DE102021115979A1

DE102021115979A1 - UWB-Bandpassfilter

Info

Publication number: DE102021115979A1
Application number: DE102021115979.2A
Authority: DE
Inventors: Abu Suheil Belal; Jörg Schrape
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-22
Also published as: US20240120630A1; WO2022268466A1; CN117529850A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein UWB-Bandpassfilter gebildet durch eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte- eine erste dielektrische Schicht (81) aus einem dielektrischen Substrat,- eine Filterstruktur (3, 4) aus elektrisch leitendem Material, auf einer ersten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81),- eine erste Masseschicht (61) aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81), aufweist,- wobei die Filterstruktur (3, 4) einen Eingangsanschluss (1) und einen Ausgangsanschluss (2) aufweist, zwischen dem eine Leitung (3) verläuft, die mehrere erste Leitungsabschnitte (31) und zweite Leitungsabschnitte (32) aufweist, und- wobei die Filterstruktur (1, 2) mehrere Stichleitungen (4) aufweist, die zwischen den ersten Leitungsabschnitten (31) angeordnet sind und die von den zweiten Leitungsabschnitten (32) abzweigen,- wobei die ersten Leitungsabschnitte (31) und die Stichleitungen (4) parallel zueinander angeordnet sind,- wobei die Längsleitung (10) der mittleren ersten Leitungsabschnitte (31) eingefügt wird, aus der zwei um die mittlere erste Leistungsabschnitte rotationssymmetrische offene Stichleitungen (9) abzweigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein UWB-Bandpassfilter gebildet durch eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte

- eine erste dielektrischen Schicht aus einem dielektrischen Substrat,
- eine Filterstruktur aus elektrisch leitendem Material, auf einer ersten Seite der ersten dielektrischen Schicht,
- eine erste Masseschicht aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der ersten dielektrischen Schicht,

- wobei die Filterstruktur einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist, zwischen dem eine Leitung verläuft, die mehrere erste Leitungsabschnitte und zweite Leitungsabschnitte aufweist, und
- wobei die Filterstruktur mehrere erste Stichleitungen aufweist, die zwischen den ersten Leitungsabschnitten angeordnet sind und die von den zweiten Leitungsabschnitten abzweigen.

