DE102013213297B4

DE102013213297B4 - Mikrowellenanordnung zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen

Info

Publication number: DE102013213297B4
Application number: DE102013213297.2A
Authority: DE
Inventors: Raimon Göritz
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: US9406992B2; DE102013213297A1; US20150002242A1

Abstract

Mikrowellenanordnung zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen aufweisend:
- einen Mikrostreifenleiter (1) an einer ersten Oberseite (31) eines Substrats (3), wobei der Mikrostreifenleiter (1) einen mehrstufigen Signalteiler (2) umfasst, und
- eine Massefläche (4) an einer der Oberseite (31) gegenüberliegenden Unterseite (32) des Substrats (3), wobei in die Massefläche (4) unterhalb einer ersten Stufe (24) des Signalteilers (2) eine Masseflächendefektstruktur (5) eingebracht ist,
wobei an ein erstes Signaltor (21) des Signalteilers (2) ein erster Anschluss (K1) einer Koaxialleitung (K) angeschlossen ist,
wobei die Koaxialleitung (K) an einem vom ersten Anschluss (K1) entfernten zweiten Anschluss (K2) einen vom ersten Anschluss (K1) verschiedenen Leitungswellenwiderstandswert (Z_L) aufweist, und
wobei der Innenleiter der Koaxialleitung (K) ausgehend vom ersten Anschluss (K1) der Koaxialleitung (K) hin zum zweiten Anschluss (K2) der Koaxialleitung (K) einen abnehmenden Innenleiterdurchmesser aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenanordnung zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen vorwiegend hoher Leistungen, insbesondere einen Leistungskombinierer und/oder einen Leistungsteiler.
Für Breitbandverstärker in der Hochfrequenztechnik sind oftmals Leistungskombinierer vorgesehen, um Signale unterschiedlicher Signalquellen zu einer Signalsenke zu kombinieren. Weiterhin sind für Breitbandverstärker in der Hochfrequenztechnik oftmals Leistungsteiler vorgesehen, um Signale einer Signalquelle an unterschiedliche Signalsenken aufzuteilen.
Aus der US 5,223,809 ist eine Mikrowellenanordnung bekannt, welche als Leistungsteiler und/oder in reziproker Weise auch als Leistungskombinierer betrieben werden kann. Dabei werden Koaxialleitungen verwendet, um die Ein- und Ausgänge des Signalkombinierers und/oder Signalteilers entsprechend zu verbinden. Es wird ferner auf die Druckschriften Yuan Yao; Zhenghe Feng, „A band-notched ultra-wideband 1 to 4 wilkinson power divider using symmetric defected ground structure", Antennas and Propagation Society International Symposium, 2007 IEEE , S. 1557 - 1560, 9.-15. Juni 2007, doi: 10.1109/APS.2007.4395805, US 2003 / 0 189 246 A1 und KR 10 0 863 409 B1 verwiesen.
Leistungskombinierer und/oder Leistungsteiler sollen möglichst kostengünstig herstellbar sein, wobei die zu übertragenden Signale nur minimal gedämpft werden sollen. Entsprechend sollen Leistungsverteiler und/oder Leistungskombinierer sehr geringe Durchgangsverlustleistungen erzeugen. Werden derartige Breitbandverstärker als Hochleistungsverstärker betrieben, sind insbesondere geringe Verluste anzustreben, um eine hohe Wärmeentwicklung aufgrund der Verluste durch die Durchgangsdämpfung zu vermeiden.
Als Leistungsteiler werden auch Wilkinson-Signalteiler eingesetzt. Die Funktion eines Wilkinson-Signalteilers beruht auf der λ/4-Leitungstransformation (λ=Wellenlänge), wobei die Leistung eines Signals, angelegt an ein erstes Signaltor zu Signalen gleicher Leistung an ein zweites und ein drittes Signaltor aufgeteilt wird. Sollten an einem Signalpfad aufgrund eines Defekts der Leitung und/oder einer Fehlanpassung an die Leitungswellenwiderstände Reflektionen des Signals auftreten, bleibt der jeweils andere Signalpfad davon unbeeinflusst. Das zweite Signaltor und das dritte Signaltor sind daher gegeneinander entkoppelt. Das Prinzip eines Signalteilers ist reziprok auch für einen Signalkombinierer anwendbar.
Um breitbandige Signale zu kombinieren und/oder zu teilen, werden bei der Anmelderin intern Signalteiler eingesetzt, die mehrstufig aufgebaut sind. Dabei werden mehrere A/4-Leitungen miteinander verbunden, um eine immer höhere Breitbandigkeit zu realisieren. Ein Nachteil dieser mehrstufig aufgebauten Signalteiler ist die baulich bedingte Forderung, pro Stufe den Wellenwiderstand der in dieser Stufe enthaltenen λ/4-Leitungen zu verändern. Dabei werden in einer ersten Stufe des Signalteilers, in dem beide Signalpfade auf einem gemeinsamen Leitungsstück übertragen werden, hohe Leitungswellenwiderstände benötigt. Die Leitungswellenwiderstände nehmen mit aufsteigender Stufe des Signalteils immer weiter ab. Diese Forderung führt dazu, dass in der ersten Stufe Leitungen mit geringer Leitungsbreite einzubringen sind, die mit aufsteigender Stufe des Signalteilers stets breiter werden.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlich bei der Anmelderin intern verwendeten mehrstufigen Signalteiler mit geringen Leitungsbreiten in der ersten Stufe ist, dass die Massefläche auf der zweiten Oberseite des Substrats nur zum Teil von dem Hauptstrom durchflossen wird, was auch als current crowding Effekt bezeichnet wird. Dieser Effekt führt dazu, dass der Strom hauptsächlich in einem Bereich der Massefläche direkt unterhalb der an der ersten Oberseite des Substrats angeordneten Mikrostreifenleitung fließt.
Aus diesen Gründen ist es notwendig, Signalteiler und/oder Signalkombinierer mit niedrigeren Leitungswellenwiderständen in der ersten Stufe auszugestalten.
Um dieses Problem zu lösen, kann beispielsweise ein dickeres Substrat verwendet werden. Da die maximale Dicke des Substrats ein Zehntel der Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz nicht übersteigen sollte, sind hier schnell Ausgestaltungsgrenzen erreicht. Insbesondere in der Hochfrequenztechnik sind derartige Realisierungen enorm kostenintensiv.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mikrowellenanordnung bereitzustellen, die breitbandige Signale mit hohen Leistungen und sehr hohen Frequenzen verlustarm überträgt.
Diese Aufgabe wird gemäß der in dem Patentanspruch 1 beanspruchten Mikrowellenanordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den untergeordneten Patentansprüchen beschrieben.
