DE19540614C2 - Bauteil zum elektrischen Verbinden einer planaren Struktur mit einer Koaxialstruktur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Elektrotechnik besteht häufig das Problem, planare Strukturen, wie Leiter­ platten oder Schaltungsträger, mit Koaxialstrukturen zu verbinden. Das elektrische Übertragungsverhalten derartiger Verbindungen ist äußerst schwer zu optimieren, da die elektromagnetischen Felder einer Koaxialstruktur mit denjenigen einer planaren Leiterplattenstruktur nicht übereinstimmen. Die Folge hiervon sind unter anderem vom Bezugswiderstand abweichende Impedanzen im Verbindungsbe­ reich, was zu Übertragungs- und Leistungseinbrüchen führen kann. Diese Pro­ bleme vergrößern sich noch, wenn Übertragungen im Gigahertz-Bereich vorzu­ nehmen sind, d. h. in höheren Frequenzbereichen, da dort selbst kleinste Streu­ verluste, die aufgrund schlechter Verbindungen entstehen können, große Auswir­ kungen auf den Leistungsbereich eines elektrischen bzw. elektronischen Gerätes haben.

Es sind Winkelstecker gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für den Übergang von einer Koaxialstruktur auf eine planare Struktur, wie einer Leiterplatte oder einem planaren Schaltungsträger, bekannt (US-PS 5 336 112). Diese bekannten Winkelstecker sind jedoch nicht impedanz­ kontrolliert, d. h. die Anschlüsse auf der Planarstrukturseite unterliegen nicht den Dimensionierungsrichtlinien für ein Wellenleitsystem, wie z. B. eine Mikrostreifen­ leitung.

Aus der DE 37 25 463 A1 ist ein Mikrowellenschaltungs-Bauelement mit einem eine Mikrostreifenschaltung enthaltenden Gehäuse und einem durch die Gehäu­ sewand geführten Anschluß zu einem Streifenleiter der Mikrostreifenschaltung bekannt. Hierbei ist zur Verminderung der Anzahl der Bauteile und zur Verbesserung der Wi­ derstandsfähigkeit gegenüber thermischer Ausdehnung und Zusammenziehung der Teile des Bauelementes ein äußerer Abschnitt des Anschlusses als ein durch die Gehäusewand führender Koaxialleitungsabschnitt und ein innerer Abschnitt des Anschlusses als Streifenleitungsabschnitt ausgebildet. Dieser ist mit dem Koaxialleitungsabschnitt einstückig verbunden und über ein flexibles Leiterelement mit dem in einer Ebene mit diesem Streifenleitungsabschnitt liegenden Streifen­ leiter der Mikrostreifenschaltung verbunden. Hierbei ist der Koaxialleitungsab­ schnitt in einem vorbestimmten Bereich halbiert. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß bei der Übertragung von elektromagnetischen Wellen zuerst ein Übergang von einer koaxialsymmetrischen Wellenverteilung auf eine Feldvertei­ lung gemäß einer halbierten Koaxialstruktur und dann anschließend ein weiterer Übergang von dieser Feldverteilung zu einer Streifenleiterfeldverteilung erfolgt. Diese Anordnung ist daher kompliziert und aufwendig, und es ist sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich, im gesamten Übergangsbereich zwischen den zwei über den Koaxialleiter verbundenen Streifenleitern einen konstanten, vorbe­ stimmten Wellenwiderstand aufrechtzuerhalten.

Bei allen vorgenannten Systemen führen die genannten Nachteile dazu, daß diese nur für vergleichsweise niedrigere Frequenzen bis zu zwei Gigahertz verwendbar sind. Bei höheren Frequenzen führen die Probleme insbesondere der Impedanz und die auftretende Dämpfung dazu, daß diese Verbindungsstrukturen nicht mehr verwendbar sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil zu schaffen, das ei­ nen reflexionsarmen und impedanzkontrollierten Aufbau für einen großen Fre­ quenzbereich bei möglichst kleiner Bauform ermöglicht sowie einfach herzustellen und zu montieren ist.

Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren An­ sprüchen angegeben.

Das beanspruchte Bauteil hat den Vorteil, daß abrupte Sprünge im Feldli­ nienverlauf des elektrischen Felds an der Koppelstelle zwischen planarer und koaxialer Struktur vermieden sind. Das plan­ arstrukurtseitige Anschlußteil ist als planarer Wellenleiter mit einem Streifenleiter und einem dielektrischen Substrat ausgebildet, wobei innerhalb des Außenumfangs des Bauteils das koaxialstrukturseitige Anschlußteil durch das Substrat hindurch mit dem Streifenleiter verbunden ist.

Somit wird das planarstrukturseitige Anschlußteil in gleicher oder ganz ähnlicher Weise wie die Leiterbahn der planaren Struktur ausgeführt und der eigentliche Übergang von der planaren Struktur auf die Koa­ xialstruktur in das Bauteil hineinverlegt. Hierdurch ist es möglich, daß bereits der Hersteller das planarstrukturseitige Anschlußteil gemäß den Richtlinien einer planaren Leitung realisiert und die Komponenten des Bauteils derart optimiert, daß eine sehr dispersionsarme Leitung realisiert wird, mit der breitbandige digitale Signale verzerrungsfrei übertragen werden können. Die Reflexionsdämpfung von derartig realisierten Bauteilen ist sehr groß, wogegen die Transmissionsverluste sehr gering sind.

Zweckmäßigerweise ist das Substrat aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) gefertigt.

Besonders günstige elektrische Übertragungseigenschaften ergeben sich, wenn der Streifenleiter zum Verbinden mit einer Leiterbahn bestimmt ist, die zumindest an der Kontaktierungsstelle im wesentlichen die gleiche Breite wie der Streifenlei­ ter aufweist.

Ein weiterer Vorteil des beanspruchten Bauteils liegt darin, daß einerseits für das planarstrukturseitige Anschlußteil ein gewisser Schutz vor Beschädigungen erreicht wird und andererseits auch das Gehäuse derart gestaltet ist, daß die ge­ wünschten elektrischen und magnetischen Eigenschaften im Umfeld des planar­ strukturseitigen Anschlußteils erzielt werden.

Sowohl für die Übertragung analoger als auch digitaler Signale gilt, daß das Bauteil über einen weiten Frequenzbereich, vom Gleichstrom bis in den Mikrowellenbereich, eine sehr gute Anpassung aufweist.

Eine sichere Verbindung zwischen dem Bauteil und einer Koaxialleitung ergibt sich, wenn am koaxialstrukturseitigen Anschlußteil ein Schraub- oder Klemman­ schluß zur Befestigung der Koaxialleitung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 das Bauteil in perspektivischer Darstellung und

Fig. 2 im vertikalen mittigen Längsschnitt mit darunter angeordneter Leiter­ platte.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist das dargestellte Bauteil ein im wesentli­ chen würfelförmiges Gehäuse 1 auf, in dem sich ein Koaxialanschluß 2 befindet. Der Koaxialanschluß 2 besteht aus einer mittig im Gehäuse 1 angeordneten, hori­ zontalen gestuften Koaxialbohrung 3, in die mittig ein horizontales koaxialstruktur­ seitiges Anschlußteil 4 in Form eines Stiftes ragt. Der Koaxialanschluß 2 ist zur Rückseite 5 des Gehäusees 1 hin offen. Wenn daher von dort ein bekannter Koa­ xialstecker in die Koaxialbohrung 3 eingeführt wird, wird der Innenleiter des Koa­ xialsteckers mit dem Stift 4 kontaktiert.

