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Übergang
zwischen einem Hohlleiter und einer Microstrip-Leitung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Übergang
zwischen einem Hohlleiter und einer Microstrip-Leitung, wobei die
Microstrip-Leitung auf einer Leiterplatte aufgebracht ist, die mit
dem Hohlleiter fest verbunden ist und wobei die Leiterplatte zwischen
dem Hohlleiterende und einer ersten Metallisierungsschicht eine
Dicke von einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge aufweist.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 42 41 635 A1 ist ein Übergang von
einer Microstrip-Leitung auf einen Hohlleiter bekannt, bei dem die
Microstrip-Leitung, deren Substrat masseseitig auf einer Wand eines
Gehäuses
aufliegt, auf eine unilaterale Suspended-Substrate-Leitung übergeht,
wobei sich ein über
der dieser Leitung gegenüberliegenden
Substratseite befindlicher Raum im Gehäuse auf einen Querschnitt aufweitet,
der dem Querschnitt des daran anschließenden Hohlleiters entspricht
und dass die Suspended-Substrat-Leitung mit der Hohlleiterwand kontaktiert
ist.
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Aus der
DE 44 41 073 ist ebenfalls ein Übergang
von einer Microstrip-Leitung auf einen Hohlleiter bekannt, wobei
die Microstrip-Leitung auf eine bilaterale Suspended-Substrate-Leitung,
welche mit der Hohlleiterwand kontaktiert ist, übergeht.
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Der Kern der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Übergang
zwischen einem Hohlleiter und einer Microstrip-Leitung anzugeben,
der in beiden Richtungen betreibbar ist und bei dem der Hohlleiterabschluss
auf einfache, präzise
und kostengünstige Weise
in der Leiterplatte realisierbar ist, auf der die Microstrip-Leitung
aufgebracht ist und mit der der Hohlleiter verbunden ist. Erfindungsgemäß wird dieses
durch die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Vorteilhafter Weise ist der Hohlleiter
so angeordnet, dass dessen Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Leiterplatte
angeordnet ist. Hierdurch kann man den Hohlleiterabschluss, der üblicherweise
ein Viertel der mittleren Betriebswellenlänge aufweist, in der Leiterplatte
integrieren, so dass Einfräsungen
oder verschiebbare Abgleichelemente am Hohlleiter entfallen können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
die Leiterplatte einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Durch den
mehrschichtigen Aufbau ist es möglich,
den Hohlleiterabschluss, der üblicherweise
ein Viertel der mittleren Betriebswellenlänge beträgt, präzise herzustellen und eine
metallisierte Masseschicht so anzuordnen, dass durch den Abschluss
eine λ/4-Transformation realisiert
wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
die mehrschichtige Leiterplatte auf der dem Hohlleiter zugewandten
Seite, auf der auch die Microstrip-Leitung aufgebracht ist, ein
Hochfrequenzsubstrat aufweist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
die mehrschichtige Leiterplatte auf der dem Hohlleiter abgewandten
Seite eine metallische Masseschicht aufweist, die mittels Durchkontaktierungen
durch die Leiterplatte mit dem Hohlleitergehäuse verbunden ist. Hierdurch
erreicht man eine sehr gute Massekontaktierung zwischen der Leiterplatte
und dem Hohlleiter.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
die zu übertragende
elektrische Leistung vom Hohlleiter in die Microstrip-Leitung eingekoppelt
wird. Hierdurch ist es möglich,
elektrische Hochfrequenzsignale in einem Hohlleiter, beispielsweise
in Verbindung mit einer Gunn-Diode
zu erzeugen und diese auf eine Leiterplatte mit Microstrip-Leitungen
einzukoppeln, auf der diese Signale weiter verarbeitet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, dass
die elektrische Leistung von der Microstrip-Leitung in den Hohlleiter
eingekoppelt wird. Hierdurch ist es möglich, elektrische Signale,
die auf einer Leiterplatte mit Microstrip-Leitung erzeugt und verarbeitet
wurden, in einen Hohlleiter einzukoppeln, mittels dem die elektrischen
Signale zur Weiterverarbeitung transportiert werden.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in den Zeichnungen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
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1 die
Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 eine Schnittansicht eines
Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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In 1 ist
die Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Überganges dargestellt.
