielsweise eine Breite im Bereich von λ/20 und λ/5 und eine Tiefe in der Größenordnung von λ/4, insbesondere von λ/4 ± 30%, insbesondere von λ/4 ± 15%, oder ein Vielfaches davon. Verallgemeinern lässt sich dies mit der Aussage, dass somit die Breite und die doppelte Tiefe der Nut einen Wert in der Größenordnung λ/2, insbesondere λ/2 ± 30%, insbesondere λ/2 ± 15%, oder ein ungerades ganzzahliges Vielfaches davon ergibt. Somit hängen Breite und Tiefe der Nut direkt miteinander zusammen und können dementsprechend variiert werden. Vorzugsweise entspricht der Hohlleiter des erfindungsgemäßen Übergangselementes nicht den Standardabmessungen herkömmlicher Hohlleiter. Der Hohlleiter mündet daher mit seiner zweiten dem Substrat abgewandten Öffnung in ein Anpassungselement zur Aufweitung oder Verringerung des Hohlleiterumfangs. Ein solches Anpassungselement kann auch der Veränderung des Hohlleiterquerschnittes dienen. Mit Hilfe dieses Anpassungselementes kann die im Hohlleiter angeregte Welle auf einen zusätzlichen Hohlleiter mit Standardabmessungen transformiert werden. Üblicherweise ist das Anpassungselement ein λ/4-Transformator. Ein λ/4-Transformator ist im Wesentlichen ein Hohlleiterstück mit einer Länge von λ/4, wobei der Querschnitt zwischen den Abmessungen des Querschnitts eines ersten Hohlleiters und denen eines zweiten Hohlleiters liegt. Das Hohlleiterstück des λ/4-Transformators kann durch einen beliebigen Querschnitt- rechteckig, rund, oval – realisiert sein. Als Anpassungselement kann auch ein sog. Taper, der eine kontinuierliche Anpassung des Querschnitts des Hohlleiters an den Querschnitt des zusätzlichen Hohlleiters ermöglicht, eingesetzt werden. Ein solcher Taper ist allerdings frästechnisch schwierig zu realisieren.
  • Der Hohlleiter des erfindungsgemäßen Übergangselementes und das Anpassungselement sind vorteilhafterweise aus einem Stück ausgebildet. Vorteilhafterweise kann auch der Hohlleiter des erfindungsgemäßen Übergangs elementes, das Anpassungselement sowie ein zusätzlicher Hohlleiter einstückig ausgebildet sein. Üblicherweise bestehen der Hohlleiter und das Anpassungselement aus einem leitenden Material oder enthalten ein solches. Vorteilhafterweise können der Hohlleiter und/oder das Anpassungselement mit Spritzgusstechnik hergestellt sein, wobei die den Hohlleiter und/oder das Anpassungselement bildenden Flächen metallisiert sind. Die Herstellung von Hohlleiter und Anpassungselement mit Spritzgusstechnik würde die Produktionskosten des erfindungsgemäßen Übergangselementes wesentlich senken.
  • Es besteht weiterhin die Möglichkeit, das Substrat der Lippe benachbart oder im Bereich unterhalb der Lippe oder Nut längs der Lippe oder Nut mit Bohrungen zu versehen, deren Seitenwände metallisiert sind und wobei die dadurch entstandenen Durchkontaktierungen mit der metallischen Schicht auf der zweiten Seite des Substrates elektrisch verbunden sind. Die Durchkontaktierungen sind lediglich dann von Vorteil, wenn es zu Überkopplungen zu benachbarten Schaltungsteilen kommen sollte. Sie sind kein charakteristisches Merkmal der Erfindung.
  • Das erfindungsgemäße Übergangselement kann beispielsweise in einem Mikrowellenstrahler enthalten sein. Dabei erzeugt ein Generator eine Strahlung mit der Wellenlänge λ, die in den Streifenleiter des Übergangselementes eingespeist wird und von dort aus in den Hohlleiter übergeleitet wird.