Die Aufgabe wird insbesondere durch eine Mikrowellenanordnung zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen hoher Leistungen gelöst. Diese Mikrowellenanordnung weist einen Mikrostreifenleiter auf einer Oberseite eines Substrats auf, wobei der Mikrostreifenleiter einen mehrstufigen Signalteiler umfasst. Die Mikrowellenanordnung umfasst weiterhin eine Massefläche an einer, der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite des Substrats. Erfindungsgemäß ist vorgeschlagen, dass in die Massefläche unterhalb einer ersten Stufe des Signalteilers eine Masseflächendefektstruktur eingebracht ist.
Der mehrstufige Signalteiler ist insbesondere bevorzugt ein mehrstufiger Wilkinson-Teiler. Der Signalteiler umfasst ein erstes Signaltor, ein zweites Signaltor und ein drittes Signaltor. Die Leistung eines Signals an dem ersten Signaltor ist gleich der Leistung eines Signals am zweiten Signaltor plus der Leistung eines Signals am dritten Signaltor. Die erste Stufe des Signalteilers weist einen Signalverteilpunkt auf. Durch diesen Aufbau ist ein Wilkinson-Leistungsteiler erhalten.
Um den Leitungswellenwiderstand der Mikrostreifenleiter insbesondere der ersten Stufe des Signalteilers zu verringern, um Signale mit hohen Stromleistungen über die Mikrowellenanordnung übertragen zu können, muss der Leistungsquerschnitt des Mikrostreifenleiters der Mikrowellenanordnung für die zu übertragenden hohen Stromdichten ausgelegt werden. Dazu wird bevorzugt die Mikrostreifenleitung speziell am ersten Signaltor des Signalteilers breiter ausgebildet. Durch die Verbreiterung der Mikrostreifenleitung erhöht sich zwangsläufig der Kapazitätsbelag C' des Leitungsersatzschaltbildes. Der resultierende Leitungswellenwiderstand der Mikrostreifenleitung wird somit bedeutend kleiner. Entsprechend der baulichen Forderung an mehrstufige Signalteiler, dass die erste Stufe des Signalteilers den größten Leitungswellenwiderstand aufweisen müsse, ist eine Kompensation dieses aufgrund der breiteren Mikrostreifenleitung kleiner gewordenen Leitungswellenwiderstands durchzuführen, um eine Leistungsanpassung und verlustarme Übertragung der Signale zu ermöglichen. Dazu wird erfindungsgemäß die Masseflächendefektstruktur unterhalb der ersten Stufe des Signalteilers eingebracht, da diese eingebrachte Masseflächendefektstruktur den Induktivitätsbelag L' der Mikrostreifenleitung erhöht.
Durch eine bevorzugte Kombination der breiteren Mikrowellenleitung an der Oberseite des Substrats und der Masseflächendefektstruktur an der Unterseite des Substrats erfolgt erfindungsgemäß eine Kompensation der durch den breiteren Mikrostreifenleiter der ersten Stufe des Signalteilers erzeugten Kapazitätserhöhung. Als Folge der Kompensation ist der Leitungswellenwiderstand der breiteren Mikrostreifenleitung gleich dem Leitungswellenwiderstand einer baulich geforderten schmaleren Mikrostreifenleitung. Durch die eingebrachte Masseflächendefektstruktur wird demnach eine breitere Mikroleiterstruktur in der ersten Stufe ermöglicht, ohne dass die Durchgangsdämpfung eines zu übertragenden Signals erhöht wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung korrigiert die Masseflächendefektstruktur den komplexen Leitungswellenwiderstand des Mikrostreifenleiters an der ersten Stufe des Signalteilers aufgrund einer geforderten Minimalbreite des Mikrostreifenleiters. Diese Forderung der Minimalbreite entsteht durch die zu übertragenden hohen Stromdichten bei der Übertragung von Signalen mit einer hohen Durchgangsleistung, insbesondere einer Durchgangsleistung bis zu 3 Kilowatt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Signalteiler zumindest eine zweite Stufe, wobei die erste Stufe des Signalteilers und die zweite Stufe des Signalteilers jeweils eine erste λ/4-Leitung und eine zweite λ/4-Leitung aufweisen. Die Breite der ersten und der zweiten λ/4-Leitung der ersten Stufe ist gleich der Breite der ersten und zweiten λ/4-Leitung der zweiten Stufe.
Für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen über die erfindungsgemäße Mikrowellenanordnung und insbesondere einen mehrstufigen Signalteiler im Signalpfad wird zur verlustarmen Übertragung eine Leistungsanpassung der Mikrowellenanordnung gefordert. In das erste Signaltor des Signalteilers wird dabei das Signal mit der größten Leistung eingespeist und/oder abgegriffen. Dazu weist die erste Stufe des mehrstufigen Signalteilers, die am nächsten am ersten Signaltor angeordnet ist, vorzugsweise den höchsten Leitungswellenwiderstand auf. Durch die erfindungsgemäße Masseflächendefektstruktur können die erste und die zweite Stufe mit Mikrostreifenleitern der gleichen Breite ausgestaltet werden, wodurch die ohmschen Verluste reduziert und die Herstellungskosten verringert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Masseflächendefektstruktur eine geformte Aussparung in der Massefläche. Durch die Aussparung in der Massefläche wird metallisches Material gespart und eine sehr einfach zu realisierende Kompensation des verringerten Leitungswellenwiderstands durch den breitenbedingten vergrößerten Kapazitätsbelag der Mikrostreifenstruktur ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Masseflächendefektstruktur eine geformte Aussparung in der Massefläche, wobei die Form der Aussparung der Masseflächendefektstruktur entsprechend der Form der ersten Stufe des Signalteilers des Mikrostreifenleiters gebildet ist. Auf diese Weise wird die durch die breitere Leitung erzeugte größere Kapazität durch entsprechendes Entfernen der gleichen metallischen Fläche auf der Unterseite des Substrats kompensiert. Der Leitungswellenwiderstand bleibt entsprechend konstant und Signale mit sehr hohen Leistungsdichten und entsprechend hohen Strömen können über die Mikrowellenanordnung übertragen werden.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist die Masseflächendefektstruktur eine geformte Aussparung in der Massefläche, wobei die Form der Aussparung der Masseflächendefektstruktur eine erste flächige Aussparung und eine zweite flächige Aussparung aufweist. Dabei sind die erste flächige Aussparung mit der zweiten flächigen Aussparung über einen im Verhältnis zu den flächigen Aussparungen dünnen Steg verbunden, wobei orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Stegs die erste und/oder zweite λ/4-Leitung der ersten Stufe des Signalteilers auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist. Durch diese räumliche Nähe der Masseflächendefektstruktur in Bezug auf die zu kompensierende Mikrostreifenleitung ist eine Erhöhung des Induktivitätsbelags L' des Leitungswellenwiderstands erhalten.