An seiner Vorderseite 6 weist das Gehäuse 1 eine Vertiefung 7 auf, in die ein ver­ tikal ausgerichtetes, plattenförmiges Substrat 8 eingelegt ist. Auf dem Substrat 8 ist ein Streifenleiter 9 aufgebracht, der sich von einem Bereich, der in der Nähe des Bodens 10 des Gehäuses 1 liegt, vertikal nach oben bis zum Stift 4 erstreckt und gemeinsam mit dem Substrat 8 ein planarstrukturseitiges Anschlußteil bildet.

Der Stift 4 des Koaxialanschlusses 2 ist durch eine horizontale Bohrung 1-1 des Substrats 8 hindurchgeführt und steht mit dem Streifenleiter 9 in Verbindung.

Das Substrat wird an denjenigen Stellen, die nicht vom Streifenleiter 9 belegt sind, von einem Deckel 12 abgedeckt.

Der Streifenleiter 9 und das vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) be­ stehende Substrat 8 bilden einen planaren Wellenleiter.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß bei der dargestellten Ausführungsform nur eine ko­ planare Wellenleitung stattfindet, wobei der untere Teil 13 des Gehäuses 1 einen geringfügigen Abstand zum Substrat 8 aufweist. Würde man das Gehäuse 1 symmetrisch ausführen, d. h., daß das untere Gehäuseteil 13 an das Substrat 8 anschließt, könnte eine Mikrostreifenleitung dimensioniert werden.

Das in Fig. 2 gezeigte Bauteil ist derart ausgebildet, daß es auf eine planare Struktur in Form einer Leiterplatte 14 aufgesetzt werden kann. Der Streifenleiter 9 liegt im montierten Zustand des Bauteils stirnseitig auf einer Leiterbahn 15 der Leiterplatte 14 auf und ist mit der Leiterbahn 15 mittels einer Lötverbinddung 16 verbunden. Das Substrat 8 erstreckt sich dagegen nicht vollständig bis zur Leiter­ bahn 15, so daß ein in Fig. 2 gezeigter Freiraum 23 verbleibt, in den die Leiter­ bahn 15 vorstehen kann.

Von Bedeutung ist, daß der planare Anschluß des Bauteils, d. h. der Streifenleiter 9 und das darunter liegende Substrat 8, gemäß den Richtlinien einer planaren Leitung realisiert werden. Beispiele hierfür sind Mikrostreifenleitungen oder ko­ planare Leitungen.

Claims (6)

1. Bauteil zum elektrischen Verbinden einer planaren Struktur mit einer Koa­ xialstruktur, umfassend ein planarstrukturseitiges Anschlußteil zum Verbinden mit einer planaren Leiterbahn (15) und ein koaxialstrukturseitiges Anschlußteil (4), das mit einer Koaxialleitung verbindbar ist, wobei das planarstrukturseitige Anschluß­ teil innerhalb des Außenumfangs des Bauteils mit dem koaxialstrukturseitigen An­ schlußteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das planarstrukturseitige Anschlußteil ein planarer Wellenleiter ist, der ein dielek­ trisches Substrat (8) und einen Streifenleiter (9) aufweist, wobei innerhalb des Ge­ häuses (1) des Bauteils das koaxialstrukturseitige Anschlußteil (4) durch das Sub­ strat (8) hindurch mit dem Streifenleiter (9) verbunden ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (8) aus Polytetrafluoräthylen ist.

3. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifenleiter (9) zum Verbinden mit einer Leiterbahn (15) bestimmt ist, die zumindest an der Kontaktierungsstelle im wesentlichen die gleiche Breite wie der Streifenleiter (9) aufweist.

4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Streifenleiter (9) als Mikrostreifenleitung oder koplanare Leitung aus­ gebildet ist.

5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß am koaxialstrukturseitigen Anschlußteil (4) ein Schraub- oder Klemman­ schluß zur Befestigung einer Koaxialleitung vorgesehen ist.

6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Streifenleiter (9) senkrecht zum koaxialstrukturseitigen Anschlußteil (4) angeordnet ist.