DE19741944A1

DE19741944A1 - Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang

Info

Publication number: DE19741944A1
Application number: DE1997141944
Authority: DE
Inventors: Karl-Ernst Dr Ing Schmegner
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 1999-03-25

Description

Die Erfindung geht aus von einem Streifenleiter-Hohlleiter-Über gang nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Anwendungsfällen der Höchstfrequenztechnik, ins besondere in der Millimeter-Wellentechnik, ist es erforder lich, eine in einem Hohlleiter geführte Welle zumindest teilweise auf eine in Streifenleiter-(Microstrip-)Technolo gie ausgeführte Schaltungsanordnung zu koppeln oder umge kehrt. Eine solche Anordnung wird auch Streifenleiter- Hohlleiter-Übergang genannt. Diese enthält neben dem Hohl leiter und der Streifenleiter-(Microstrip-)Schaltung als wesentlichen Bestandteil ein an der Microstrip-Schaltung angebrachtes Koppelelement, das in den Hohlleiter hinein ragt.

Aus der US 4 453 142 ist ein solcher Microstrip-Hohlleiter-Über gang bekannt. Dort wird an einer Seitenfläche eines rechteckförmigen Hohlleiters eine Bohrung angebracht, wel che die in dem Hohlleiter geführte Welle allenfalls in ver nachlässigbarer Weise stört. Durch diese Bohrung wird das an der Microstrip-Schaltung befestigte Koppelelement in den Hohlleiter geführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge mäße Anordnung anzugeben, die insbesondere für einen weiten Frequenzbereich geeignet ist, die aus wenig Einzelteilen besteht und daher kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den weiteren Ansprüchen entnehmbar.

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang schnell lösbar und schnell wiederherstellbar ist. Dieses ist insbesondere bei Meßanordnungen wesentlich.

Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß der Streifenleiter-Hohl leiter-Übergang HF-mäßig dicht ist- das heißt, es wird keine HF-Leistung in die Umgebung des Überganges gekoppelt.

Ein dritter Vorteil besteht darin, daß der Streifenleiter-Hohl leiter-Übergang in einfacher Weise an den Querschnitt des Hohlleiters anpaßbar ist.

Ein vierter Vorteil besteht darin, daß der Streifenleiter-Hohl leiter-Übergang in einfacher Weise an die Dicke des Substrates der verwendeten Microstrip-Schaltung anpaßbar ist.

Ein fünfter Vorteil besteht darin, daß der Streifenleiter-Hohl leiter-Übergang mechanisch robust ausführbar ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Figuren. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbei spiel,

Fig. 2 einen zugehörigen Querschnitt durch das erste Ausfüh rungsbeispiel.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbei spiel,

Fig. 4 einen zugehörigen Querschnitt durch das zweite Aus führungsbeispiel.