Insbesondere sind zur Verbesserung der Kompensation des aufgrund des breiteren Mikrostreifenleiters verringerten Leitungswellenwiderstands mindestens zwei Masseflächendefektstrukturen in die Massefläche eingebracht. Dies erzeugt eine symmetrische Kompensation und verringert die ohmschen Verluste auf der Leitung.
Insbesondere werden parallel zur Masseflächendefektstruktur ein Widerstand und/oder ein Kondensator und/oder eine Spule angeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass das Übertragungsverhalten der Mikrowellenanordnung frequenzabhängig verändert wird. Insbesondere bei der Verwendung der Mikrowellenanordnung als Signalteiler wird mittels des Widerstands und/oder des Kondensators und/oder der Spule parallel zur Masseflächendefektstruktur eine Tiefpasscharakteristik erhalten. Dies führt zu einer Wirkung des Signalteilers als Filter und in der Folge zu einer verbesserten Aufteilung des Signals. Der eingebrachte Widerstand und/oder Kondensator und/oder Spule wird auf der zweiten Oberseite des Substrats angeordnet und verändert die Resonanzfrequenz des Signalteilers.
Erfindungsgemäß ist an das erste Signaltor des Signalteilers ein erster Anschluss einer Koaxialleitung angeschlossen, wobei die Koaxialleitung an einem vom ersten Anschluss entfernten zweiten Anschluss einen vom ersten Anschluss verschiedenen Leitungswellenwiderstandswert aufweist. Die Koaxialleitung ist insbesondere mit einem Innenleiter ausgebildet, welcher ausgehend vom ersten Anschluss der Koaxialleitung hin zum zweiten Anschluss der Koaxialleitung einen abnehmenden Innenleiterdurchmesser aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Substrat mit seiner zweiten Oberseite auf einem metallischen Körper angeordnet, wobei der metallische Körper die Massefläche der Mikrowellenanordung bereitstellt und wobei der metallische Körper im Bereich der Masseflächendefektstruktur eine Fräsung aufweist. Die Fräsung stellt sicher, dass die elektromagnetische Wirkung der Masseflächendefektstruktur erhalten bleibt.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der metallische Körper ein Kühlkörper zum Abführen von Wärme, die durch die Übertragung von Signalen mit hoher Leistung über die Mikrowellenanordnung entsteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zur Kompensation von Fertigungstoleranzen jede Stufe des mehrstufigen Signalteilers einen Lastausgleichswiderstand auf, wobei dieser Lastausgleichswiderstand in eine Fräsung des Substrats angeordnet ist. Alternativ ist nur ein Lastausgleichswiderstand für den gesamten mehrstufigen Signalleiter vorgesehen.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist oberhalb der ersten Oberseite des Substrats eine Abschirmplatte angeordnet. Diese Abschirmplatte schützt die Mikrowellenanordnung einerseits vor der Einkopplung störender Hochfrequenzsignale. Andererseits wirken die von der Mikrowellenanordnung erzeugten Störsignale nicht auf andere Komponenten in unmittelbarer Nähe der Mikrowellenanordnung.
Insbesondere werden mittels der Mikrowellenanordnung Signale in einem Frequenzband von wenigen hundert Megahertz bis mehreren Gigahertz, bevorzugt von 500 MHz bis 4 GHz übertragen. Im Erfindungsgedanken sind ebenfalls ein Leistungskombinierer und/oder ein Leistungsteiler enthalten, der eine Mikrowellenanordnung der hierin beschriebenen Art aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Dabei sind gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu, insbesondere können zur besseren Veranschaulichung einzelne Elemente übertrieben groß und/oder übertrieben vereinfacht dargestellt sein.
Es zeigen:

1 ein Ersatzschaltbild zweistufigen Wilkinson-Signalteiler
2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung 3a-3c erfindungsgemäße Masseflächendefektstrukturen
4 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Masseflächendefektstrukturen gemäß 3a-3c
5a-5b ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung
6a-6b ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung
7a-7b erfindungsgemäße Weiterbildungen der Masseflächendefektstruktur der 3a-3c
8 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung mit Koaxialleitung und Kühlkörper.
9a-9b eine Weiterbildung der in 8 dargestellten erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung in Draufsicht
10 eine Kennlinie eines Durchgangsdämpfungsverhalten der erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung aus 9a-9b
11 eine Kennlinie eines Durchgangsdämpfungsverhalten der erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung aus 7a-7b mit Filtercharakteristik 12 eine perspektivische Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels
13 eine zu 12 alternative Ausgestaltung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels
14 eine zu 12 und 13 alternative Ausgestaltung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels
15 eine zu 12, 13 und 14 alternative Ausgestaltung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels
16 eine zu 12, 13, 14 und 15 alternative Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines zweistufigen Wilkinson-Signalteilers 2. Der Signalteiler 2 weist ein erstes Signaltor 21 auf, das zu einem Signalverteilungspunkt 27 führt. Am Signalverteilungspunkt 27 sind eine erste λ/4-Leitung 241 und eine zweite A/4-Leitung 242 einer ersten Stufe 24 des Signalteilers 2 angeordnet. λ ist die mittlere Wellenlänge des zu übertragenden Wellenlängen-Bandes. Die vom Signalverteilungspunkt 27 beabstandeten Enden der beiden λ/4-Leitungen 241 und 242 sind mit einem ohmschen Widerstand R1 als Lastausgleichswiderstand verbunden, um nicht ideale Ausgestaltungen der Leitungen 241 und 242 zu kompensieren. Im Anschluss an die erste Stufe 24 des Signalteilers 2 ist eine zweite Stufe 25 mit jeweils einer ersten λ/4-Leitung 251 und einer zweiten λ/4-Leitung 252 angeordnet. Dabei ist die erste λ/4-Leitung 251 der zweiten Stufe 25 des Signalteilers 2 mit einem ersten Ende mit der ersten λ/4-Leitung 241 verbunden. Mit einem vom ersten Ende entfernten zweiten Ende ist die erste A/4-Leitung 251 der zweiten Stufe 25 des Signalteilers 2 mit einem zweiten Signaltor 22 verbunden.
Entsprechend ist die zweite λ/4-Leitung 252 der zweiten Stufe 25 des Signalteilers 2 mit einem ersten Ende mit der zweiten λ/4-Leitung 242 verbunden. Mit einem vom ersten Ende entfernten zweiten Ende ist die zweite λ/4-Leitung 252 der zweiten Stufe 25 des Signalteilers 2 mit einem dritten Signaltor 23 verbunden. Vom zweiten Signaltor 22 zum dritten Signaltor 23 ist ein zweiter ohmscher Widerstand R2 als Lastausgleichswiderstand angeordnet, um nicht ideale Ausgestaltungen der Leitungen 251 und 252 zu kompensieren.
