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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elemente mit gekoppelten
Leitungen und insbesondere auf ein Element mit gekoppelten Leitungen
zur Verwendung bei einem 90°-Hybridkoppler,
bei einem Balun (oder Symmetrieglied) oder dergleichen.
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Der
Aufbau eines herkömmlichen
Elements mit gekoppelten Leitungen zur Verwendung bei einem 90°-Hybridkoppler
wird nachfolgend bezugnehmend auf die 5 und 6 beschrieben.
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Ein
Element 41 mit gekoppelten Leitungen, das in den 5 und 6 gezeigt
ist, weist ein Substrat 42 auf, das aus einen Dielektrikum,
wie z. B. einem Keramikmaterial, besteht. Eine Masseelektrode g
ist über
dem gesamten Bereich einer rückwärtigen Oberfläche 42a des
Substrats 42 gebildet. Ein Paar von gekoppelten Leitungen 43 und 44,
die als Mikrostreifenleitungen gebildet und angeordnet sind, um
durch ein elektromagnetisches Feld miteinander gekoppelt zu sein,
sind auf einer vorderen Oberfläche 42b des
Substrats 42 gebildet. Die gekoppelten Leitungen 43 und 44 sind
parallel zueinander gewunden, um einen im allgemeinen kreisförmigen Spiralabschnitt 45 zu
bilden. In dem spiralförmigen
Abschnitt 45 bilden die gekoppelten Leitungen 43 und 44 relativ
zueinander eine äußere Windung
bzw. eine innere Windung. Elektrodenanschlußflächen sind jeweils an entgegengesetzten
Enden der gekoppelten Leitung 43 vorgesehen, um einen Eingangsanschluß 46 und
einen Ausgangsanschluß 47 zu
bilden. Auf ähnliche
Weise sind Elektrodenanschlußflächen an entgegengesetzen
Enden der gekoppelten Leitung 44 vorgesehen, um einen Ausgangsanschluß 48 und einen
Isolationsanschluß 49 (auch ”Trennanschluß” genannt)
zu bilden. Der Eingangsanschluß 46 und der
Ausgangsanschluß 48 sind
auf dem Substrat entlang einer Linie ausgerichtet, die durch eine
strichpunktierte Linie A dargestellt ist, während der Ausgangsanschluß 47 und der
Isolationsanschluß 49 auf dem
Substrat 42 entlang einer Linie ausgerichtet sind, die
durch eine strichpunktierte Linie B dargestellt ist.
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Bei
dem derart aufgebauten Element 41 mit gekoppelten Leitungen
wird eine Welle, die auf den Eingangsanschluß 46 der gekoppelten
Leitung 43 einfällt,
zu dem Ausgangsanschluß 47 der
gekoppelten Leitung 43 und zu dem Ausgangsanschluß 48 der gekoppelten
Leitung 44 verteilt, wobei dadurch Signale mit einer Phasendifferenz
von etwa 90° aus
den Ausgangsanschlüssen 47 und 48 ausgegeben
werden. Der Isolationsanschluß 49 ist
nicht-reflektierend abgeschlossen.
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Bei
dem herkömmlichen
Element 41 mit gekoppelten Leitungen ist jedoch die Länge der
gewundenen gekoppelten Leitung 44, die die innere Windung
in dem spiralförmigen
Abschnitt 45 bildet, kürzer
als die der gewundenen gekoppelten Leitung 43, die die äußere Windung
bildet, da sowohl das Paar der Anschlüsse 46 und 47 als
auch das Paar der Anschlüsse 48 und 49 der
gekoppelten Leitungen 43 und 44 wie oben beschrieben
ausgerichtet sind. Wenn demgemäß beispielsweise
die Leitungslänge der
gekoppelten Leitung 43 eingestellt ist, um eine Länge von λ/4 zu erreichen,
kann die Leitungslänge der
gekoppelten Leitung 44, die kürzer als die der gekoppelten
Leitung 43 ist, nicht eingestellt werden, um die Länge von λ/4 zu erreichen,
derart, daß eine
gewünschte
Phasendifferenz von etwa 90° zwischen den
Ausgangssignalen von den gekoppelten Leitungen 43 und 44 nicht
erreicht werden kann.