Aus dem Dokument US 10 116 024 B2 ist ein Kerbfilter bekannt, das in der sogenannten Microstrip-Technologie aufgebaut ist. Dazu ist auf einer Seite einer dielektrischen Schicht eine Filterstruktur vorgesehen.
Ein UWB-Bandpassfilter mit den eingangs genannten Merkmalen ist in Kapitel 3 der Masterarbeit von Cem Cansever mit dem Titel „Design of a Microstrip Bandpass Filter for 3.1-10.6 GHz Uwb Systems“ (2013); Electrical Engineering and Computer Science - Theses. 1; https://surface.syr.edu/eecs_thesis/1 beschrieben. Die Leitung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss erstreckt sich entlang einer Linie zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss. In einem rechten Winkel dazu zweigen die Stichleitungen ab. Alle Stichleitungen liegen auf einer Seite der Leitung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss. Die Leiterplatte, die das UWB-Bandpassfilter bildet, ist lang und schmal. Dadurch hat das UWB-Bandpassfilter bzw. die Leiterplatte eine große Baulänge. Dadurch ist das beschriebene UWB-Bandpassfilter für einige Anwendungen ungeeignet.
Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, ein UWB-Bandpassfilter, das durch eine Leiterplatte gebildet ist, so zu verändern, dass die Leiterplatte bzw. das UWB-Bandpassfilter eine kleinere Baulänge aufweist und kompakter ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ersten Leitungsabschnitte und die Stichleitungen parallel zueinander angeordnet sind. Die ersten Leitungsabschnitte, die zwischen den ersten Stichleitungen liegen, werden gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Design um 90° gedreht. Dadurch kann zu Lasten einer größeren Breite der Leiterplatte eine Verkürzung der Leiterplatte und somit eine kleinere Baulänge erreicht werden. Die Leiterplatte ist dadurch insgesamt kompakter und besser für viele Anwendungen geeignet.
Es ist von Vorteil, wenn die ersten Stichleitungen von den zweiten Leitungsabschnitten abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung abzweigen. Dadurch wird eine geringe parasitäre Verkopplung erreicht.
Die zweiten Leitungsabschnitte können im rechten Winkel zu den ersten Leitungsabschnitten verlaufen.
Das Design der Leitung kann so gewählt sein, dass alle ersten Stichleitungen, die in die erste Richtung abzweigen, auf oder im Bereich einer ersten Geraden beginnen, und dass alle ersten Stichleitungen, die in die zweite Richtung abzweigen, auf oder im Bereich einer zweiten Geraden beginnen, die parallel zur ersten Linie verläuft. Die ersten Leitungsabschnitte liegen dadurch auf einem Streifen zwischen der ersten und der zweiten Geraden und die zweiten Leitungsabschnitte liegen auf der ersten bzw. der zweiten Geraden oder unmittelbar oder mit geringem Abstand parallel zu der ersten bzw. der zweiten Geraden. Die ersten Stichleitungen können in einem rechten Winkel zu der ersten bzw. zweiten Geraden verlaufen.
Die Leiterplatte kann erfindungsgemäß eine zweite dielektrische Schicht aufweisen und die Filterstruktur kann auf einer ersten Seite der zweiten dielektrischen Schicht und zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht eingebettet sein. Dann kann eine zweite Masseschicht aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet sein. So kann die Leiterplatte bzw. das UWB-Bandpassfilter in geschirmter Stripline-Technik ausgeführt sein, wodurch eine hohe Einstrahl- und Abstrahlfestigkeit erreicht werden kann.
Die nicht mit den zweiten Leitungsabschnitten verbundenen Enden der ersten Stichleitungen können über durch die erste bzw. zweite dielektrische Schicht geführte erste Durchkontaktierungen mit der ersten bzw. zweiten Masseschicht verbunden sein. Dadurch wird gleichzeitig zur erzielten Bandfiltercharakteristik ein Gleichstrompfad zur Masse gebildet, was einen ESD-Schutz für eine dem Filter nachgeschaltete Schaltung bewirkt.
Außerdem können die erste Masseschicht und die zweite Masseschicht über durch die dielektrischen Schichten geführte zweite Durchkontaktierungen mit einander verbunden sein. Auch durch solche Via-Guards kann die Ein- und Abstrahlfestigkeit verbessert werden.
Die Leiterplatte bzw. das dielektrisch Material der Leiterplatte kann Standard-FR4-Leiterplattenmaterial sein, was den Vorteil geringer Kosten hat.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht der das UWB-Bandpassfilter bildenden Leiterplatte, wobei eine zweite Masseschicht und eine zweite dielektrische Schicht entfernt sind, so dass die Filterstruktur erkennbar ist, und
2 eine Darstellung eines Schnitts durch die Leiterplatte.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel des UWB-Bandpassfilters ist ein Bandpassfilter vierter Ordnung mit einem Eingangsanschluss 1 und einem Ausgangsanschluss 2. Zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 2 verläuft eine elektrisch leitende Leitung 3 mit ersten Leitungsabschnitten 31 und zweiten Leitungsabschnitten 32. Von den zweiten Leitungsabschnitten 32 zweigen elektrisch leitende erste Stichleitungen 4 ab. Die Leitung 3 und die ersten Stichleitungen 4 bilden eine Filterstruktur 3, 4. Diese Filterstruktur 3, 4 ist zwischen einer ersten elektrisch leitenden Masseschicht 61 und der zweiten elektrisch leitenden Masseschicht 62 eingebettet.
Zwischen den Masseschichten 6 und der Filterstruktur 3, 4 sind eine erste dielektrische Schicht 81 und eine zweite dielektrische Schicht 82 vorgesehen, in denen sich elektromagnetische Wellen ausbreiten können. Die Filterstruktur 3, 4 ist auch seitlich von dielektrischem Material umgeben.
Die Filterstruktur 3, 4 ist kompakt, so dass die Leiterplatte und das von der Leiterplatte gebildete UWB-Bandpassfilter ebenfalls kompakt gestaltet sind. Das wird dadurch erreicht, dass die ersten und die zweiten Leitungsabschnitte 31, 32 nicht entlang einer Linie aneinandergereiht sind, sondern aufeinanderfolgende Leitungsabschnitte 31, 32 in Winkeln von 90° zueinander abgewinkelt sind. Dadurch sind die ersten Leitungsabschnitte 31 parallel zueinander angeordnet. Die zweiten Leitungsabschnitte 32 verbinden das Ende eines vorhergehenden ersten Leitungsabschnitts 31 mit dem Anfang eines folgenden ersten Leitungsabschnitts 31. Einer der ersten Leitungsabschnitte 31 ist mit dem Eingangsanschluss 1 und ein weiterer der ersten Leitungsabschnitte 31 ist mit dem Ausgangsanschluss 2 verbunden, so dass letztlich die Leitung 3 den Eingangsanschluss 1 und den Ausgangsanschluss 2 verbindet.
Die zweiten Leitungsabschnitte liegen entweder auf oder im Bereich einer ersten Geraden oder auf oder im Bereich einer zweiten Geraden, zwischen denen sich die ersten Leitungsabschnitte 31 erstrecken.
Die ersten Stichleitungen 4 zweigen in einem rechten Winkel von den zweiten Leitungsabschnitten abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung nach außen ab. Dazu sind erste Enden der Stichleitungen 4 mit den zweiten Leitungsabschnitten 32 verbunden.
Die Leiterplatte weist verschiedene Durchkontaktierungen 5, 7 auf. Erste Durchkontaktierungen 5 verbinden zweite Enden der Stichleitungen 4 mit den Masseschichten 61, 62, wodurch ein Gleichstrompfad nach Masse hergestellt ist, der einen ESD-Schutz für eine nachfolgende Schaltung bewirkt. Die ersten Stichleitungen 4 sind dadurch kurzgeschlossen. Zweite Durchkontaktierungen 7 verbinden die beiden Masseschichten 61, 62, wodurch eine hohe Ein- und Abstrahlfestigkeit erreicht wird. Diese zweiten Durchkontaktierungen sind entlang des Randes der Leiterplatte vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Eingangsanschluss
2: Ausgangsanschluss
3: Leitung
31: erste Leitungsabschnitte
32: zweite Leitungsabschnitte
4: erste Stichleitungen
5: erste Durchkontaktierungen
6: Masseschichten
61: erste Masseschichten
62: zweite Masseschichten
7: zweite Durchkontaktierungen
8: dielektrische Schichten
81: erste dielektrische Schicht
82: zweite dielektrische Schicht
9: zweite Stichleitungen
10: schmaler Bereich eines ersten Leitungsabschnitts.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10116024 B2 [0002]