Das Ersatzschaltbild gemäß 1 kann als Leistungsteiler und auch reziprok als Leistungskombinierer verwendet werden, da es sich um eine passive Anordnung handelt. Die Funktion des Signalteilers beruht auf der λ/4-Leitungstransformation. Dabei wird an dem Signaltor 21 ein Hochleistungs-Hochfrequenzsignal mit einer Gesamtleistung eingespeist. Die Gesamtleistung wird am Signalverteilungspunkt 27 zu gleichen Teilen und gleicher Phase an jeweils das zweite Signaltor 22 und das dritte Signaltor 23 aufgeteilt.

Um eine hohe Durchgangsleistung bei geringer Durchgangsdämpfung des zu übertragenden Signals zu ermöglichen, muss der Signalteiler 2 leistungsangepasst sein. Werden an den Signaltoren 21 bis 23 Signalquellen und/oder Signalsenken mit gleichem Wellenwiderstand, beispielsweise Z = 50 Ω, angeschaltet, müssen folgende Leitungswellenwiderstände Z_L der einzelnen λ/4-Leitung realisiert werden:

•	Erste λ/4-Leitung 241 der ersten Stufe 24	=	66 Ω
•	Zweite λ/4-Leitung 242 der ersten Stufe 24	=	66 Ω
•	Erste λ/4-Leitung 251 der zweiten Stufe 25	=	56 Ω
•	Zweite λ/4-Leitung 252 der zweiten Stufe 25	=	56 Ω
•	Erster Lastausgleichswiderstand R1	=	93 Ω
•	Zweiter Lastausgleichswiderstand R2	=	155 Ω

Problematisch an diesem mehrstufigen Signalteiler 2 ist, dass die erste λ/4-Leitung 241 und die zweite λ/4-Leitung 242 der ersten Stufe 24 des Signalteilers 2 den größten Leitungswellenwiderstand Z_L aufweisen muss. Speziell die erste Stufe 24 muss dabei vom ersten Signaltor 21 bis zum Signalverteilungspunkt 27 Signale mit der größten Leistung übertragen können.
Um hohe Ströme über die erste Stufe 24 übertragen zu können, müssen die erste λ/4-Leitung 241 und die zweite λ/4-Leitung 242 der ersten Stufe 24 des Signalteilers 2 breiter ausgestaltet werden. Diese Leitungsverbreiterung verursacht bei einer Mikrostreifenleitung eine Vergrößerung des Kapazitätsbelags C'. Diese Vergrößerung des Kapazitätsbelags C' bewirkt wiederum eine Verringerung des Leitungswellenwiderstands Z_L. Um den Signalteiler 2 weiterhin leistungsangepasst betreiben zu können, muss demnach der erhöhte Kapazitätsbelag C' verringert werden.
Neben der ersten Stufe 24 und der zweiten Stufe 25 sind weitere Stufen des mehrstufigen Signalteilers 2 vom Erfindungsgedanken nicht ausgeschlossen. Je höher die Anzahl der Stufen eines mehrstufigen Signalteilers 2 ist, desto größere Bandbreiten B kann das zu übertragende Signal aufweisen. Dabei ist unabhängig von der Anzahl der Stufen stets die erste Stufe 24 des mehrstufigen Spannungsteilers 2 mit dem höchsten Leitungswellenwiderstandswert auszugestalten. Beispielsweise weist ein dreistufiger Wilkinson-Spannungsteiler an den λ/4-Leitungen der ersten Stufe einen Leitungswellenwiderstand von 82,4 Ω, an den λ/4-Leitung der zweiten Stufe einen Leitungswellenwiderstand von 74,5 Ω und an den λ/4-Leitung der dritten Stufe einen Leitungswellenwiderstand von 67 Ω auf, wenn alle Signaltore 21 bis 23 mit einem Wellenwiderstand von 50 Ω abgeschlossen sein sollen.
Gemäß der hier vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, Signale z. B. in einem Frequenzband von 500 MHz bis 6 GHz verlustarm zu übertragen, wobei die Durchgangsleistung des Signalteilers Werte bis zu drei Kilowatt betragen kann.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung in Draufsicht gezeigt. Die Mikrowellenanordnung weist dabei einen Mikrostreifenleiter 1 auf einer Oberseite 31 eines nicht dargestellten Substrats 3 auf. Auf einer der Oberseite 31 gegenüberliegenden Unterseite 32 des nicht dargestellten Substrats 3 ist eine Massefläche 4 ausgebildet, die erfindungsgemäß eine Masseflächendefektstruktur (Defected Ground Structurs DGS) 5 aufweist.
Die Mikrowellenanordnung gemäß 2 weist einen Mikrostreifenleiter 1 mit einem dreistufigen Wilkinson-Signalteiler 2 auf. Bezugnehmend auf 1 weist der Signalteiler 2 gemäß 2 ein erstes Signaltor 21 auf, an das ein Hochleistungssignal angelegt wird. Dieses Signal wird an einem Signalverteilungspunkt 27 auf zwei Signalpfade aufgeteilt, wobei ein Signal mit halber Leistung jeweils an dem zweiten Signaltor 22 und dem dritten Signaltor 23 abgegriffen werden kann. Jede der drei Stufen 24, 25, 26 weist eine erste λ/4-Leitung 241, 251, 261 und eine zweite λ/4-Leitung 242, 252, 262 auf. Zusätzlich sind Signalzuführungen 28 an jedem Signaltor 21, 22, 23 vorgesehen, die jeweils einen Wellenwiderstand Z_L von 50 Ω aufweisen und lediglich dazu dienen, das an den Signaltoren 21, 22, 23 einzuspeisende bzw. abzugreifende Signal zu dem Spannungsteiler 2 zu übertragen.
Die Übertragung des Signals erfolgt mittels Mikrostreifenleiter 1. Dabei gilt, dass der Leitungswellenwiderstand Z_L reziprok proportional zur Breite B des Mikrostreifenleiters 1 ist. Wird also ein Mikrostreifenleiter 1 eines höheren Leitungswiderstandes Z_L benötigt, wird die Breite B des Mikrostreifenleiters verringert.
Zur Realisierung unterschiedlicher Wellenwiderstände Z_L , die nötig sind, um eine verlustarme weil leistungsangepasste Übertragung zu gewährleisten, weist die dritte Stufe 26 des Signalteilers 2 eine Breite B2 von beispielsweise 4 mm. Die zweite Stufe 25 des Signalteilers 2 weist hingegen eine erste Breite B1 auf, die der Hälfte der Breite B2 entspricht und daher beispielsweise 2 mm beträgt.
Mittels der unterschiedlichen Breiten B1 und B2 werden unterschiedliche Leitungswellenwiderstände zwischen der dritten Stufe 26 und der zweiten Stufe 25 erzielt. Der Wellenwiderstand Z_L der dritten Stufe 26 beträgt 67 Ω aufgrund der Ausgestaltung des Mikrostreifenleiters 1 mit der Breite B2. Der Wellenwiderstand der zweiten Stufe 24 beträgt hingegen 74,5 Ω aufgrund der Ausgestaltung des Mikrostreifenleiters 1 mit der Breite B1.