  • Erfindungsgemäße Übergangselemente finden insbesondere in der Radar- und Kommunikationstechnik in einem Wellenbereich von Mikrowellen bis Millimeterwellen (10 bis 90 GHz) Anwendung. Als Beispiel für die Ver wendung eines erfindungsgemäßen Übergangselementes in der Radartechnik seien zum einen Kfz-Radare zur Abstandsmessung, zum anderen Radare in Helikoptern und/oder Flugzeugen zur Höhenmessung, aber auch Radare an Flughäfen zur Rollfeldüberwachung genannt.
  • Radartechnik findet weiterhin bei Füllstandsmessungen, insbesondere von reaktiven Materialien, Anwendung. Im Bereich der Kommunikationstechnik wäre eine Nutzung im Frequenzbereich zwischen 70 und 90 GHz, wie sie bereits vorgesehen ist, von Vorteil, da in diesem Frequenzbereich sehr große Datenraten möglich wären.
  • Zur Erzeugung von Mikrowellenstrahlung wird zunächst von einem entsprechenden Generator eine Welle im Mikro- oder Millimeterwellenbereich erzeugt und in den Streifenleiter des erfindungsgemäßen Übergangselementes eingespeist. In der Öffnung des Hohlleiters, dem sog. Schlitz, wird durch die eingespeiste Strahlung ein elektrisches Feld erzeugt, welches wiederum Mikro- oder Millimeterwellen im Hohlleiter anregt. Damit ist die Welle aus dem Streifenleiter in den Hohlleiter überführt.
  • Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Übergangselemente und Anordnungen gegeben. Es zeigt
  • 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Übergangselement längs dem Streifenleiter aufgespalten;
  • 2 die dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Übergangselementes sowie eines entlang des Streifenleiters aufgespaltenen erfindungsgemäßen Übergangselementes;
  • 3 die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Übergangselement sowie eines entlang des Streifenleiters aufgespaltenen erfindungsgemäßen Übergangselementes;
  • 4 Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Übergangselement, wobei die Leiterplattentechnologie auf Koplanartechnik basiert; und
  • 5 die Ergebnisse von Messungen der Übertragung sowie der Reflexion.
  • 1 zeigt ein Substrat 1 mit einer ersten Fläche 3 und einer zweiten Fläche 4, wobei auf der ersten Fläche 3 ein Streifenleiter 2a und ein Streifenleiterstummel 2b angeordnet ist. Auf der ersten Seite 3 des Substrates 1 ist ein Element 5 angeordnet, welches einen Hohlleiter 6, einen λ/4-Transformator 7 und einen zusätzlichen Hohlleiter 8 mit Standardabmessungen aufweist. Das Element 5 ist derart auf die erste Seite 3 des Substrates 1 aufgesetzt, dass die Lippe 9 mit einer Lippenbreite 10 in der Größenordnung der Streifenleiterbreite direkt auf der ersten Seite 3 des Substrates 1 aufsitzt. Die Lippe 9 ist von einer umlaufenden Nut 12 umrandet. Der Streifenleiter 2a und der Streifenleiterstummel 2b ist mit der Lippe 9 des Hohlleiters 6 an den beiden Kontakt- oder Kopplungspunkten 11a und 11b kontaktiert oder elektrisch gekoppelt.
  • Die bisher verwendeten Bezugszeichen werden in den folgenden Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente verwendet.
  • In 2 ist ein ähnlicher Aufbau wie in 1 dargestellt. Auf der ersten Seite 3 des Substrates 1 befinden sich über dem Streifenleiter 2a zwei Elemente 5, die jeweils einen Hohlleiter 6, einen λ/4-Transformator 7 und einen zusätzlichen Hohlleiter 8 mit Standardabmessungen, beispielsweise ein WR12-Hohlleiter mit den Abmessungen 3,1 mm × 1,55 mm, aufweisen. Eines der Elemente 5 ist in zwei Teile 5a und 5b getrennt, wobei das Teil 5b so verschoben ist, dass das Streifenleiterende 13 sowie der Streifenleiterstummel 2a zum Vorschein kommen. Wieder deutlich erkennbar ist die Lippe 9 und die Nut 12, die die Lippe 9 umrandet.