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbei spiel,

Fig. 6 einen zugehörigen Querschnitt durch das dritte Aus führungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt einen Hohlleiter HO mit einem rechteckförmigem Querschnitt. Dieser ist in derzeit üblicher Weise entspre chend der zu führenden Welle gewählt. Der Hohlleiter HO be sitzt eine metallische oder metallisierte Stirnseite SHO, die beispielsweise in derzeit üblicher Weise als sogenann ter Flansch ausgebildet ist, wobei für die Stirnfläche SHO vorzugsweise eine ebene (plane) Fläche gewählt wird. Auf der Stirnfläche SHO ist die Microstrip-Schaltung MS befe stigt, beispielsweise mittels einer Klemm-, Klebe-, Löt- oder Schraubverbindung. Dabei besteht die Microstrip-Schal tung MS aus einem dielektrischem Substrat SU, dessen Unterseite MSU, welche der Stirnseite SHO zugewandt ist, im wesentlichen vollständig metallisiert ist. Auf der Obersei te des Substrates SU sind in derzeit üblicher Weise, ent sprechend einer vorgebbaren aktiven und/oder passiven Schaltung zumindest die Microstrip-Streifenleitungen LE an gebracht. Das Substrat SU besitzt nun einen ebenfalls rechteckförmigen Durchbruch (Fig. 2), der im wesentlichen der inneren Querschnittsfläche des Hohlleiters HO entspricht und der bezüglich dieser im wesentlichen formschlüssig aus gerichtet ist derart, daß die in dem Hohlleiter geführte Welle allenfalls in vernachlässigbarer Weise gestört wird. Bedarfsweise ist es sogar möglich, die den Durchbruch be grenzenden Stirnflächen des Substrates zu metallisieren. Entsprechend Fig. 2 wird nun eine Microstrip-Streifenleitung LE als Koppelelement KO ausgebildet, welches in den Hohl leiter hineinragt und in vorgebbarer Weise eine elektrische Kopplung zwischen der in dem Hohlleiter HO und der in der Microstrip-Streifenleitung LE geführten Welle bewirkt. Auf der Oberseite des Substrates SU ist eine hutförmige Abdeck kappe MEK angebracht. Diese hat einen vorgebbaren Innen querschnitt, der im wesentlichen demjenigen des Hohlleiters HO entspricht und eine vorgebbare Innenhöhe h, die bei spielsweise derart gewählt ist, daß der Hohlleiter HO mit einem HF-Kurzschluß abgeschlossen ist. Die Abdeckkappe MEK ist daher zumindest auf ihrer Innenseite, welche dem Hohl leiters HO zugewandt ist, metallisiert. Die Abdeckkappe MEK ist nun elektrisch leitend mit der metallisierten Untersei te MSU des Substrates SU verbunden mittels sogenannter Durchkontaktierungen DUK. Diese bestehen entsprechend Fig. 2 aus Bohrlöcher (Durchbrüchen), welche den rechteckförmigen Durchbruch umgeben (-umranden) und welche elektrisch leitend sind, beispielsweise mittels einer Metallfüllung. Die Durchkontaktierungen DUK haben beispielsweise einen Durch messer von ungefähr einem Millimeter oder weniger und einen Abstand voneinander, der entsprechend der geführten Welle gewählt ist derart, daß eine HF-mäßig dichte Verbindung entsteht (z. B. hat es sich für den Frequenzbereich 50-75 GHz als vorteilhaft erwiesen, Löcher mit einem Durchmesser von ca. 0,2 mm zu realisieren). Dazu ist Abdeckkappe MEK mittels einer elektrisch leitenden Klebverbindung oder ei ner Lötverbindung elektrisch leitend verbunden mit den Durchkontaktierungen DUK und damit letztendlich mit der elektrisch leitenden Stirnfläche SHO des Hohlleiters HO. Es ist vorteilhaft, wenn die Durchkontaktierungen DUK auf ei ner vorgebbaren Länge l beiderseits im wesentlichen paral lel zu dem das Koppelelement KO bildenden Microstrip-Strei fenleiter LE angeordnet sind (Fig. 2). Denn dann ist es möglich, der Abdeckkappe MEK eine daran angepaßte Form zu geben, so daß auch der Bereich um das Koppelelement KO HF-mäßig dicht abgeschlossen ist.

Es ist ersichtlich, daß die Form des Koppelelement KO in vorgebbarer Weise in Abhängigkeit von den erforderlichen elektrischen Eigenschaften, beispielsweise dem Koppelgrad und/oder der elektrischen Bandbreite, gestaltet werden kann. Beispielsweise ist das Koppelelement KO als Stift- oder Flächenelement gestaltbar.

Das zweite Ausführungsbeispiel entsprechend den Fig. 3 und Fig. 4 unterscheidet sich von dem ersten Beispiel entspre chend Fig. 1 und Fig. 2 lediglich dadurch, daß die hutförmige Abdeckkappe MEK eine Umrandung RA besitzt, welche den Durchbruch für den Hohlleiter HO umgibt (Fig. 4), welche ei ne Breite b=λ/2 besitzt, wobei λ die Wellenlänge der in dem Hohlleiter HO geführten Welle ist, und welche eine Höhe h1 besitzt, die geringfügig größer ist als die Dicke des Substrates SU. Die Abdeckkappe MEK besitzt außerdem eine Gesamtbreite B (Fig. 4), die größer ist als die Breite des Substrates SU. Dadurch ist es möglich, zwischen der elek trisch leitenden Stirnseite SHO des Hohlleiters HO und der Abdeckkappe MEK eine hermetisch dichte Abschirmung herzu stellen. Es werden keine Durchkontaktierungen benötigt.