Für eine leistungsangepasste Signalübertragung muss die erste Stufe 24 bei Abschluss der Signaltore 21, 22, 23 mit 50 Ω einen Wellenwiderstand von 82,4 Ω aufweisen. Zur Erzeugung dieses Wellenwiderstands Z_L müssten die A/4-Leitungen 241, 242 eine Breite B0 von 1mm aufweisen. Eine verlustarme Übertragung von erfindungsgemäß vorgesehenen Hochleistungssignalen bei einer derartigen Breite B0 der λ/4-Leitungen 241, 242 der ersten Stufe 24 des Spannungsteilers 2 ist nicht möglich, da aufgrund der geringen Breite B0 von 1mm eine starke Durchschnittsdämpfung des Hochleistungssignales aufgrund hoher ohmscher Verluste erfolgen würde.
Zur Kompensation dieser ohmschen Verluste muss daher auch die erste Stufe 24 mit einer Mikrostreifenleitung mindestens mit einer Breite B1 von 2 mm ausgestattet werden. Durch die größere Breite B1 anstelle der geforderten Breite B0 erhöht sich der Kapazitätsbelag C' des Mikrostreifenleiters 1. Der resultierende Leitungswellenwiderstand Z_L entspricht der Quadratwurzel aus dem Quotienten von Induktivitätsbelag L' und Kapazitätsbelag C'. Um den erhöhten Kapazitätsbelag C' auszugleichen wird erfindungsgemäß eine Masseflächendefektstruktur 5 in die Mikrowellenanordnung eingebracht, wie anhand der nachfolgenden Figuren erläutert wird.
In den 3a bis 3c sind unterschiedliche Masseflächendefektstrukturen 5 dargestellt, die erfindungsgemäß in die Massefläche 4 auf der Unterseite 32 des Substrats 3 eingebracht werden, um den erhöhten Kapazitätsbelag C' zu kompensieren.
Masseflächendefektstrukturen 5, englisch defected ground structure, kurz DGS, werden erfindungsgemäß eingesetzt, um die in 2 gezeigte Verbreiterung des Mikrostreifenleiters 1 der ersten und zweiten λ/4-Leitung 241, 242 der ersten Stufe 24 des Signalteilers 2 und die daraus resultierende Vergrößerung des Kapazitätsbelags C' zu kompensieren. Die Strukturen gemäß 3a bis 3c sind insbesondere hantelförmig. Dabei ist eine erste flächige Aussparung 51, eine zweite flächige Aussparung 52 und ein verbindender Steg 53 vorgesehen. Diese flächigen Aussparungen 51, 52 sowie der Steg 53 der Masseflächendefektstruktur 5 werden in die Massefläche 4 auf der zweiten Oberfläche 32 des Substrats 3 der Mikrowellenanordnung eingebracht.
Die Masseflächendefektstruktur 5 wird bevorzugt derart in die zweite Oberseite 32 des Substrats 3 eingebracht, dass der Steg 53 orthogonal zur ersten oder zweiten λ/4-Leitung 241, 242 der ersten Stufe 24 angeordnet ist. Diese räumliche Nähe der Masseflächendefektstruktur 5 zum Mikrostreifenleiter 1 der ersten Stufe 24 erzeugt eine Erhöhung des Induktivitätsbelags L'. Schlussfolgernd ist der resultierende Leitungswellenwiderstand Z_L , gebildet aus der Quadratwurzel des Quotienten von Induktivitätsbelag L' und Kapazitätsbelag C' konstant, wenn eine gemäß 2 vorgeschlagene Leitungsverbreiterung der ersten Stufen 24 des Spannungsteilers 2 vorgesehen sind. Somit sind die zu verbreiternden λ/4-Leitung 241, 242 vollständig kompensiert, die ohmschen Verluste minimiert und eine Leistungsanpassung erzielt.
Gemäß 3a sind die flächigen Aussparung 51 und 52 jeweils als Rechteck ausgestaltet. Gemäß 3b sind die flächigen Aussparung 51 und 52 jeweils als Dreieck ausgestaltet. In der 3c sind die flächigen Aussparungen jeweils als halb-ellipsoide Flächen ausgestaltet. Die gemäß 3a bis 3c gezeigten hantelförmigen Masseflächendefektstrukturen sind beispielhaft und nicht zwingend einschränkend für den Erfindungsgegenstand.
In 4 ist ein Ersatzschaltbild einer gemäß 3a bis 3c dargestellten Masseflächendefektstruktur 5 gezeigt. Das Ersatzschaltbild einer Masseflächendefektstruktur 5 entspricht einem Parallelschwingkreis bestehend aus einer Induktivität L, einer Kapazität C und einem ohmschen Widerstand R. Durch Ausgestalten der Masseflächendefektstruktur 5 gemäß einer der in 3a bis 3c gezeigten Form überwiegt die Induktivität L des Ersatzschaltbildes in dem Parallelschwingkreis.
Diese Induktivität L wirkt der durch die Leitungsverbreiterung erhöhte Kapazität C der ersten Stufe 24 der Mikrostreifenleitung 1 entgegen, wodurch der resultierende Leitungswellenwiderstand Z_L der ersten und zweiten λ/4-Leitung 241 und 242 der ersten Stufe 24 des Signalteilers 2 konstant bleibt.
In den 5a und 5b ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung gezeigt, wobei nachfolgend nur auf die Unterschiede zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 und diesem zweiten Ausführungsbeispiel eingegangen wird. Dabei ist in 5a die Draufsicht auf die Oberseite 31 des Substrats 3 gezeigt. In 5b ist dagegen eine Draufsicht auf die Unterseite 32 des Substrats 3 gezeigt.
Im Unterschied zur 2 ist der Spannungsteiler 2 nicht dreistufig, sondern nur mit einer ersten Stufe 24 und einer zweiten Stufe 25 ausgebildet. Sowohl die erste Stufe 24 als auch die zweite Stufe 25 weisen die gleiche Breite B1 des Mikrostreifenleiters 1 auf. Dadurch ist es möglich, Signale mit einer hohen Leistungsdichte und daraus resultierenden hohen Strömen über diese Mikrostreifenleitung 1 verlustarm zu übertragen. Um den baulich geforderten Leitungswellenwiderstand Z_L der ersten Stufe 24 des Wilkinson-Spannungsteilers 2 zu erhalten, wird unterhalb dieser ersten Stufe 24 in einer zweiten Oberseite 32 des Substrats 3 eine Masseflächendefektstruktur 5 eingebracht. Diese Masseflächendefektstruktur ist in 5a gestrichelt dargestellt und zeigt, dass sie im Wesentlichen die gleiche Form wie die erste und die zweite λ/4-Leitung 241, 242 der ersten Stufe 24 des Signalteilers 2 des Mikrostreifenleiters 1 aufweist.