  • 3 zeigt die Aufsicht auf den Aufbau in 2. Man erkennt die erste Seite 3 des Substrates 1 auf der der Streifenleiter 2a mit dem Streifenleiterende 13 sowie der Streifenleiterstummel 2b angeordnet sind. Des Weiteren befindet sich das Element 5 sowie das Teilelement 5a auf der ersten Seite 3 des Substrates 1. Das Teilelement 5b ist vom Substrat 1 verschoben. Das Element 5 zeigt deutlich die unterschiedlichen Querschnitte des Hohlleiters 6, des λ/4-Transformators 7 sowie des zusätzlichen Hohlleiters 8 mit Standardabweichungen.
  • 4 zeigt die erste Seite 3 des Substrates 1 mit dem Streifenleiter 2a eines erfindungsgemäßen Übergangselementes, wobei als Leiterplattentechnologie die Koplanartechnik gewählt ist. Man erkennt, dass das Streifenleiterende 13 des Koplanarleiters 2a im Bereich einer auf die erste Seite 3 des Substrates 1 eingeprägte Umrandung 16 liegt. Die Umrandung 16 gibt an, wo später die Lippe 9 des Hohlleiters 6 aufgesetzt wird. Durch die Umrandung 16 ist eine Öffnung 15 ausgebildet, in der nach Aufsetzen des Hohlleiters 6 ein elektrisches Feld entsteht. In gewissem Abstand zum Koplanarleiter ist eine metallische Schicht 14 auf die erste Seite 3 des Substrates 1 (nicht gezeigt) aufgebracht, die die Masse darstellt. Die Funktion des erfindungsgemäßen Übergangs von Streifenleiter auf Hohlleiter wurde mittels Feldsimulation (CST Microwave Studio) und durch Messungen an einem Prototypen nachgewiesen. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt. Einerseits ist ein breitbandiges Übertragungsverhalten (s21), andererseits eine geringe Reflexion am Eingang (s11) erkennbar. Man erkennt, dass insbesondere das Übertragungsverhalten von Simulation (durchgezogene Linie) und Messung (gestrichelt-gepunktete Linie) gut übereinstimmen. Die Reflexion dagegen zeigt vor allem im Frequenzbereich unter 70 GHz relativ große Unterschiede. Dies liegt daran, dass die verwendete Messapparatur lediglich für Frequenzen größer 75 GHz geeignet ist und für Frequenzen im Bereich unterhalb 70 GHz versagt. Die Reflexion, die bei der Messung (gestrichelte Linie) ermittelt wurde, liegt wesentlich höher als die, die durch Simulation (gepunktete Linie) simuliert wurde. Die Welligkeit der Ergebnisse, die durch Messung erlangt wurden, ist durch die Messmethode (skalare Messung in der back-to-back-Anordnung: HL-MSL-HL) begründet.

Claims (21)

  1. Übergangselement von einem Streifenleiter auf einen Hohlleiter mit einem flächigen Substrat, das auf einer ersten Seite mindestens einen Streifenleiter mit mindestens einem Streifenleiterende aufweist, und mit einem Hohlleiter, der eine umlaufende Lippe aufweist, die eine erste Öffnung des Hohlleiters ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter im Bereich des Streifenleiterendes mit der umlaufenden Lippe auf die erste Seite des Substrates aufgesetzt ist, wobei der Streifenleiter an mindestens einem Punkt der Lippe mit dem Hohlleiter kontaktiert oder elektrisch gekoppelt ist.
  2. Übergangselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem flächigen Substrat mindestens ein Streifenleiterstummel angeordnet ist, der im Bereich der Lippe, insbesondere an einer dem Kontakt- oder Kopplungspunkt zwischen Hohlleiter und Streifenleiter gegenüberliegenden Stelle der Lippe, den Hohlleiter kontaktiert oder mit dem Hohlleiter gekoppelt ist, wobei der Streifenleiterstummel als virtueller oder realer Kurzschluss ausgebildet ist.