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Die
EP 0 302 479 A1 zeigt
einen Streifenleitungskoppler mit zwei kopplerhälften, die über Durchkontaktierungen oder
Bonddrähte
verbunden sind.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Element mit
gekoppelten Leitungen zu schaffen, bei dem die Leitungslängen einer
Mehrzahl von gekoppelten Leitungen gleichgemacht sind, um eine Phasendifferenz
in einem erwünschten
Bereich zwischen Ausgangssignalen des Elements mit gekoppelten Leitungen
einstellen zu können,
ohne dass zusätzliche
parasitäre
komponenten für
den Läufenausgleich
erforderlich sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Element mit gekoppelten Leitungen gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht eines Elements mit gekoppelten Leitungen, welches ein
erstes, nicht erfindungsgemäßes Beispiel
darstellt;
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2 eine
Seitenansicht des Elements mit gekoppelten Leitungen von 1 aus
der Richtung des Pfeils P;
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3 eine
Draufsicht eines Elements mit gekoppelten Leitungen, welches ein
zweites, nicht erfindungsgemäßes Beispiel
darstellt;
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4 eine
Draufsicht eines Elements mit gekoppelten Leitungen, welches ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 eine
Draufsicht eines herkömmlichen Elements
mit gekoppelten Leitungen; und
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6 eine
Seitenansicht des Elements mit gekoppelten Leitungen von 5 aus
der Richtung eines Pfeils Q.
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Ein
Element mit gekoppelten Leitungen, welches ein erstes, nicht erfindungsgemäßes Beispiel darstellt
und welches zur Verwendung bei einem 90°-Hybridkoppler angepaßt ist,
wird nachfolgend bezugnehmend auf die 1 und 2 beschrieben.
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Ein
Element 1 mit gekoppelten Leitungen, das in den 1 und 2 gezeigt
ist, umfaßt
ein Substrat 2, welches aus einem Dielektrikum, wie z.
B. aus einem Keramikmaterial, besteht. Eine Masseelektrode G ist
in dem gesamten Bereich einer rückwärtigen Oberfläche des
Substrats 2a des Substrats 2 gebildet. Ein Paar
von gekoppelten Leitungen 3 und 4, die aus Mikrostreifenleitungen
gebildet und angeordnet sind, um durch ein elektromagnetisches Feld miteinander
gekoppelt zu sein, sind auf einer vorderen Oberfläche 2b des
Substrats 2 vorgesehen. Die gekoppelten Leitungen 3 und 4 sind
parallel zueinander gewunden, um einen im allgemeinen kreisförmigen Spiralabschnitt 5 zu
bilden. In dem Spiralabschnitt 5 bilden die gekoppelten
Leitungen 3 und 4 bezüglich zueinander eine äußere Windung
bzw. eine innere Windung.
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Elektrodenanschlußflächen sind
jeweils an entgegengesetzten Enden der gekoppelten Leitung 3 vorgesehen,
um einen Eingangsanschluß 6 und
einen Ausgangsanschluß 7 zu
bilden. Andererseits ist eine Elektrodenanschlußfläche an einem Ende der gekoppelten
Leitung 4 vorgesehen, um einen Ausgangsanschluß 8 zu
bilden, wohingegen eine Erweiterungsleitung 4a an dem anderen
Ende der gekoppelten Leitung 4 vorgesehen ist. Die Erweiterungsleitung 4a ist
aus einer Mikrostreifenleitung gebildet, die sich an das andere
Ende der gekoppelten Leitung 4 anschließt. Eine Elektrodenanschlußfläche ist
an dem äußeren Ende
der Erweiterungsleitung 4a vorgesehen, um einen Isolationsanschluß 9 zu
bilden.
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Bei
dem derart aufgebauten Element 1 mit gekoppelten Leitungen
wird eine Welle, die auf den Eingangsanschluß 6 der gekoppelten
Leitung 3 einfällt,
zu dem Ausgangsanschluß 7 der
gekoppelten Leitung 3 und zu dem Ausgangsanschluß 8 der
gekoppelten Leitung 4 verteilt, wodurch Signale mit einer
Phasendifferenz von etwa 90° aus
den Ausgangsanschlüssen 7 und 8 ausgegeben
werden. Der Isolationsanschluß 9 ist
nicht-reflektierend abgeschlossen.
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Bei
dem Element 1 mit gekoppelten Leitungen können die
Leitungslängen
der gekoppelten Leitungen 4 der inneren Windung und der
gekoppelten Leitung 3 der äußeren Windung in dem Spiralabschnitt 5 durch
Auswählen
der Länge
der Erweiterungsleitung 4a gleichgemacht werden. Demgemäß können sowohl
die Leitungslänge
der gekoppelten Leitung 3 als auch die Leitungslänge der
gekoppelten Leitung 4 auf einen Werte eingestellt werden,
um eine erwünschte
Länge bezüglich einer
Wellenlänge zu
erreichen, wie z. B. λ/4.
Als Ergebnis kann die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen aus
den gekoppelten Leitungen 3 und 4 zuverlässig auf
einen Werte etwa gleich dem gewünschten
Wert von 90° eingestellt
werden.