Mit dieser Anordnung ist es beispielsweise möglich, als Substrat SU ein derzeit übliches Keramiksubstrat zu verwen den, dessen metallisierte Unterseite MSU vollflächig mit der metallisierten Stirnseite SHO verlötet wird. Die Ab deckkappe wird ebenfalls elektrisch leitend mit der Stirn fläche SHO verbunden und kann bedarfsweise zusätzlich im Bereich der Umrandung RA mit dem Substrat verbunden werden, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Dadurch entsteht eine hermetisch dichte Anordnung.

Fig. 5 und Fig. 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel. Dieses unterscheidet von dem zweiten entsprechend Fig. 3, Fig. 4 lediglich dadurch, daß keine Umrandung benötigt wird. Die Abdeckkappe MEK wird in diesem Fall lediglich mit ihrem Rand R elektrisch leitend mit der Stirnfläche SHO des Hohl leiters HO verbunden, beispielsweise durch eine elektrisch leitende Klebeverbindung oder durch eine Lötverbindung. Da auch das Keramiksubstrat SU mit der Stirnfläche SHO des Hohlleiters HO verbunden wird (beispielsweise ebenfalls durch eine elektrisch leitende Klebeverbindung oder durch eine Lötverbindung), ist dadurch die Gesamtanordnung herme tisch dicht.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungs beispiele beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend bar. Beispielsweise ist ein Hohlleiter mit quadratischem oder rundem Querschnitt verwendbar. In solchen Anwendungs fällen muß im wesentlichen der Durchbruch in dem Substrat sowie die Form der Abdeckkappe an den Hohlleiter angepaßt werden.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für elektrische Wellen im Millimeter-Wellenbereich, insbesondere bei der Ankopplung einer Microstrip-Schaltungs-Anordnung an einen Hohlleiter, der mit einer Antenne, beispielsweise einer Sende- und/oder Empfangsantenne gekoppelt ist.

Claims

1. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang, zumindest bestehend aus

- einem Hohlleiter, dessen innerer Querschnitt entspre chend der in dem Hohlleiter zu führenden elektromagneti sche Welle gewählt ist,
- einer Streifenleitungs-Schaltungs-Anordnung, zumindest bestehend aus einem dielektrischem Substrat, dessen Un terseite im wesentlichen vollständig metallisiert ist und auf dessen Oberseite mindestens eine Streifenleitung vorhanden ist und
- einem an der Streifenleitung befestigten Koppelelement, das in den Hohlleiter hineinragt, dadurch gekennzeich net,
- daß der Hohlleiter (HO) an einem Ende eine im wesentli chen ebene elektrisch leitende Stirnfläche (SHO) be sitzt,
- daß die Streifenleitungs-Schaltungs-Anordnung (MS) einen Durchbruch besitzt, dessen Form derjenigen des Quer schnitts des Hohlleiters (HO) entspricht,
- daß eine Streifenleitung (LE) als Koppelelement (KO) ausgebildet ist, welches über den Rand des Durchbruches hinausragt und welches in Abhängigkeit von vorgebbaren elektrischen Koppeleigenschaften gestaltet ist,
- daß zumindest der Durchbruch durch eine Folge von elek trisch leitenden Durchkontaktierungen (DUK) umgeben ist, wobei deren Abstand derart gewählt ist, daß eine HF-mäßig dichte Umrandung des Durchbruches entsteht,
- daß der Durchbruch auf der Oberseite des Substrates (SU) durch eine Abdeckkappe (MEK), deren Innenseite elek trisch leitend ausgebildet ist, abgedeckt ist, wobei die Innenseite elektrisch leitend mit den Durchkontaktierun gen (DUK) verbunden ist und
- daß das Substrat (MS) mit seiner elektrisch leitenden Unterseite (MSU) auf der Stirnseite (SHO) befestigt ist derart, daß der Durchbruch des Substrates (MS) und der Querschnitt des Hohlleiters im wesentlichen deckungs gleich angeordnet sind.

2. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Folge der Durchkontaktie rungen (DUK) auf einer vorgebbaren Länge (1) beiderseits desjenigen Streifenleiters (LE), welcher das Koppelele ment (KO) bildet, angeordnet ist und daß die Form der Abdeckkappe (MEK) an diese Folge der Durchkontaktierun gen (DUK) angepaßt ist derart, daß im Bereich des Koppe lelementes (KO) eine hermetisch dichte elektrische Ab schirmung entsteht.

3. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (MS) mit seiner elektrisch leitenden Unterseite (MSU) auf der Stirnseite (SHO) elektrisch leitend sowie mecha nisch lösbar befestigt ist.

4. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang, zumindest bestehend aus

- einem Hohlleiter, dessen innerer Querschnitt entspre chend der in dem Hohlleiter zu führenden elektromagneti sche Welle gewählt ist,
- einer Streifenleitungs-Schaltungs-Anordnung, zumindest bestehend aus einem dielektrischem Substrat, dessen Un terseite im wesentlichen vollständig metallisiert ist und auf dessen Oberseite mindestens eine Streifenleitung vorhanden ist und
- einem an der Streifenleitung befestigten Koppelelement, das in den Hohlleiter hineinragt, dadurch gekennzeich net,
- daß der Hohlleiter (HO) an einem Ende eine im wesentli chen ebene elektrisch leitende Stirnfläche (SHO) be sitzt,
- daß die Streifenleitungs-Schaltungs-Anordnung (MS) einen Durchbruch besitzt, dessen Form derjenigen des Quer schnitts des Hohlleiters (HO) entspricht,
- daß eine Streifenleitung (LE) als Koppelelement (KO) ausgebildet ist, welches über den Rand des Durchbruches hinausragt und welches in Abhängigkeit von vorgebbaren elektrischen Koppeleigenschaften gestaltet ist,
- daß das Substrat (SU) mit seiner metallisierten Unter seite (MSU) im wesentlichen vollflächig elektrisch lei tend mit der elektrisch leitenden Stirnfläche (SHO) des Hohlleiters (HO) verbunden ist,
- daß, der Durchbruch auf der Oberseite des Substrates (SU) durch eine Abdeckkappe (MEK), deren Innenseite elektrisch leitend ausgebildet ist, abgedeckt ist,
- daß die Abdeckkappe (MEK) das Substrat (SU) umgibt und
- daß die Abdeckkappe elektrisch leitend mit der Stirnflä che (SHO) verbunden ist.

5. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang nach Anspruch 4, da durch gekennzeichnet, daß die Abdeckkappe (MEK) eine Um randung (RA) besitzt,
welche den Durchbruch in dem Substrat (SU) umgibt, welche eine Breite (b) von ungefähr der halben Wellen länge besitzt,
welche eine Höhe (h1) hat, die größer ist als die Dicke des Substrates (SU) und
welche das Substrat (SU) mit seinem Rand umfaßt.

6. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckkappe (MEK) als elektrischer Kurzschluß für die in dem Hohlleiter (HO) geführte Welle ausgebildet ist.

7. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang nach einem der vor hergehenden Ansprüche zur Verwendung für elektrische Wellen im Millimeter-Wellenlängenbereich.

8. Streifenleiter-Hohlleiter-Übergang nach einem der vor hergehenden Ansprüche zur Verwendung bei der Ankopplung einer Microstrip-Schaltungs-Anordnung an einen Hohllei ter, der mit einer Antenne gekoppelt ist.