Claims

UWB-Bandpassfilter gebildet durch eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte - eine erste dielektrische Schicht (81) aus einem dielektrischen Substrat, - eine Filterstruktur (3, 4) aus elektrisch leitendem Material, auf einer ersten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81), - eine erste Masseschicht (61) aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81), aufweist, wobei die Filterstruktur (3, 4) einen Eingangsanschluss (1) und einen Ausgangsanschluss (2) aufweist, zwischen dem eine Leitung (3) verläuft, die mehrere erste Leitungsabschnitte (31) und zweite Leitungsabschnitte (32) aufweist, und wobei die Filterstruktur (3, 4) mehrere erste Stichleitungen (4) aufweist, die zwischen den ersten Leitungsabschnitten (31) angeordnet sind und die von den zweiten Leitungsabschnitten (32) abzweigen, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Leitungsabschnitte (31) und die ersten Stichleitungen (4) parallel zueinander angeordnet sind.
UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stichleitungen (4) von den zweiten Leitungsabschnitten (32) abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung abzweigen.
UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leitungsabschnitte (32) im rechten Winkel zu den ersten Leitungsabschnitten (31) verlaufen.
UWB-Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle ersten Stichleitungen (4), die in die erste Richtung abzweigen auf oder im Bereich einer ersten Geraden (a) beginnen, und dass alle ersten Stichleitungen (4), die in die zweite Richtung abzweigen, auf oder im Bereich einer zweiten Geraden (b) beginnen, die parallel zur ersten Geraden (a) verläuft.
UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stichleitungen (4) in einem rechten Winkel zu der ersten bzw. zweiten Geraden (a, b) verlaufen.
UWB-Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mit den zweiten Leitungsabschnitten (32) verbundene Enden der ersten Stichleitungen (4) über durch die erste dielektrische Schicht (81) geführte erste Durchkontaktierungen (5) mit der ersten Masseschicht (61) verbunden sind.
UWB-Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte eine zweite dielektrischen Schicht (82) aufweist und dass die Filterstruktur (3, 4) auf einer ersten Seite der zweiten dielektrischen Schicht (82) und zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht (81, 82) eingebettet ist.
UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Masseschicht (62) aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der zweiten dielektrischen Schicht (82) angeordnet ist.
UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit den zweiten Leitungsabschnitten (32) verbundenen Enden der ersten Stichleitungen (4) über durch die zweite dielektrische Schicht (82) geführte weitere erste Durchkontaktierungen (7) mit der zweiten Masseschicht (62) verbunden sind.
UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Masseschicht (61) und die zweite Masseschicht (62) über durch die dielektrischen Schichten (8, 81, 82) geführte zweite Durchkontaktierungen (7) mit einander verbunden sind.