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Ein
Element mit gekoppelten Leitungen, welches ein zweites, nicht erfindungsgemäßes Beispiel dargestellt
und zur Verwendung bei einem Balun angepaßt ist, wird nachfolgend bezugnehmend
auf 3 beschrieben. Komponenten, die zu denen des ersten
identisch sind oder denselben entsprechen, sind durch die gleichen
Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend nicht spezifisch
beschrieben.
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Ein
Element 11 mit gekoppelten Leitungen, welches in 3 gezeigt
ist, weist ein Substrat 2 mit einer Masseelektrode (nicht
gezeigt) auf, die auf ihrer rückwärtigen Oberfläche 2a gebildet
ist. Drei gekoppelte Leitungen 13, 14 und 15,
die aus Mikrostreifenleitungen gebildet und angeordnet sind, um
miteinander durch ein elektromagnetisches Feld gekoppelt zu sein,
sind auf einer vorderen Oberfläche 2b des
Substrats 2 vorgesehen. Die gekoppelten Leitungen 13, 14 und 15 sind
parallel zueinander gewunden, um einen im allgemeinen rechteckigen
Spiralabschnitt 16 zu bilden. In dem Spiralabschnitt 16 ist
die gekoppelte Leitung 13 als eine äußerste Windung gewunden, während die
gekoppelte Leitung 14 innerhalb der gekoppelten Leitung 13 und
die gekoppelte Leitung 15 innerhalb der gekoppelten Leitung 14 gewunden
ist.
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Elektrodenanschlußflächen sind
jeweils an entgegengesetzten Enden der gekoppelten Leitung 13 vorgesehen,
um einen Masseanschluß 17 und
einen Ausgangsanschluß 18 zu
bilden. Elektrodenanschlußflächen sind
jeweils an entsprechenden Enden der gekoppelten Leitungen 14 und 15 vorgesehen, um
einen Eingangsanschluß 19 und
einen Masseanschluß 20 zu
bilden. Andererseits sind Erweiterungsleitungen 14a und 15a an
den anderen Enden der gekoppelten Leitungen 14 und 15 vorgesehen.
Jede der Erweiterungsleitungen 14a und 15a ist
aus einer Mikrostreifenleitung gebildet die sich an das andere Ende
der gekoppelten Leitung 14 oder 15 anschließt. Das äußere Ende
der Erweiterungsleitung 14a ist mit der Erweiterungsleitung 15a in
der Nähe
des äußeren Endes
der Erweiterungsleitung 15a verbunden. Eine Elektrodenanschlußfläche ist
an dem äußeren Ende
der Erweiterungsleitung 15a vorgesehen, um einen Ausgangsanschluß 21 zu
bilden. Bei dem derart aufgebauten Element 11 mit gekoppelten
Leitungen, wird eine Welle, die auf den Eingangsanschluß 19 der
gekoppelten Leitung 14 einfällt, zu dem Ausgangsanschluß 8 der
gekoppelten Leitung 13 und zu dem Ausgangsanschluß 21,
der mit den gekoppelten Leitungen 14 und 15 verbunden
ist, verteilt, wodurch Signale mit einer Phasendifferenz von etwa
180° aus den
Ausgangsanschlüssen 18 und 21 ausgegeben werden.
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Bei
dem Element 11 mit gekoppelten Leitungen können die
Leitungslängen
der gekoppelten Leitungen 14 und 15 der inneren
Windung und der gekoppelten Leitung 13 der äußeren Windung
in dem Spiralabschnitt 16 durch Auswählen der Länge der Erweiterungsleitungen 14a und 15a gleichgemacht werden.
Demgemäß können die
Leitungslängen
der gekoppelten Leitungen 13, 14 und 15 auf
einen Wert eingestellt werden, um eine erwünschte Länge bezüglich einer Wellenlänge, wie
z. B. λ/4,
zu erreichen. Als Ergebnis kann die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen
von der gekoppelten Leitung 13 und den gekoppelten Leitungen 14 und 15 zuverlässig auf
einen Wert etwa gleich dem erwünschten Werten
von 180° eingestellt
werden.
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Ein
Element mit gekoppelten Leitungen, welches ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt und welches zur Verwendung
bei einem 90°-Hybridkoppler
angepaßt
ist, wird nachfolgend bezugnehmend auf 4 beschrieben.
Komponenten, die denen des ersten Beispiels entsprechen oder zu
denselben identisch sind, sind durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und werden nicht mehr spezifisch beschrieben.