  3. Übergangselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strei fenleiterstummel eine Länge von λ/4 ± 30% oder einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen davon aufweist oder dass der Leiterstummel auf Masse liegt.
  4. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Seite des Substrates vollständig oder bereichsweise und/oder die erste Seite des Substrates bereichsweise metallisiert ist.
  5. Übergangselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung auf der zweiten Seite des Substrates eine Dicke zwischen 1 μm und 10 mm, insbesondere zwischen 10 μm und 50 μm oder zwischen 500 μm und 1 mm, insbesondere zwischen 17 μm und 50 μm, aufweist.
  6. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter ein Rechteckhohlleiter oder ein Rundhohlleiter oder ein Hohlleiter mit elliptischem Querschnitt ist.
  7. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der ersten Öffnung des ersten Hohlleiters eine Länge von λ ± 30% oder einem ganzzahligen Vielfachen davon aufweist.
  8. Übergangselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung des Rechteckhohlleiters eine kurze Seite mit einer Länge im Bereich zwischen λ/20 und λ/5 und eine lange Seite mit einer Länge von λ/2 ± 30% oder einem ganzzahligen Vielfachen davon aufweist.
  9. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Streifenleiter um einen Mikrostreifenleiter und/oder einen Koplanarleiter handelt.
  10. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat, auf dem der Streifenleiter aufgebracht ist, einen polymeren Werkstoff, insbesondere Polytetrafluorethylen, und/oder einen keramischen Werkstoff und/oder ein Glas und/oder ein Verbundmaterial enthält oder daraus besteht.
  11. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippe eine Breite quer zur Umlaufrichtung der Lippe in der Ebene des mindestens einen Kopplungspunktes parallel zum Substrat kleiner oder gleich der Streifenleiterbreite zuzüglich 50% aufweist.
  12. Übergangselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Streifenleiterende im Bereich der Breite der Lippe liegt, insbesondere ungefähr oder genau in der Mitte der Lippendicke.
  13. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewandung des Hohlleiters eine Dicke größer oder gleich der Streifenleiterbreite, insbesondere größer oder gleich 5 mm, insbesondere größer oder gleich 20 mm, insbesondere eine Dicke im Bereich eines der Wellenlänge entsprechenden Standart-Hohlleiterflansches, aufweist, wobei die Lippe durch eine die erste Öffnung umlaufen de Nut in der Stirnseite des Hohlleiters, die die erste Öffnung aufweist, gebildet ist.
  14. Übergangselement nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aus Breite und doppelter Tiefe der Nut einen Wert von λ/2 ± 30% oder ein ganzzahliges Vielfaches davon annimmt.
  15. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter auf seiner dem Substrat abgewandten Seite in ein Anpassungselement zur Aufweitung oder Verringerung und/oder Veränderung des Hohlleiterumfangs mündet.
  16. Übergangselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter und das Anpassungselement einstückig ausgebildet sind.
  17. Übergangselement nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter und/oder das Anpassungselement mit Spritzgusstechnik hergestellt ist, wobei die den Hohlleiter und/oder das Anpassungselement bildenden Flächen metallisiert sind.
  18. Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Substrates der Lippe benachbart oder im Bereich unterhalb der Lippe oder Nut längs der Lippe oder Nut mit der metallischen Schicht auf der zweiten Seite des Substrates elektrisch verbundene Durchkontaktierungen angeordnet sind.
  19. Mikrowellenstrahler mit einem Übergangselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Generator zur Erzeugung einer Strahlung mit einer Wellenlänge λ und zur Einspeisung dieser Strahlung in den Streifenleiter.
  20. Verwendung eines Übergangselementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Radaranwendungen und für Kommunikationsanwendungen im Mikrowellenbereich und im Millimeterwellenbereich, insbesondere für Kfz-Radare oder Höhen- und/oder Abstandsmessungen oder Füllstandsmessungen.
  21. Verfahren zur Erzeugung einer Mikrowellenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Streifenleiter eines Übergangselementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche eine Mikrowelle eingespeist wird.
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