In 5b ist die zweite Oberseite 32 des Substrats 3 dargestellt. Die zweite Oberseite 32 ist dabei vollflächig mit einer Massefläche 4 beschichtet. Die in die Massefläche 4 eingebrachte Masseflächendefektstruktur 5 ist entsprechend der ersten und zweiten λ/4-Leitung 241, 242 gemäß 5a ausgeformt. Die erste Stufe 24 und die zweite Stufe 25 des Signalteilers 2 sind in 5b gestrichelt dargestellt.
Durch das Ausführungsbeispiel gemäß den 5a und 5b wird die aufgrund der Leitungsverbreiterung der ersten Stufe 24 vergrößerte Kapazität C der Mikrostreifenleitung 1 durch entsprechende Aussparungen in der Massefläche 4 als Masseflächendefektstruktur 5 kompensiert.
In 6a und 6b ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei nachfolgend nur auf die Unterschiede zwischen dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 5a und 5b und diesem dritten Ausführungsbeispiel eingegangen wird. Entsprechend der 5a ist auch in 6a ein Spannungsteiler 2 mit einer ersten Stufe 24 und einer zweiten Stufe 25 ausgebildet, wobei die Leitungsbreiten B1 der ersten Stufe 24 und der zweiten Stufe 25 identisch ist. Zur Kompensation der identischen Leitungsbreiten der ersten Stufe 24 und der zweiten Stufe 25 wird in die Unterseite 32 des Substrats 3 eine Masseflächendefektstruktur 5 entsprechend der 3a bis 3c jeweils unterhalb der ersten und der zweiten λ/4-Leitung 241, 242 eingebracht.
Im Erfindungsgedanken enthalten ist ebenfalls das Einbringen mehrerer Masseflächendefektstrukturen 5 pro A/4-Leitung 241 bzw. 242, wie in 6a und 6b gezeigt.
In 6b ist entsprechend der 5b die Unterseite 32 des Substrats 3 dargestellt. Die Masseflächendefektstrukturen 5 sind dabei als Aussparung in die Massefläche 4 eingebracht und dadurch einfach zu realisieren. Die Herstellungskosten für eine derartige Mikrowellenanordnung können damit gering gehalten werden.
In 7 ist eine Weiterbildung einer Masseflächendefektstruktur 5 der 3a dargestellt. Dabei ist ein Bauelement, insbesondere ein Widerstand 6, ein Kondensator 7 und/oder eine Spule in die Masseflächendefektstruktur 5 derart eingebracht, dass der Widerstandswert, der Kapazitätswert und/oder der Spulenwert in einem Ersatzschaltbild der Masseflächendefektstruktur 5 gemäß 4 parallel angeschaltet ist.
Die Realisierung und konkrete Anschaltung des Bauelements ist dabei variabel. Gemäß 7a wird der Steg 53 der Masseflächendefektstruktur 5 mittels des Widerstandes 6 und/oder des Kondensators 7 überbrückt. Diese Überbrückung kann einerseits auf der Unterseite 32 des Substrats 3 erfolgen, wodurch eine vereinfachte Realisierung ermöglicht ist.
Alternativ können der Widerstand 6, der Kondensator 7 und/oder die Spule auf der ersten Oberseite 31 des Substrats 3 als Teil der Mikrowellenanordnung ausgebildet sein, wie in 7b gezeigt. Dabei muss der Widerstand 6, der Kondensator 7 und/oder die Spule nicht als diskretes Bauelement angeordnet sein, sie können vielmehr auch als Leiterbahnstrukturen in Mikrostreifentechnik auf der Oberseite 31 des Substrats 3 realisiert sein.
In 8 ist ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei ist ein Substrat 3 mit einer Oberseite 31 und einer Unterseite 32 dargestellt. Oberhalb der Oberseite 31 ist der Mikrostreifenleiter 1 ausgebildet. Dieser Mikrostreifenleiter 1 umfasst zumindest einen mehrstufigen Signalteiler 2 gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Unterhalb einer ersten Stufe 24 des mehrstufigen Signalteilers 2 ist eine Masseflächendefektstruktur 5 eingebracht. Diese ist in einer Massefläche 4 unterhalb der Unterseite 32 eingebracht.
Die Mikrostreifenleitung 1 weist auf der ersten Oberseite 31 des Substrats 3 ein erstes Signaltor 21 auf. Das Signaltor 21 ist mit einem ersten Anschluss K1 einer Koaxialleitung K verbunden. Der erste Anschluss K1 weist einen ersten Leitungswellenwiderstandswert, beispielsweise Z_L=25 Ω auf. Ein vom ersten Anschluss K1 entfernter zweiter Anschluss K2 der Koaxialleitung K weist einen zweiten Wellenwiderstandswert, beispielsweise 50 Ω auf. Dieser Koaxialleiter K erzeugt somit eine Transformation eines Wellenwiderstands von 25 Ω zu einem Wellenwiderstand von 50 Ω. An den zweiten Anschluss K2 der Koaxialleitung K kann leistungsangepasst eine Signalquelle und/oder eine Signalsenke angeschlossen werden.
Der Mikrostreifenleiter 1 weist weiterhin ein zweites Signaltor 22 und ein drittes Signaltor 23 auf. An dieses zweite und dritte Signaltor 22, 23 kann ebenfalls leistungsangepasst eine Signalquelle und/oder eine Signalsenke angeschaltet werden.
Die Anschaltung der Signaltore 21, 22, 23 ist abhängig von der Verwendung der Mikrowellenanordnung als Leistungskombinierer oder als Leistungsteiler. Die erfindungsgemäße Mikrowellenanordnung ist als passive Anordnung reziprok verwendbar. Wird beispielsweise an den zweiten Anschluss K2 der Koaxialleitung K ein hochfrequentes Hochleistungssignal angeschaltet, so kann an jedem der Signaltore 22, 23 ein Signal aufweisend die halbe Leistung des angeschalteten Hochleistungssignal abgegriffen werden und nachgeschalteten Komponenten eines Breitbandverstärkers zugänglich gemacht werden. Alternativ kann an den Signaltoren 22, 23 jeweils ein Signal angeschaltet werden, welches am zweiten Anschluss K2 der Koaxialleitung K als kombiniertes Signal abgegriffen werden kann.
Unterhalb der Unterseite 32 des Substrats 3 ist ein Kühlkörper KK angeordnet. Alternativ zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen stellt der Kühlkörper KK die Massefläche 4 der erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung bereit.
Dieser Kühlkörper KK ist erfindungsgemäß vorgesehen, um die Mikrowellenanordnung bei eingespeisten Hochleistungssignalen zu kühlen und insbesondere die durch Übertragung des Hochleistungssignals erzeugte Wärme an die Umgebung abzugeben.