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Ein
Element 31 mit gekoppelten Leitungen, das in 4 ge zeigt
ist, weist ein Substrat 2 mit einer Masseelektrode (nicht
gezeigt), die auf seiner rückwärtigen Oberfläche 2a gebildet
ist, auf. Ein Paar von gekoppelten Leitungen 33 und 34,
die aus Mikrostreifenleitungen, die miteinander durch ein elektromagnetisches
Feld gekoppelt sind, gebildet sind, sind auf einer vorderen Oberfläche 2b des
Substrats 2 vorgesehen. Die gekoppelten Leitungen 33 und 34 sind
parallel zueinander gewunden, um Spiralabschnitte 5a und 5b zu
bilden. Die Spiralabschnitte 5a und 5b sind durchgehend
und einstückig
miteinander ausgeführt, um
im allgemeinen rotationssymmetrisch zu sein. Die Abschnitte der
gekoppelten Leitungen 33 und 34 in dem Spiralabschnitt 5a und
in dem Spiralabschnitt 5b sind in entgegengesetzten Richtungen
gewunden. D. h., daß die
gekoppelte Leitung 33 eine äußere Windung in dem Spiralabschnitt 5a und
eine innere Windung in dem Spiralabschnitt 5b bildet, wohingegen die
gekoppelte Leitung 34 eine innere Windung in dem Spiralabschnitt 5a und
eine äußere Windung
in dem Spiralabschnitt 5b bildet.
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Elektrodenanschlußflächen sind
jeweils an entgegengesetzten Enden der gekoppelten Leitung 33 vorgesehen,
um einen Eingangsanschluß 36 und einen
Ausgangsanschluß 37 zu
bilden, während Elektrodenanschlußflächen jeweils
an entgegengesetzten Enden der gekoppelten Leitung 34 vorgesehen
sind, um einen Eingangsanschluß 38 und
einen Isolationsanschluß 39 zu
bilden.
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Bei
dem derart aufgebauten Element 31 mit gekoppelten Leitungen
wird eine Welle, die auf den Eingangsanschluß 36 der gekoppelten
Leitung 33 einfällt,
zu dem Ausgangsanschluß 37 der
gekoppelten Leitung 33 und zu dem Ausgangsanschluß 38 der gekoppelten
Leitung 34 verteilt, wodurch Signale mit einer Phasendifferenz
von etwa 90° aus
den Ausgangsanschlüssen 37 und 38 ausgegeben
werden. Der Isolationsanschluß 39 ist
nicht-reflektierend abgeschlossen.
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Bei
dem Element 31 mit gekoppelten Leitungen können die
Leitungslängen
der gekoppelten Leitungen 33 und 34 durch Winden jeder
der gekoppelten Leitungen 33 und 34 an äußeren und
inneren Positionen gleichgemacht werden, derart, daß die Spiralabschnitte 5a und 5b durchgehend
miteinander ausgebildet sind. Demgemäß können beide Leitungslängen der
gekoppelten Leitungen 33 und 34 auf einen Wert
eingestellt werden, um eine erwünschte
Länge bezüglich einer
Wellenlänge
zu erreichen, wie z. B. λ/4.
Als Ergebnis kann die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen
aus den gekoppelten Leitungen 33 und 34 zuverlässig auf
einen Wert etwa gleich dem erwünschten
Wert von 90° eingestellt
werden.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist jeder Spiralabschnitt der beiden
Spiralabschnitte gebildet, um im allgemeinen kreisförmig oder
rechteckig zu sein. Gekoppelte Leitungen können jedoch in irgendeiner
anderen Form gebildet werden, um einen oder zwei Spiralabschnitte
zu bilden.
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Die
Anordnung des Ausführungsbeispiels wurde
bezugnehmend auf eine Anwendung auf ein Element mit gekoppelten
Leitungen zur Verwendung bei einem 90°-Hybridkoppler beschrieben.
Drei gekoppelte Leitungen können
jedoch auf die selbe Art und Weise gewunden werden, um zwei Spiralabschnitte
für ein
Element mit gekoppelten Leitungen zur Verwendung in einem Balun
zu bilden.
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Bei
dem Element mit gekoppelten Leitungen gemäß der vorliegenden Erfindung
kann eine Mehrzahl von gekoppelten Leitungen, die einen Spiralabschnitt
bilden, bezüglich
der Lei tungslänge
gleichgemacht werden, wodurch die Leitungslängen der gekoppelten Leitungen
auf einen Wert eingestellt werden können, um ein Funktionieren
bei einer gewünschten
Wellenlänge
zu erreichen. Folglich kann die Phasendifferenz zwischen zwei Ausgangssignalen
aus den Element mit gekoppelten Leitungen zuverlässig innerhalb eines gewünschten
Bereichs eingestellt werden.