Zu erkennen ist die Leiterplatte 4, die auf der dem Hohlleiter 1 zugewandten
Seite ein HF-Substrat 3 aufweist. Auf dieser Leiterplatte
ist weiterhin eine Microstrip-Leitung 2 vorgesehen, die
im Bereich des Hohlleiterendes endet und zur rechten Seite der 1 herausgeführt wird.
Diese Microstrip-Leitung weist im Bereich des Hohlleiterendes sowohl
eine geringere Dicke als auch eine geringere Breite auf, wodurch
eine Anpassung seitens der Microstrip-Leitung erreicht wird. Auf
dieser Leiterplatte 4 ist ein Hohlleiterendstück 1 befestigt,
das vorteilhafter Weise als gefrästes Metallstück ausgeführt sein
kann. Dieses Hohlleiterendstück 1 weist
im Bereich der Mikrostreifenleitung 2 eine Ausfräsung auf
sowie im Endbereich der Microstrip-Leitung eine Hohlleiterausfräsung, deren
Wellenausbreitungsrichtung senkrecht auf der Leiterplattenebene
steht. Die Leiterplatte 4 weist in dem Bereich, in dem
das Hohlleiterendstück auf
der Leiterplatte aufsitzt, eine Metallisierungsschicht 5 auf,
die im Bereich des Microstrip-Leitungskanal sowie im Hohlleiterendbereich
unterbrochen ist. Die Leiterplatte 4 kann hierbei entweder
als Einzellagenleiterplatte oder als Mehrfachlagenleiterplatte ausgeführt sein.
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In 2 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A', die in 1 strichpunktiert
eingetragen ist, dargestellt. Zu erkennen ist wiederum das Hohlleiterendstück, das
im Bereich der Mikrostreifenleitung 2 einen ausgefrästen Kanal
sowie die Ausfräsung
für den
Hohlleiter selbst aufweist. Weiterhin ist auf der dem Hohlleiter 1 zugewandten
Seite der Leiterplatte 4 eine Schicht aus HF-Substrat 3 eingezeichnet,
sowie darauf eine Metallisierungsschicht 5. Diese Metallisierungsschicht 5 auf
der dem Hohlleiterendstück
zugewandten Seite ist jedoch im Bereich des Hohlleiterabschlusses
sowie im Bereich der Mikrostreifenleitung 2 unterbrochen.
Auf der dem Hohlleiterendstück
abgewandten Seite der Leiterplatte 4 ist ebenfalls eine
Metallisierungsschicht aufgebracht, die als Masseleitung wirkt.
Im Bereich des Hohlleiterabschlusses weist die Leiterplatte 4 sowie
das HF-Substrat 3 Durchkontaktierungen 6 auf,
die eine Masseverbindung zwischen den Metallisierungsschichten 5 und 8 der
dem Hohlleiter abgewandten Metallisierungsschichten sowie der dem
Hohlleiter zugewandten Metallisierungsschicht herstellt. Im Randbereich,
in dem die Mikrostreifenleitung 2 in das Hohlleiterende
hineinragt sind diese Durchkontaktierungen als Sacklöcher 7 ausgeführt, so
dass die Mikrostreifenleitung nicht mit der hohlleiterfernen Massefläche 5 verbunden
ist, jedoch einen Massekontakt mit der Masseschicht 8 der
Mikrostreifenleitermasse aufweist. In dem Fall, dass die Leiterplatte 4 als
Einfachlagenleiterplatte ausgeführt
ist, ist es von erfindungsgemäßer Bedeutung,
dass die Dicke d der HF-Substratschicht sowie der Leiterplatte 4 einem Viertel
der mittleren Betriebswellenlänge
der im Hohlleiter geführten
Hochfrequenzwellenlänge
entspricht. Durch diese Dimensionierung erreicht man eine λ/4-Transformation
der Metallisierungsschicht auf der dem Hohlleiterendstück abgewandten
Seite der Leiterplatte 4, so dass auf weitere Anpassungselemente oder
Einfräsungen
verzichtet werden kann. Durch diese Maßnahme wird ein einfach herzustellender und
präzise
arbeitender Abschluss des Hohlleiters erreicht. Bei dieser Ausführung ist
es jedoch wichtig, dass die Leiterplatte 4 sowie das HF-Substrat 3 im Bereich
des Hohlleiterabschlusses keine weiteren Metallisierungen aufweisen,
mit Ausnahme der in den Hohlleiter hineinragenden Microstrip-Leitung 2. In
dem Fall, dass die Leiterplatte 4 als Mehrfachlagenleiterplatte
ausgeführt
ist, ist es ebenfalls von besonderer Bedeutung, dass im Bereich
des Hohlleiterabschlusses die Mehrfachlagenleiterplatte 4 sowie das
HF-Substrat 3 keine Metallisierungsschichten oder Leiterbahnen
aufweisen, da diese die U4-Transformation der Leiterplatte 4 sowie
des HF-Substrats 3 beeinflussen
würde.
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In 3 ist
eine dreidimensionale Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels dargestellt,
das ebenfalls entlang der Linie A-A' gemäß 1 aufgeschnitten wurde. Es
ist wiederum das Hohlleiterendstück 1 erkennbar,
das vorteilhafter Weise als Metallblock ausgeführt ist, der im Bereich der
Microstrip-Leitung 2 und des Hohlleiters Aussparungen aufweist.
Weiterhin ist die Leiterplatte 4 zu erkennen, die als Einfachlagenleiterplatte
oder als Mehrfachlagenleiterplatte ausgeführt sein kann. Auf dieser Leiterplatte 4 ist
eine Schicht 3 aus HF-Substrat aufgebracht, die das elektrische
Verhalten der Leiterplatte bezüglich
der Hochfrequenzsignale verbessert. Auf diesem HF-Substrat ist weiterhin
eine Metallisierungsschicht 5 erkennbar, die im Bereich
der Kontaktflächen
des Hohlleiterendstücks 1 sowie
im Außenbereich
aufgebracht ist. Im Bereich des Hohlleiterendes sowie im Bereich
der Mikrostreifenleitung 2 ist diese Metallisierungsschicht 5,
die auf der dem Hohlleiterendstück
zugewandten Seite der Leiterplatte 4 aufgetragen ist, ausgenommen.
Auf der dem Hohlleiterendstück 1 abgewandten
Seite der Leiterplatte 4 ist eine durchgängige Metallisierungsschicht 5 vorgesehen,
die mittels der Durchkontaktierungen 6 im Randbereich des
Hohlleiterendes mit der oberen, dem Hohlleiterendstück zugewandten
Metallisierungsschicht verbunden ist. In dem Randbereich des Hohlleiterendes,
in dem die Microstrip-Leitung 2 in das Hohlleiterende hineinragt,
sind die Durchkontaktierungen 6 als Sacklöcher 7 ausgeführt. Hierdurch ist
es möglich,
eine Zwischenmetallisierungsschicht auf Masse zu legen oder Signalleitungen
vorzusehen. Eine Zwischenmetallisierungsschicht oder Signalleitungen
dürfen
jedoch wie bereits erwähnt
nicht im Bereich des Hohlleiterendes in der Leiterplatte 4 oder
dem HF-Substrat 3 vorgesehen werden. Weiterhin ist zu erkennen,
dass die Leiterplatte 4 sowie das HF-Substrat 3 im Bereich des Hohlleiterendes
eine Dicke aufweisen, die einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge der
Hohlleiterwellenlänge
entspricht. Durch das Vorsehen des Hohlleiterabschlusses als Teil
der Leiterplatte 4 bzw. des HF-Substrats 3 erreicht
man einen einfach zu fertigenden und präzise arbeitenden Übergang
zwischen einem Hohlleiter und einer Microstrip-Leitung, der in beiden
Richtungen betreibbar ist.
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Es ist weiterhin möglich, die
Leiterplatte 4 als Mehrfachlagenleiterplatte auszuführen, so
dass die Gesamtdicke der Leiterplatte 4 sowie des HF-Substrats 3 größer ist
als ein Viertel der mittleren Betriebswellenlänge. In diesem Fall kann man
in einer Zwischenlage der Leiterplatte 4 eine Metallisierungsschicht
vorsehen, die mit einem Masseanschluss verbunden ist, so dass der
Bereich der Leiterplatte 4, der dem Hohlleiterendstück 1 zugewandt
ist sowie der Dicke der HF-Substratschicht 3 wiederum ein Viertel
der mittleren Betriebswellenlänge
der Hohlleiterfrequenz entspricht. Auf diese Weise ist es auch möglich, dickere
Leiterplatten herzustellen, ohne auf den erfindungsgemäßen λ/4-Abschluss verzichten
zu müssen,
der in die Leiterplatte 4 sowie die HF-Substratschicht 3 integriert
ist.