Um die elektromagnetische Wirkung der Masseflächendefektstruktur 5 nicht zu beeinflussen, wird in diesen Kühlkörper KK bevorzugt eine Fräsung F1 in Höhe der Masseflächendefektstruktur 5 eingebracht. Die Fräsung hat beispielsweise eine Tiefe von 2 mm. Die Fräsung F1 ist vorgesehen, damit der Kühlkörper KK die elektromagnetische Wirkung der Masseflächendefektstruktur 5 nicht verhindert oder abschwächt.
In den 9a und 9b ist eine Weiterbildung der in 8 dargestellten erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung in Draufsicht gezeigt. Hierbei werden zwei zweifache Wilkinson-Signalteiler 2 verwendet, wobei jeder Wilkinson-Signalteiler 2 drei Stufen 24, 25, 26 aufweist. Beide Wilkinson-Signalteiler 2 sind gleich aufgebaut, sodass die zweiten Signaltore 22 und 22' und die dritten Signaltore 23, 23' gleich ausgebildet werden. Eine asymmetrische Ausgestaltung der Spannungsteiler 2 ist ebenfalls im Erfindungsgrundgedanken enthalten.
Gemäß 9a ist eine Draufsicht auf die Oberseite 31 des Substrats 3 dargestellt. Am ersten Signaltor 21 wird der Innenleiter der Koaxialleitung K mittels des ersten Anschlusses K1 angeschlossen. Zur besseren Abschirmung weist auch die Oberseite 31 des Substrats eine Massefläche 4 auf, um das Hochfrequenzsignal entsprechend von Störeinflüssen zu entkoppeln. In der 9a ist das Substrat 3 mit einer Fräsung F3 an den Stellen versehen, an denen die gemäß 1 beschriebenen Lastausgleichswiderstände R1, R2, R3 angeordnet werden. Die Fräsung F3 ist vorgesehen, um die Lastausgleichswiderstände R möglichst in das Substrat 3 einbringen zu können.
Gemäß 9b ist eine Oberseite des Kühlkörpers KK dargestellt, welche mit der Unterseite 32 des Substrats 3 verbunden wird. Die Oberseite des Kühlkörpers KK weist dabei die Massefläche 4 auf. Um nun die Masseflächendefektstruktur 5 in die Massefläche 4 zu integrieren, weist die Oberseite des Kühlkörpers KK pro Masseflächendefektstruktur 5 eine Fräsung F1 auf. Diese Fräsung F1 ist z. B. 2 mm stark. Um den Anschluss K1 der Koaxialleitung K nicht elektromagnetisch zu beeinflussen, weist die Oberseite des Kühlkörpers KK an der Stelle des ersten Anschlusses K1 der Koaxialleitung K eine Fräsung F2 auf. Andeutungsweise ist das zweite Signaltor 21 dargestellt.
In der 10 ist ein Übertragungsverhalten der in den 9a und 9b dargestellten erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Mikrowellenanordnung ein eingespeistes Hochleistungssignal einer Frequenz von 500 MHz bis zu einer Frequenz von 3 GHz bei geringen Durchgangsverlusten von ca. 0,1 dB übertragen kann. Dabei kann die erfindungsgemäße Mikrowellenanordnung eine Durchgangsleistung von bis zu 3 Kilowatt übertragen. Die in 10 gezeigte Übertragungskennlinie wurde bei einem, an dem ersten Signaltor 21 eingespeisten Signal einer Leistung von 59 dB_m aufgenommen, was einer Durchgangsleistung von ungefähr 800 W entspricht.
In der 11 ist ein Durchgangsdämpfungsverhalten der erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung gemäß 7a und 7b bei entsprechend einstellbaren Masseflächendefektstrukturen 5 und daraus resultierender Filtercharakteristik dargestellt. Dabei ist bei Anschaltung eines Widerstands 6 und eines Kondensators 7 parallel zur Massenflächendefektstruktur ein Tiefpass erhalten. Dieser Tiefpass kann insbesondere bei der Aufteilung der Signale eines erfindungsgemäßen Signalteilers verwendet werden. Die resultierende Resonanzfrequenz f_R ist aufgrund unterschiedlicher Werte für Kapazität, ohmscher Widerstand und Induktivität zwischen 3,2 und 3,4 GHz einstellbar. Somit können durch unterschiedliche Anschaltung der einzelnen Stufen 24, 25, 26 des Spannungsteilers 2 verschiedene Tiefpässe erzeugt werden. Somit wird an jedem Signaltor 22, 22', 23, 23' ein anderes Signal entsprechend der eingestellten Resonanzfrequenz f_R verteilt.
In 12 ist eine perspektivische Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt. Dabei ist der zweifache - dreistufige - Wilkinson-Spannungsteiler 2 in 12 ohne Substrat 3 dargestellt, um den ersten Anschluss K1 des Innenleiters der Koaxialleitung K_innen verdeutlicht darstellen zu können. Die Signaltore 22, 23 bzw. 22', 23' sind dabei mit Hochfrequenz-Signalbuchsen verbunden, um mit nachgeschalteten Signalsenken oder Signalquellen verbunden werden zu können. Weiterhin ist der Innenleiter K_innen dargestellt, wobei der Innenleiter der Koaxialleitung K am ersten Anschluss K1 einen Durchmesser D1 und am zweiten Anschluss K2 einen Durchmesser D2 aufweist. Durch den, in definierten Abständen geringer werdenden, Durchmesser des Innenleiters ist eine Transformation des Leitungswellenwiderstands der Koaxialleitung K erhalten, sodass am ersten Signaltor 21 ein Wellenwiderstand der Koaxialleitung von 25 Ω angeschlossen ist. An den zweiten Anschluss K2 der Koaxialleitung K ist ein standardisierter 50 Ω Anschluss erhalten. Die Mikrostreifenleitung 1 sieht demnach einen Wellenwiderstand von 25 Ω, sodass der Mikrostreifenleiter 1 eine größere Dicke aufweisen kann, als bei einer nicht transformierten Koaxialleitung K und einem am Signaltor 21 angelegten 50 Ω Anschluss.
In 13 ist eine zu 12 alternative perspektivische Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt. Dabei ist gemäß 13 der Außenleiter K_außen der Koaxialleitung K und der Kühlkörper KK dargestellt. Der Kühlkörper KK weist dabei eine Fräsung F1 für die Massenflächendefektstruktur 5 auf. Der Kühlkörper KK weist weiterhin eine Fräsung F3 für Nichtbeeinflussung der elektromagnetischen Wirkung der Lastabschlusswiderstände R auf. In der Mitte des Außenleiters K_außen der Koaxialleitung K verläuft der in 12 gezeigte Innenleiter K_innen . Der erste Anschluss K1 und auch der zweite Anschluss K2 sind dabei auch in 13 dargestellt. Zur verbesserten Abführung der durch die Mikrowellenanordnung erzeugten Wärme weist der Kühlkörper KK Kühlfinnen an seiner Unterseite auf.
In 14 ist eine zu den 12 und 13 alternative perspektivische Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt. Hierbei ist das Substrat 3 mit dargestellt. Auf der Oberseite 31 des Substrats 3 ist die Mikroleitung 1 mit den zwei zweifachen - dreistufigen - Wilkinson-Spannungsteiler 2 gezeigt. In das Substrat 3 sind Fräsungen F3 eingebracht, um die Lastabschlusswiderstände R platzieren zu können.
In 15 ist eine zu den 12, 13 und 14 alternative perspektivische Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt. In dieser Darstellung sind die Kühlfinnen des Kühlkörpers KK und der zweite Anschluss K2 der Koaxialleitung K gezeigt.
In 16 ist eine zu den 12, 13, 14 und 15 alternative perspektivische Darstellung des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels gezeigt. Im Unterschied zu den vorangegangen Figuren ist eine Abschirmplatte A oberhalb der Mikrostreifenleitung 1 angeordnet. Diese Abschirmplatte A dient der elektromagnetischen Verträglichkeit und schützt einerseits die erfindungsgemäße Mikrowellenanordnung vor Störsignalen, die ohne Abschirmplatte ungehindert in den Signalpfad einkoppeln könnten und andererseits vor Störsignalen, die von der erfindungsgemäßen Mikrowellenanordnung ausgestrahlt werden und benachbarte Komponenten beeinflussen könnten.
Im Rahmen der Erfindung können alle beschriebenen und/oder gezeichneten und/oder beanspruchten Elemente beliebig miteinander kombiniert werden.

Claims

Mikrowellenanordnung zur Übertragung von Hochfrequenzsignalen aufweisend: - einen Mikrostreifenleiter (1) an einer ersten Oberseite (31) eines Substrats (3), wobei der Mikrostreifenleiter (1) einen mehrstufigen Signalteiler (2) umfasst, und - eine Massefläche (4) an einer der Oberseite (31) gegenüberliegenden Unterseite (32) des Substrats (3), wobei in die Massefläche (4) unterhalb einer ersten Stufe (24) des Signalteilers (2) eine Masseflächendefektstruktur (5) eingebracht ist, wobei an ein erstes Signaltor (21) des Signalteilers (2) ein erster Anschluss (K1) einer Koaxialleitung (K) angeschlossen ist, wobei die Koaxialleitung (K) an einem vom ersten Anschluss (K1) entfernten zweiten Anschluss (K2) einen vom ersten Anschluss (K1) verschiedenen Leitungswellenwiderstandswert (Z_L) aufweist, und wobei der Innenleiter der Koaxialleitung (K) ausgehend vom ersten Anschluss (K1) der Koaxialleitung (K) hin zum zweiten Anschluss (K2) der Koaxialleitung (K) einen abnehmenden Innenleiterdurchmesser aufweist.
Mikrowellenanordnung nach Anspruch 1, wobei der mehrstufige Signalteiler (2) ein mehrstufiger Wilkinson-Signalteiler mit einem ersten Signaltor (21), einem zweiten Signaltor (22) und einem dritten Signaltor (23) ist, wobei die Leistung eines Signals an dem ersten Signaltor (21) gleich der Leistung eines Signals am zweiten Signaltor (22) plus der Leistung eines Signals am dritten Signaltor (23) ist und wobei die erste Stufe (24) des Signalteilers (2) einen Signalverteilpunkt (27) aufweist.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Masseflächendefektstruktur (5) der komplexe Leitungswellenwiderstand (Z_L) des Mikrostreifenleiters (1) an der ersten Stufe (24) des Signalteilers (2) aufgrund einer geforderten Minimalbreite (B1) des Mikrostreifenleiters (1) korrigiert ist.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Signalteiler (2) weiterhin zumindest eine zweite Stufe (25) umfasst, wobei die erste Stufe (24) des Signalteilers (2) und die zweite Stufe (25) des Signalteilers (2) jeweils eine erste Leitung (241,251) und eine zweite Leitung (242, 252) aufweisen, wobei die Breite (B1) der ersten und zweiten Leitung (241,242) der ersten Stufe (24) gleich der Breite (B1) der ersten und zweiten Leitung (251, 252) der zweiten Stufe (25) ist.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Masseflächendefektstruktur (5) eine geformte Aussparung in der Massefläche (4) ist und wobei die Form der Aussparung der Masseflächendefektstruktur (5) der Form der Mikrostreifenleitung (1) der ersten Stufe (24) des Signalteilers (2) entspricht.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Masseflächendefektstruktur (5) eine geformte Aussparung in der Massefläche (4) ist, wobei die Form der Aussparung der Masseflächendefektstruktur (5) eine erste flächige Aussparung (51) und eine zweite flächige Aussparung (52) aufweist, wobei die erste flächige Aussparung (51) mit der zweiten flächigen Aussparung (52) über einen im Verhältnis zu den flächigen Aussparungen (51, 52) dünnen Steg (53) verbunden sind und wobei orthogonal zur Ausbreitungsrichtung des Stegs (53) eine erste Leitung (241) und/oder zweite Leitung (242) der ersten Stufe (24) des Signalteilers (2) auf der Oberseite (31) des Substrats (3) angeordnet ist.
Mikrowellenanordnung nach Anspruch 6, wobei zumindest zwei Masseflächendefektstrukteren (5) in die Massefläche (4) eingebracht sind.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei parallel zur Masseflächendefektstruktur (5) ein Widerstand (6) und/oder ein Kondensator (7) und/oder eine Spule angeordnet ist.
Mikrowellenanordnung einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (2) mit seiner Unterseite (32) auf einem metallischen Körpers (KK) angeordnet ist, wobei der metallische Körper (KK) die Massefläche (4) der Mikrowellenanordung bereitstellt und wobei der metallische Körper (KK) im Bereich der Masseflächendefektstruktur (5) eine Fräsung (F1) aufweist.
Mikrowellenstruktur nach Anspruch 9, wobei der metallische Körper (KK) ein Kühlkörper zum Abführen von durch die Mikrowellenanordnung entstehender Wärme ist.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Kompensation von Fertigungstoleranzen jede Stufe (24, 25, 26) des mehrstufigen Signalteilers (2) einen Lastausgleichswiderstand (R) aufweist, wobei dieser Lastausgleichswiderstand (R) in eine Fräsung (F2) des Substrats (3) integriert ist.
Mikrowellenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei oberhalb der ersten Seite (31) des Substrats eine Abschirmplatte (A) angeorndet ist.
Leistungskombinierer und/oder Leistungsteiler aufweisend eine Mikrowellenanordnung gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche.