DE19918567C2 - Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter - Google Patents
Verbindungsanordnung für dielektrische WellenleiterInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsanordnung zum Ver
binden von dielektrischen Wellenleiter hauptsächlich für die Verwendung zur
Übertragung von Hochfrequenzsignalen im Mikrowellen- oder Millimeterwellen
band.
In den letzten Jahren sind zunehmend Forschungen in der Funkkommunikation, in
zwischen Fahrzeugen verwendeten Radaren oder dergleichen, in denen Hochfre
quenzsignale im Mikrowellen- oder Mikrometerwellenband verwendet werden, un
ternommen worden. Als Übertragungsleitung zur Übertragung solcher Hochfre
quenzsignale sind Koaxialleitungen, Wellenleiter, dielektrische Wellenleiter, Mi
krostreifenleitungen und dergleichen bekannt.
Darüber hinaus ist kürzlich ein dielektrischer Wellenleiter vorgeschlagen worden,
die in einem Verdrahtungssubstrat ausgebildet ist, das aus mehreren laminierten
dielektrischen Schichten aufgebaut ist. Beispielsweise schlägt die japanische unge
prüfte Patentveröffentlichung JP-A-6-53711 (1994) einen Wellenleiter vor, die
durch sandwichartige Anordnung eines dielektrischen Substrats zwischen einem
Paar Hauptleiterschichten und durch Bilden von Seitenwänden aus zwei Reihen von
die Hauptleiterschichten miteinander verbindenden Durchgangslöchern gebildet ist.
In diesem Wellenleiter ist nämlich das dielektrische Material von dem Paar Haupt
leiterschichten und von den als Pseudoleiterwände dienenden Durchgangslöchern
umgeben, wodurch der Bereich innerhalb dieser Leiterwände als dielektrische Lei
tung für die Signalübertragung verwendet wird.
Aus der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP-A-10-75108 (1998) ist
ein dielektrischer Wellenleiter aus einer in einem dielektrischen Substrat ausgebildeten
Mehrschichtstruktur bekannt. Diese wird auch als Wellenleiter des Laminat
typs bezeichnet, in dem ein dielektrischer Wellenleiter wie oben beschrieben aus ei
ner dielektrischen Schicht, einem Paar Hauptleiterschichten und aus Durchgangslei
tergruppen wie etwa Durchgangslochgruppen aufgebaut ist, wobei zusätzlich zu den
Durchgangsleitergruppen Nebenleiterschichten vorgesehen sind, um die Seitenwän
de, die als elektrische Wände dienen, zu verstärken. Falls in dem dielektrischen
Wellenleiter, der in JP-A-6-53711 offenbart ist, im Wellenleiter ein zu den Durch
gangslöchern nicht paralleles elektrisches Feld erzeugt wird, entweicht das elektri
sche Feld durch die Seitenwände. Hingegen entweicht bei dem Wellenleiter des
Laminattyps das elektrische Feld wegen der Nebenleiterschichten nicht.
Ein solcher dielektrischer Wellenleiter, die im Verdrahtungssubstrat oder derglei
chen angeordnet sein kann, ist ursprünglich für die Verwendung als Übertra
gungsleitung in einem Mehrschicht-Verdrahtungssubstrat hauptsächlich für Mikro
wellen und Millimeterwellen und in einem Gehäuse für die Unterbringung einer
Halbleitervorrichtung vorgesehen worden, wobei sie auch als Speiseleitung für eine
Antenne verwendet werden kann, die in das Mehrschicht-Verdrahtungssubstrat oder
in das Gehäuse für die Unterbringung einer Halbleitervorrichtung integriert ist, um
eine anspruchsvolle Funktion zu schaffen.
Im allgemeinen ist es im Fall der Verwendung von Übertragungsleitungen für die
Bildung einer hochfrequenten Schaltung, insbesondere im Fall der Bildung einer
Speiseleitung für eine Gruppenantenne oder dergleichen notwendig, die Übertra
gungsleitungen miteinander in einer Verdrahtungsschaltung der Verdrahtungslei
tungen zu verbinden oder eine Verzweigung vorzusehen.
Ein derartiger dielektrischer Wellenleiter kann geschichtet bzw. gestapelt werden,
wenn jedoch eine Größenverringerung und eine hohe Integration erwünscht sind,
müssen die dielektrischen Wellenleiter miteinander verbunden werden. Im Fall der
herkömmlichen metallischen Wellenleiter besteht kein Bedarf an einer spezifischen
Verbindungstechnik, weil eine dreidimensionale Verbindung durch einfaches Bie
gen der Wellenleiter verwirklicht werden kann.
Im Hinblick auf die Verbindung der dielektrischen Wellenleiter, die übereinander
geschichtet sind, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereits eine Ver
bindungsanordnung mit durch Durchgangslöcher gebildeten Speisestiften vorge
schlagen. Diese Verbindungsanordnung ermöglicht die Verbindung zwischen den
übereinandergeschichteten dielektrischen Wellenleitern in einem dielektrischen
Substrat.
Selbst in dieser Verbindungsanordnung bestehen noch immer die folgenden Pro
bleme, die gelöst werden müssen.
Beispielsweise arbeitet in der obigen Verbindungsanordnung der Speisestift als ein
polige Antenne mit 1/4 Wellenlänge in dem dielektrischen Wellenleiter. Daher muß
die Länge des Speisestifts auf ein Viertel einer Wellenlänge einer Welle eingestellt
werden, deren Übertragung am meisten erwünscht ist. Da jedoch der Speisestift
durch einen Durchgangsleiter wie etwa ein Durchgangsloch gebildet ist, ist seine
Länge auf die Dicke der laminierten dielektrischen Lagen beschränkt, die das die
lektrische Substrat bilden, in dem der dielektrische Wellenleiter ausgebildet ist.
Selbstverständlich kann die Dicke der dielektrischen Lagen geändert werden, so daß
der Speisestift auf die gewünschte Länge gesetzt wird, dies ruft jedoch das Problem
hervor, daß die Anpaßbarkeit an verschiedene Entwürfe aufgegeben wird, woraus
folglich ein Kostenanstieg resultiert.
Weiterhin fließt ein elektrischer Strom konzentriert im Speisestift, insbesondere
konzentriert sich im Millimeterwellenband der elektrische Strom unter dem Einfluß
des Skin-Effekts auf der Oberfläche des Speisestifts, so daß der Energieverlust auf
grund des Leiterwiderstandes groß ist.
Obwohl ferner der dielektrische Wellenleiter in einer Betriebsart, in der die Lami
natebene der laminierten dielektrischen Lagen zur E-Ebene des Wellenleiters paral
lel ist, d. h. in einer Betriebsart, in der das elektrische Feld zur Laminatebene parallel
ist, verwendet werden kann, tritt in diesem Fall die Erregung des elektrischen
Stroms nicht im Speisestift auf, selbst wenn der Speisestift verwendet wird, weshalb
es unmöglich ist, die dielektrischen Wellenleiter, die übereinandergeschichtet sind,
miteinander zu verbinden.
Weiterhin wird im Fall der einfachen Anordnung einer Verzweigung an dem dielek
trischen Wellenleiter für die Signalübertragung, die von künstlichen Leiterwänden
umgeben ist, die durch das Paar Leiterschichten und durch die beiden Reihen
Durchgangslöcher gebildet sind, wie in JP-A-6-53711 vorgeschlagen wird, ein
elektromagnetisches Feld gestört, weshalb das Problem eines großen Übertragungs
verlusts verursacht wird.
Um daher eine Hochfrequenzschaltung durch Herstellen einer Übertragungslei
tungsschaltung, die mit einer Verzweigung für die Bildung einer Speiseleitung für
eine Gruppenantenne oder dergleichen in einem dielektrischen Substrat versehen ist,
zu bilden, ist eine Verzweigungsstruktur für Wellenleiter erwünscht, die in einem
dielektrischen Substrat ausgebildet werden kann, die Abstrahlung elektromagneti
scher Wellen verhindert und einen geringen Übertragungsverlust besitzt.
Aus dem Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 5. Auflage, Springerverlag, Seite L37, L38 sind
übereinandergelegte Hohlleiter bekannt, die Koppelöffnungen aufweisen, um ein
elektromagnetisches Feld von einem Hohlleiter über die Koppelöffnungen in den
darüber angeordneten anderen Hohlleiter zu führen, wobei die Koppelöffnungen
vorzugsweise einen Abstand von λ/4 aufweisen.
Es ist Aufgabe der Erfindung ist, eine Verbindungsanordnung für dielektrische
Wellenleiter zu schaffen, die ohne weiteres durch die herkömmliche Mehrschicht
technik hergestellt werden kann, eine Entwurfsfreiheit ermöglicht und eine einfache
Verbindung der übereinandergeschichteten dielektrischen Wellenleiter in einem
dielektrischen Substrat zuläßt.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die in den Patentansprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfinder haben
festgestellt, daß durch Übereinanderstapeln zweier
dielektrischer Wellenleiter, die in einem dielektrischen Substrat gebildet sind, so
daß ein Teil einer oberen Hauptleiterschicht des dielektrischen Wellenleiters, die an
der unteren Seite ausgebildet ist, und ein Teil einer unteren Hauptleiterschicht
der dielektrischen Wellenleiters, die an der oberen Seite ausgebildet ist, einander
überlappen, sowie durch Vorsehen eines Kopplungsfensters im Überlappungsab
schnitt der Hauptleiter die oberen und unteren dielektrischen Wellenleiter elektro
magnetisch gekoppelt werden können.
Die Erfindung schafft eine Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter,
mit zwei dielektrischen Wellenleitern, wovon jede ein dielektrisches Substrat; ein
Paar Hauptleiter, wobei das dielektrische Substrat sandwichartig zwischen dem Paar
Hauptleiterschichten angeordnet ist; zwei Reihen von Leiterstiften, die in der Über
tragungsrichtung von Hochfrequenzsignalen in Abständen angeordnet sind, die
kleiner als die halbe Signalwellenlänge sind, und die Hauptleiterschichten elektrisch
verbinden; und eine Nebenleiterschicht, die zwischen den Hauptleiterschichten so
angeordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten parallel ist, enthält, wobei die
Nebenleiterschicht mit den Leiterstiften elektrisch verbunden ist, wodurch die die
lektrischen Wellenleiter Hochfrequenzsignale durch einen von den Hauptleiter
schichten, den Leiterstiften und der Nebenleiterschicht umgebenen Bereich übertra
gen, wobei die zwei dielektrischen Wellenleiter so übereinandergeschichtet sind,
daß eine der Hauptleiterschichten eines dielektrischen Wellenleiters und eine des
Hauptleiters des anderen dielektrischen Wellenleiters einander überlappen, um ei
nen Überlappungsabschnitt zu definieren, in dem ein Kopplungsfenster ausgebildet
ist.
In der Erfindung enthält der dielektrische Wellenleiter zweckmäßig ferner eine Rei
he von weiteren Leiterstiften, die in der Übertragungsrichtung in einem Abstand von
einem Zentrum, das eine Mittelposition der Länge W des Kopplungsfensters in der
Übertragungsrichtung ist, der gleich oder kleiner als eine Leiterwellenlänge der
Hochfrequenzsignale ist (d ≦ λ), vorgesehen ist, wobei die weiteren Leiterstifte in
Intervallen angeordnet ist, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge in einer zur
Übertragungsrichtung senkrechten Richtung sind (P1 < λ/2), um so die Hauptleiter
schichten elektrisch zu verbinden, sowie eine etwa dem Durchmesser der weiteren
Leiterstifte entsprechende weitere Nebenleiterschicht, die zwischen den Hauptleiter
schichten angeordnet ist, so daß sie zu den Hauptleiterschichten parallel ist, und mit
der Nebenleiterschicht und den weiteren Leiterschichten elektrisch verbunden ist.
In der Erfindung sind die weiteren Leiterstifte und die weitere Nebenleiterschicht in
einem Abstand von einem Ende des Kopplungsfensters in Übertragungsrichtung
ausgebildet.
In der Erfindung sind die weiteren Leiterstifte und die weitere Nebenleiterschicht
zweckmäßig in Abschnitten angeordnet, die sich im wesentlichen in einem Endab
schnitt des Kopplungsfensters in Übertragungsrichtung befinden.
Wie oben genau angegeben worden ist, überlappen in der Verbindungsanordnung
für dielektrische Wellenleiter der Erfindung in dem Verbindungsabschnitt zwischen
der unteren dielektrischen Wellenleiter und dem oberen dielektrischen Wellenleiter,
die im dielektrischen Substrat übereinandergestapelt sind, die untere Hauptleiter
schicht des oberen dielektrischen Wellenleiters und die obere Hauptleiterschicht des
unteren dielektrischen Wellenleiters miteinander, so daß sie gemeinsam verwendet
werden können, ferner ist im Überlappungsabschnitt ein Abschnitt ohne Hauptlei
terschicht als Kopplungsfenster vorgesehen. Daher stellt die Dicke der dielektri
schen Lagen keine Beschränkung für die Eigenschaften des resultierenden Wellen
leiters dar, was im Gegensatz zu der herkömmlichen Verbindungsanordnung mittels
Speisestift steht. Da beispielsweise das Muster des Kopplungsfensters im voraus
hergestellt werden kann, wenn der Überlappungsabschnitt der Hauptleiterschichten
der beiden dielektrischen Wellenleiter gedruckt wird, bevor unbearbeitete Lagen
laminiert werden, wird die Bildung des Kopplungsfensters erleichtert und wird die
Verbindungsanordnung mit guter Mengenleistung bei niedrigen Produktionskosten
verwirklicht.
Ferner stehen bei der Bildung des Kopplungsfensters in der Verbindungsanordnung
für dielektrische Wellenleiter der Erfindung die Position, das Profil und die Größe
des Kopplungsfensters in einer komplizierten Beziehung zu den Frequenzeigen
schaften, zum Kopplungsbetrag und zum Reflexionsbetrag, die für die Verbin
dungsanordnung erforderlich sind, ferner weist die Verbindungsanordnung der Er
findung eine größere Entwurfsfreiheit im Vergleich zu dem herkömmlichen, einen
Speisestift verwendenden Verfahren auf, so daß der Schaltungsentwurf vereinfacht
wird.
Da ferner die Konzentration des elektrischen Stroms auf der Oberfläche des Spei
sestifts, wie sie in der den Speisestift verwendenden Verbindungsanordnung beob
achtet wird, nicht auftritt, ist ein Energieverlust wegen der Verbindung zwischen
den dielektrischen Wellenleitern gering.
Wie oben erwähnt worden ist, ermöglicht die Erfindung die Schaffung einer Ver
bindungsanordnung für dielektrische Wellenleiterverbindungen, die durch die her
kömmliche Mehrschichtungstechnik einfach hergestellt werden kann, wobei die
Verbindungsanordnung eine Schaltungsentwurfsfreiheit bietet und die einfache
Verbindung der übereinandergestapelten dielektrischen Wellenleiter ermöglicht.
Als nächstes haben die Erfinder festgestellt, daß durch Übereinan
derstapeln zweier dielektrischer Wellenleiter in einem dielektrischen Substrat in der
Weise, daß die dielektrischen Wellenleiter zueinander senkrecht sind und ein Teil
einer oberen Hauptleiterschicht der an der Unterseite ausgebildeten dielektrischen
Wellenleiter und ein Teil einer unteren Hauptleiterschicht der an der Oberseite ausgebildeten
dielektrischen Leitung miteinander überlappen, so daß sie gemeinsam
verwendet werden können, sowie durch Vorsehen eines Kopplungsfensters für
Hochfrequenzsignale in dem gemeinsam verwendeten Teilhauptleiter als leeren Ab
schnitt ohne Hauptleiter die oberen und unteren dielektrischen Wellenleiter elek
tromagnetisch gekoppelt werden können.
Gemäß dieser Verbindungsanordnung können sich die Hochfrequenzsignale, die
von einer dielektrischen Wellenleiter eingegeben werden, durch das Kopplungsfen
ster in die andere dielektrische Wellenleiter an der Ausgangsseite, die zu dem einen
dielektrischen Wellenleiter senkrecht ist, in zwei Richtungen mit derselben Phase
ausbreiten. Das Kopplungsfenster, das keinen Leiter aufweist und zwischen den
beiden Wellenleiter angeordnet ist, stimmt mit einem sogenannten Bethe-Loch in
dem herkömmlichen Wellenleiter, der für eine Verzweigungsstruktur oder einen
Richtungskoppler verwendet wird, völlig überein.
Ferner haben die Erfinder festgestellt, daß durch Erhöhen der Breite
oder Erniedrigen der Dicke der beiden dielektrischen Wellenleiter in ihrem Verbin
dungsabschnitt die Verwendung dieses Abschnitts als Anpassungsabschnitt für die
Impedanzanpassung ermöglicht wird, um eine Reflexion der Hochfrequenzsignale
aufgrund von Impedanzunstetigkeiten zu reduzieren.
Die Erfindung schafft eine Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter,
mit zwei dielektrischen Wellenleitern, wovon jeder ein dielektrisches Substrat, ein
Paar Hauptleiterschichten, wobei das dielektrische Substrat zwischen dem Paar
Hauptleiterschichten sandwichartig angeordnet ist, zwei Reihen aus Leiterstiften,
die in der Übertragungsrichtung der Hochfrequenzsignale in Abständen angeordnet
sind, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge in der Übertragungsrichtung der
Hochfrequenzsignale und in einer zur Übertragungsrichtung senkrechten Richtung
in einer vorgegebenen Breite angeordnet sind, um die Hauptleiterschichten elek
trisch zu verbinden, sowie eine Nebenleiterschicht, die zwischen den Hauptleiter
schichten so angeordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten parallel ist, enthält,
wobei die untere Leiterschicht mit den Leiterstiften elektrisch verbunden ist, wo
durch die beiden dielektrischen Wellenleiter Hochfrequenzsignale durch einen Be
reich übertragen, der von den Hauptleiterschichten, den Leiterstiften und der Neben
leiterschicht umgeben ist, wobei die zwei dielektrischen Wellenleiter in der Weise
übereinandergestapelt sind, daß die Übertragungsrichtungen der Hochfrequenzsi
gnale zueinander senkrecht sind und eine der Hauptleiterschichten eines dielektrischen
Wellenleiters und eine der Hauptleiterschichten des anderen dielektrischen
Wellenleiters miteinander überlappen, und im Überlappungsabschnitt der Hauptlei
terschichten ein Kopplungsfenster ausgebildet ist.
Ferner enthält in der Erfindung der dielektrische Wellenleiter zweckmäßig eine Rei
he von weiteren Leiterstiften, die in einem Abstand von einem Zentrum des Kopp
lungsfensters in der Übertragungsrichtung des dielektrischen Wellenleiters, der
gleich oder kleiner als eine Leiterwellenlänge der Hochfrequenzsignale ist, vorgese
hen ist, wobei die Reihe der weiteren Leiterstifte in einer Richtung senkrecht zur
Übertragungsrichtung in Abständen angeordnet ist, die kleiner als die halbe Signal
wellenlänge ist, um mit den Hauptleiterschichten elektrisch verbunden zu werden,
und wobei weitere Leiterstifte zwischen den Hauptleiterschichten so angeordnet ist,
daß sie zu den Hauptleiterschichten parallel ist und mit der Nebenleiterschicht und
der Reihe von weiteren Leiterstiften elektrisch verbunden ist.
Ferner ist in der Erfindung die Breite der beiden Reihen von Leiterstiften der dielek
trischen Wellenleiter im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter
zweckmäßig größer als die vorgegebene Breite.
Weiterhin ist in der Erfindung ein Abstand zwischen dem Paar Hauptleiter der die
lektrischen Wellenleiter im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter
zweckmäßig schmäler als ein Abstand dazwischen im restlichen Teil.
Gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung
überlappen die ersten und zweiten dielektrischen Wellenleiter so miteinander, daß
sie zueinander senkrecht sind, ferner ist im Überlappungsabschnitt ein Kopplungs
fenster als Abschnitt ohne Leiter in den Hauptleiterschichten angeordnet, wobei die
beiden dielektrischen Wellenleiter durch ein elektromagnetisches Feld gekoppelt
sind und Hochfrequenzsignale, die von einem der dielektrischen Wellenleiter einge
geben werden, sich durch das Kopplungsfenster auch in den anderen dielektrischen
Wellenleiter ausbreiten. Da es für die Ausbreitung in dem anderen dielektrischen
Wellenleiter zwei Richtungen gibt, breiten sich die Hochfrequenzsignale in den bei
den Richtungen aus, wodurch sie in drei Richtungen einschließlich dieser beiden
Richtungen und der Übertragungsrichtung in dem einen dielektrischen Wellenleiter
verzweigt werden.
Ferner sind gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der
Erfindung in der obigen Konfiguration die weiteren Leiterstifte und die weiteren
Nebenleiterschichten in einem vorgegebenen Abstand von der Mitte des Kopplungs
fensters vorgesehen, so daß es, wenn die weiteren Leiterstifte und die weiteren Ne
benleiterschichten in einem der dielektrischen Wellenleiter vorgesehen sind, mög
lich ist, die Ausbreitung der Hochfrequenzsignale in T-Form zu verzweigen. Wenn
die weiteren Leiterstifte und die weiteren Nebenleiterschichten in beiden dielektri
schen Wellenleiter vorgesehen sind, ist es möglich, eine Ausbreitung der Hochfre
quenzsignale in L-Form zu bewirken.
Ferner ist es gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der
Erfindung in der obigen Konfiguration durch Erhöhen der Breite wenigstens einem
der dielektrischen Wellenleiter im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wel
lenleiter, d. h. der Breite zwischen den Leiterstiften in einer zur Übertragungsrich
tung senkrechten Richtung, oder durch Erniedrigen der Dicke wenigstens einem der
dielektrischen Wellenleiter im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenlei
ter, d. h. des Abstandes zwischen dem Paar Hauptleiterschichten, möglich, die Impe
danzunstetigkeit der dielektrischen Wellenleiter am Verbindungsabschnitt zu redu
zieren, um eine Verbindung mit geringer Reflexion der Hochfrequenzsignale und
mit kleinem Übertragungsverlust zu verwirklichen. Somit kann für beide dielektri
schen Wellenleiter die Breite erhöht oder die Dicke erniedrigt werden, außerdem ist
eine Kombination hiervon möglich.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß der Verbindungsanordnung für di
elektrische Wellenleiter der Erfindung in irgendeiner der Konfigurationen möglich,
eine Fehlanpassung der charakteristischen Impedanz der dielektrischen Wellenleiter
vor und hinter dem Verbindungsabschnitt zu reduzieren, wodurch die Reflexion der
Hochfrequenzsignale im Verbindungsabschnitt abgesenkt wird, darüber hinaus kann
eine Störung eines Ausbreitungsmodus im Verbindungsabschnitt verhindert werden,
so daß eine Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter erhalten werden
kann, die einen geringen Übertragungsverlust aufweist und eine ausgezeichnete
Übertragungseigenschaft besitzt.
Mit anderen Worten, gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenlei
ter der Erfindung überlappen am Verbindungsabschnitt des unteren dielektrischen
Wellenleiters und des oberen dielektrischen Wellenleiters, die in der Weise überein
andergestapelt sind, daß die Übertragungsrichtungen in einem dielektrischen Substrat
zueinander senkrecht sind, jeweils eine der Hauptleiterschichten, d. h. die obere
Hauptleiterschicht des unteren dielektrischen Wellenleiters und die untere Hauptlei
terschicht des oberen Wellenleiters, miteinander und ist ein Kopplungsfenster im
Überlappungsabschnitt der Hauptleiterschichten ausgebildet, wobei die beiden die
lektrischen Wellenleiter durch ein elektromagnetisches Feld gekoppelt sind und
Hochfrequenzsignale, die von einem der dielektrischen Wellenleiter eingegeben
werden, sich durch das Kopplungsfenster auch in dem anderen dielektrischen Wel
lenleiter ausbreiten. Da es zwei Ausbreitungsrichtungen für Signale in dem anderen
dielektrischen Wellenleiter gibt, breiten sich die Hochfrequenzsignale in den beiden
Richtungen aus, wobei die Ausbreitung der Signale in drei Richtungen einschließ
lich dieser beiden Richtungen und der Übertragungsrichtung in dem einen dielektri
schen Wellenleiter verzweigt wird.
Gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung sind
ferner in der obigen Konfiguration die weiteren Leiterstifte und die weiteren Neben
leiterschichten in einem vorgegebenen Abstand vom Zentrum des Kopplungsfen
sters vorgesehen, so daß es, wenn sie in einem der dielektrischen Wellenleiter vor
gesehen sind, möglich ist, die Ausbreitung der Hochfrequenzsignale in T-Form zu
verzweigen, während es dann, wenn die weiteren Leiterstifte und die weiteren Ne
benleiterschichten in beiden dielektrischen Wellenleitern vorgesehen sind, möglich
ist, daß sich die Hochfrequenzsignale in L-Form ausbreiten.
Ferner ist es gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der
Erfindung in der obigen Konfiguration durch Erhöhen der Breite wenigstens eines
der dielektrischen Wellenleiter im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wel
lenleiter, d. h. der Breite zwischen den Leiterstiften in einer zur Übertragungsrich
tung senkrechten Gruppe, oder durch Erniedrigen der Dicke wenigstens einer der
dielektrischen Wellenleiter im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenlei
ter, d. h. des Abstandes zwischen dem Paar Hauptleiterschichten, möglich, die Impe
danzunstetigkeit der dielektrischen Wellenleiter im Verbindungsabschnitt zu redu
zieren, um eine Verbindung mit geringer Reflexion der Hochfrequenzsignale und
einem geringen Übertragungsverlust zu verwirklichen.
Wie oben gezeigt worden ist, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Verbin
dungsanordnung für dielektrische Wellenleiter zu schaffen, die einfach durch die
herkömmliche Mehrschichttechnik hergestellt werden kann, wobei die Verbin
dungsanordnung einfach die dielektrischen Wellenleiter verbinden kann, die so
übereinandergestapelt sind, daß sie in einem dielektrischen Substrat zueinander
senkrecht sind.
Ferner ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Verbindungsanordnung für dielek
trische Wellenleiter zu schaffen, die in einem dielektrischen Substrat ausgebildet
werden können, ohne daß elektromagnetische Wellen von Hochfrequenzsignalen
abgestrahlt werden oder entweichen, wobei die Verbindungsanordnung zwei dielek
trische Wellenleiter verbinden kann, so daß sie bei geringem Übertragungsverlust
und guten Übertragungseigenschaften in eine T-Form oder in drei sich rechtwinklig
schneidende Leitungen verzweigt werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert,
worin:
Fig. 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten dielektrischen Wellenleiter, auf
den die Erfindung angewandt wird, zeigt;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht ist, die eine Ausführung einer
Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 3A eine perspektivische Ansicht ist, die ein Beispiel der Verbindungsanord
nung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 3B ein Diagramm ist, das eine Frequenzeigenschaft von Übertragungseigen
schaften des Beispiels von Fig. 3A zeigt;
Fig. 4A eine perspektivische Ansicht ist, die ein weiteres Beispiel der Verbindungs
anordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 4B ein Diagramm ist, das die S-Parameter des Beispiels von Fig. 4A zeigt;
Fig. 5A eine perspektivische Ansicht ist, die ein nochmals weiteres Beispiel der
Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 5B ein Diagramm ist, das die S-Parameter des Beispiels von Fig. 5A zeigt;
Fig. 6A eine perspektivische Ansicht eines nochmals weiteren Beispiels der Verbin
dungsanordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 6B ein Diagramm ist, das die S-Parameter des Beispiels von Fig. 6A zeigt;
Fig. 7A eine perspektivische Ansicht ist, die ein weiteres Beispiel der Verbindungs
anordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 7B ein Diagramm ist, das die S-Parameter von Übertragungseigenschaften des
Beispiels von Fig. 7A zeigt;
Fig. 8A eine perspektivische Explosionsansicht ist, die dielektrische Wellenleiter
zeigt, bevor sie mit einer Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter ge
mäß einer weiteren Ausführung der Erfindung verbunden werden;
Fig. 8B eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
nachdem sie verbunden worden sind;
Fig. 8C eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
die für ein einfacheres Verständnis nur in Umrissen gezeigt sind;
Fig. 9A eine perspektivische Explosionsansicht ist, die dielektrische Wellenleiter
zeigt, bevor sie mit einer Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter ge
mäß einer nochmals weiteren Ausführung der Erfindung verbunden werden;
Fig. 9B eine perspektivische Ansicht ist, die dielektrische Wellenleiter zeigt, nach
dem sie verbunden worden sind;
Fig. 9C eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
die für ein einfacheres Verständnis nur in Umrissen gezeigt sind;
Fig. 10A eine perspektivische Explosionsansicht ist, die dielektrische Wellenleiter
zeigt, bevor sie mit einer Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter ge
mäß einer nochmals weiteren Ausführung der Erfindung verbunden werden;
Fig. 10B eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
nachdem sie verbunden worden sind;
Fig. 10C eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
die für ein einfacheres Verständnis nur in Umrissen gezeigt sind;
Fig. 11A eine perspektivische Explosionsansicht ist, die dielektrische Wellenleiter
zeigt, bevor sie mit einer Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter ge
mäß einer weiteren Ausführung der Erfindung verbunden werden;
Fig. 11B eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
nachdem sie verbunden worden sind;
Fig. 11C eine perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
die für ein einfacheres Verständnis nur in Umrissen gezeigt sind;
Fig. 12A ein Diagramm ist, das Frequenzeigenschaften des Pegels von S-Parame
tern in einer Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß Fig. 2
zeigt;
Fig. 12B ein Diagramm ist, das Frequenzeigenschaften der Phase der S-Parameter
zeigt;
Fig. 13A ein Diagramm ist, das Frequenzeigenschaften des Pegels von S-Parame
tern in einer Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß Fig. 11
zeigt; und
Fig. 13B ein Diagramm ist, das Frequenzeigenschaften der Phase der S-Parameter
zeigt.
Nun werden mit Bezug auf die Zeichnung zweckmäßige Ausführungen der Erfin
dung beschrieben.
Im folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnung eine Verbindungsanordnung für
dielektrische Wellenleiter der Erfindung erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines aus dem Stand der
Technik bekannten in der Erfindung verwendeten dielektrischen Wellenleiters
schematisch zeigt.
In Fig. 1 ist ein dielektrisches Substrat 1 zwischen einem Paar Hauptleiterschichten
2, 3 sandwichartig angeordnet, ferner sind zwei Reihen von Leiterstiften 4 in einer
Signalübertragungsrichtung in Abständen angeordnet, die kürzer als die halbe
Signalwellenlänge sind, um die Hauptleiterschichten 2, 3 elektrisch zu verbinden.
Die Nebenleiterschichten 5 sind parallel zu den Hauptleiterschichten 2, 3 angeord
net, um die Durchgangsleiter elektrisch zu verbinden, die jede Reihe von Leiterstif
ten 4 bilden. Das Paar Hauptleiterschichten 2, 3, die Leiterstifte 4 und die Nebenlei
terschichten 5 bilden einen dielektrischen Wellenleiter 6. Die Bezugszeichen, die
aus einer Zahl und einem Subskript L, U gebildet sind, die später erwähnt werden
und in der Zeichnung verwendet werden, können zusammenfassend nur durch die
Zahl dargestellt sein. In den Fig. 2, 3A bis 11C sind für das Verständnis der Zeich
nung die Komponenten diagonal schraffiert.
Indem somit die Nebenleiterschichten 5 in einem Bereich vorgesehen sind, der von
dem Paar Hauptleiterschichten 2, 3 und den Leiterstiften 4 umgeben ist, besitzt die
Seitenwand ein enges Gittermuster, das durch die Leiterstifte 4 und durch die Ne
benleiterschichten 5 gebildet wird, wenn es von innerhalb des dielektrischen Wel
lenleiters 6 betrachtet wird, so daß elektromagnetische Wellen mit unterschiedlichen
Richtungen abgeschirmt werden können. Die Nebenleiterschichten 5 sind zu den
Leiterstiften 4 senkrecht und beispielsweise in ebene, schlanke Tafeln geformt.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Paar Hauptleiterschichten 2, 3 so angeordnet, daß
das dielektrische Substrat 1 mit einer vorgegebenen Dicke a sandwichartig einge
schlossen ist, wobei die Hauptleiterschichten 2, 3 auf der oberen und auf der unteren
Oberfläche des dielektrischen Substrats 1 angeordnet sind, wobei diese Oberflächen
wenigstens einen Bereich sandwichartig umgeben, in dem der dielektrische Wellen
leiter 6 ausgebildet ist. Zwischen den Hauptleiterschichten 2 und 3 sind außerdem
mehrere Leiterstifte für die elektrische Verbindung der Hauptleiterschichten 2, 3
wie etwa Loch-Leiterstifte vorgesehen, woraus die beiden Reihen von Leiterstiften
4 konfiguriert sind. In Fig. 1 sind für jeden dielektrischen Wellenleiter 6 in Richtung
ihrer Dicke zwei Nebenleiterschichten 5 vorgesehen. In anderen Ausführungen
könnte jedoch eine einzige Nebenleiterschicht 5 vorgesehen sein, wie in Fig. 2 gezeigt
ist, in anderen Beispielen könnten drei oder mehr Nebenleiterschichten 5 vor
gesehen sein. In den Fig. 3A bis 11C, die später erwähnt werden, sind die Leiterstif
te 4 und die Nebenleiterschichten 5 vereinfacht, um zu verhindern, daß die Zeich
nung kompliziert wird.
Die beiden Reihen von Leiterstiften 4 sind mit einem vorgegebenen Zwischenraum
(Breite) b dazwischen ausgebildet und in vorgegebenen Abständen c angeordnet, die
kürzer als die halbe Wellenlänge in einer Übertragungsrichtung eines Hochfre
quenzsignals sind, wodurch elektrische Seitenwände des dielektrischen Wellenlei
ters 6 gebildet werden.
Für die Dicke a des dielektrischen Substrats 1, d. h. für den Abstand zwischen dem
Paar Hauptleiterschichten 2 und 3, besteht keine spezielle Beschränkung, die Dicke
a ist jedoch zweckmäßig ungefähr gleich dem halben oder dem doppelten Zwi
schenraum b (b/2 < a < 2b), wenn der dielektrische Wellenleiter im Einzelmodus
verwendet wird. In dem Beispiel von Fig. 1, in dem die Dicke a ungefähr der halbe
Zwischenraum b ist, wird durch die Hauptleiterschichten 2, 3 ein der H-Ebene des
dielektrischen Wellenleiters entsprechender Abschnitt gebildet, ferner wird durch
die Leiterstifte 4 und die Nebenleiterschichten 5 ein der E-Ebene hiervon entspre
chender Abschnitt gebildet. Alternativ wird in dem Fall, in dem die Dicke a unge
fähr der doppelte Zwischenraum b ist (a = 2b), ein der E-Ebene dem dielektrischen
Wellenleiter entsprechender Abschnitt durch die Halbleiterschichten 2, 3 gebildet,
während ein der H-Ebene hiervon entsprechender Abschnitt durch die Leiterstifte 4
und die Nebenleiterschichten 5 gebildet wird.
Der Einzelmodus ist einer der Moden von elektromagnetischen Wellen, die sich in
einem dielektrischen Wellenleiter ausbreiten, deren Querschnitt senkrecht zur axia
len Linie rechtwinklig ist, und wird bei der tiefsten Frequenz beobachtet, wobei die
ser Modus als Normalmodus oder als TE10-Modus bezeichnet werden kann. Bei
spielsweise zeigt ein im TE10-Modus sich ausbreitendes Magnetfeld wiederholt ei
nen Wechsel von rechtsspiralig nach linksspiralig, wobei der der H-Ebene entspre
chende Abschnitt eine Ebene ist, die zu einer Ebene parallel ist, in der das Magnet
feld spiralförmig ausgebildet wird. Der der E-Ebene entsprechende Abschnitt ist ei
ne Ebene, die zu dem der H-Ebene entsprechenden Abschnitt senkrecht ist. Wenn
das Intervall c so bestimmt wird, daß es kleiner als die halbe Signalwellenlänge λ ist
(c < λ/2), können ferner die elektrischen Wände durch die Leiterstifte 4 gebildet
werden. Zweckmäßig ist der Abstand c kleiner als ein Viertel der Signalwellenlänge
(c < λ/4).
Da sich eine TEM-Welle zwischen dem Paar Hauptleiterschichten 2, 3 ausbreiten
kann, die zueinander parallel sind, wird dann, wenn der Abstand c der Leiterstifte 4
größer als die halbe (λ/2) Signalwellenlänge λ ist (c < λ/2), eine dem dielektrischen
Wellenleiter 6 zugeführte elektromagnetische Welle zu einem Entweichen zwischen
den Leiterstiften 4 veranlaßt und an einer Ausbreitung längs des in diesem Fall er
zeugten künstlichen Wellenleiters gehindert. Wenn hingegen der Abstand c der
Leiterstifte 4 kleiner als λ/2 ist (c < λ/2), kann sich die elektromagnetische Welle
nicht in einer zum dielektrischen Wellenleiter 6 senkrechten Richtung ausbreiten, so
daß sie sich in der Signalausbreitungsrichtung des dielektrischen Wellenleiters 6
ausbreitet, wobei sie reflektiert wird. Daher wird in der Konfiguration von Fig. 1 ein
Bereich mit einer Querschnittsfläche a × b, der von dem Paar Hauptleiterschichten
2, 3, den beiden Reihen von Leiterstiften 4 und den Nebenleiterschichten 5 umgeben
ist, als dielektrischer Wellenleiter 6 bezeichnet.
In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel sind die Leiterstifte 4 in zwei Reihen angeord
net, es ist jedoch auch möglich, die Leiterstifte 4 in vier oder sechs Reihen anzuord
nen, um mittels der Leiterstifte 4 doppelte oder dreifache künstliche Leiterwände zu
bilden, damit ein Entweichen elektromagnetischer Wellen aus den Leiterwänden
wirksamer verhindert wird.
Da der obenerwähnte dielektrische Wellenleiter 6 eine Übertragungsleitung bildet,
die auf einem dielektrischen Wellenleiter basiert, beträgt die Größe des Wellenlei
ters (εr)-1/2 der Größe der herkömmlichen hohlen Wellenleiter, wenn die Dielek
trizitätskonstante des dielektrischen Substrats 1 mit εr bezeichnet wird. Daher kann
die Größe des Wellenleiters um so kleiner gemacht werden, je größer die Dielek
trizitätskonstante er eines das dielektrische Substrat 1 bildenden Materials ist, so daß
der dielektrische Wellenleiter 6 eine geeignete Größe für die Verwendung als Über
tragungsleitung von Mehrschicht-Verdrahtungssubstraten besitzt, die Verdrahtungen
mit hoher Dichte, Gehäuse für die Unterbringung einer Halbleitervorrichtung oder
zwischen Fahrzeugen verwendete Radare tragen.
Die Durchgangsleiter, die die Leiterstifte 4 bilden, sind in Abständen c angeordnet,
die kleiner als die halbe Signalwellenlänge λ sind, wie oben beschrieben worden ist,
wobei der Abstand c zweckmäßig ein konstanter Wiederholungsabstand ist, um eine
ausreichende Übertragungseigenschaft zu verwirklichen. Offensichtlich kann jedoch
der Abstand c geeignet geändert werden oder eine Kombination aus verschiedenen
Abständen sein, sofern der Abstand kleiner als die halbe Signalwellenlänge λ ist
(c < λ/2).
Das den obenerwähnten dielektrischen Wellenleiter bildende dielektrische Substrat
1 ist nicht besonders eingeschränkt, soweit es als Dielektrikum arbeitet und Eigen
schaften besitzt, die die Übertragung von Hochfrequenzsignalen nicht stören,
zweckmäßig ist jedoch das dielektrische Substrat 1 im Hinblick auf die Genauigkeit
der Bildung einer Übertragungsleitung und der Einfachheit der Herstellung aus einer
Keramik gebildet.
Für eine solche Keramik sind bisher Keramiken mit verschiedenen dielektrischen
Konstanten bekannt gewesen, für den Zweck der Übertragung von Hochfrequenzsi
gnalen durch den dielektrischen Wellenleiter gemäß der Erfindung werden jedoch
paraelektrische Materialien bevorzugt. Der Grund hierfür besteht darin, daß ferro
elektrische Keramiken eine hohe dielektrische Dämpfung in einem Hochfrequenz
bereich bewirken, weshalb der Übertragungsverlust groß ist. Daher ist es günstig,
die Dielektrizitätskonstante εr des dielektrischen Substrats 1 auf ungefähr 4 bis 100
zu setzen.
Gewöhnlich beträgt die Leitungsbreite einer Verdrahtungsschicht, die in Mehr
schicht-Verdrahtungssubstraten, Gehäusen für die Unterbringung einer Halbleiter
vorrichtung oder zwischen Fahrzeugen verwendeten Radaren gebildet ist, höchstens
ungefähr 1 mm. Wenn ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante von 100 ver
wendet wird und die Leitung in der Weise verwendet wird, daß der obere Abschnitt
die H-Ebene ist, d. h. wenn eine elektromagnetische Feldverteilung erzeugt wird, in
der das Magnetfeld spiralförmig ausgebildet ist und zur oberen Fläche parallel ist,
wird daher die verfügbare minimale Frequenz zu 15 GHz berechnet, weshalb die
Leitung auch im Mikrowellenband-Bereich verwendet werden kann.
Da hingegen ein Dielektrikum, das aus einem Kunstharz gebildet ist, das im allge
meinen als dielektrisches Substrat 1 verwendet wird, eine Dielektrizitätskonstante εr
von ungefähr 2 besitzt, kann die Leitung nicht benutzt werden, solange die Frequenz
nicht ungefähr 100 GHz oder mehr beträgt, wenn die Leitungsbreite 1 mm beträgt.
Solche paraelektrischen Keramiken umfassen viele Keramiken mit sehr kleinem
Verlustfaktor wie etwa Aluminiumoxid und Siliciumoxid. Es können jedoch nicht
alle Arten von paraelektrischen Keramiken verwendet werden. Im Fall der Verwen
dung eines dielektrischen Wellenleiters wird durch einen Leiter nahezu kein Verlust
erzeugt, während der Verlust bei der Signalübertragung hauptsächlich durch ein
Dielektrikum verursacht wird. Ein Dämpfungsbelag α (dB/m) aufgrund eine Dielek
trikums kann durch die im folgenden gezeigte Formel 1 ausgedrückt werden:
α = 27,3 × tanδ/[λ/{1 - (λ/λc)2}1/2] (1),
wobei
tanδ: Verlustfaktor des Dielektrikums
λ: Wellenlänge im Dielektrikum
λc: Grenzwellenlänge
bedeutet.
tanδ: Verlustfaktor des Dielektrikums
λ: Wellenlänge im Dielektrikum
λc: Grenzwellenlänge
bedeutet.
In Übereinstimmung mit genormten Formen eines rechtwinkligen Wellenleiters
(WRJ-Serie) beträgt {1 - (λ/λc)2}1/2 im obigen Ausdruck 1 ungefähr 0,75.
Die WRJ-Serie ist ein Standard für die Größe rechtwinkliger Wellenleiter in Japan.
Beispielsweise besitzt ein rechtwinkliger Wellenleiter, der WRJ-60 genannt wird,
eine zu seiner Achse senkrechte Querschnittsform, die eine innere Abmessung von
3,76 mm × 1,88 mm besitzt, und wird in einem Frequenzbandbereich von 50 bis
75 GHz verwendet. Die WRJ-Serie kann durch eine WR-Serie ausgedrückt werden,
die eine überarbeitete japanische Norm ist.
Um daher die Dämpfung auf einen praktisch verfügbaren Pegel des Übertragungs
verlusts von -100 dB/m oder weniger zu reduzieren, muß ein Dielektrikum gewählt
werden, das die Beziehung der folgenden Formel 2 erfüllt:
f × εr 1/2 × tanδ ≦ 0,8 (2),
wobei f eine zu verwendende Frequenz (GHz) ist.
Ein Material des dielektrischen Substrats 1 umfaßt Aluminiumoxid-Keramik, Glas-
Keramik, Aluminiumnitrid-Keramik und dergleichen. Beispielsweise wird das
Substrat in der folgenden Weise hergestellt. Ein geeignetes organisches Lösungsmittel
wird zu einem Pulver aus Keramikrohmaterial hinzugefügt und mit diesem ge
mischt, um eine Breiform herzustellen. Das Gemisch wird unter Verwendung einer
wohlbekannten Technik wie etwa des Rakelverfahrens oder des Druckwalzenver
fahrens in eine lagenähnliche Form gebracht, um mehrere unbehandelte Keramikla
gen zu erhalten. Diese unbehandelten Keramiklagen werden einem geeigneten
Stanzprozeß unterworfen und dann laminiert. Danach wird ein Brennen bei 1500 bis
1700°C im Fall von Aluminiumoxid-Keramik, bei 850 bis 1000°C im Fall von
Glas-Keramik und bei 1600 bis 1900°C im Fall von Aluminiumnitrid-Keramik
aus geführt.
Das Paar Hauptleiterschichten 2, 3 wird in der folgenden Weise gebildet. Wenn das
dielektrische Substrat 1 aus Aluminiumoxid-Keramik hergestellt ist, werden bei
spielsweise ein Oxid wie etwa Aluminiumoxid, Siliciumoxid oder Magnesiumoxid,
ein organisches Lösungsmittel und dergleichen hinzugefügt und mit dem Pulver ei
nes Metalls wie etwa Wolfram vermischt, um eine pastenartige Form zu schaffen.
Das Gemisch wird anschließend auf die unbearbeiteten Keramiklagen mittels der
Dickfilm-Drucktechnik gedruckt, um wenigstens eine Übertragungsleitung voll
ständig zu bedecken. Danach wird ein Brennen bei einer hohen Temperatur von un
gefähr 1600°C ausgeführt, wodurch die Hauptleiterschichten 2, 3 mit einer Dicke
von 10 bis 15 µm oder mehr gebildet werden. Als Metallpulver wird zweckmäßig
Kupfer, Gold oder Silber im Fall der Glas-Keramik und Wolfram oder Molybdän im
Fall der Aluminiumnitrid-Keramik verwendet. Gewöhnlich wird die Dicke der
Hauptleiterschichten 2, 3 auf ungefähr 5 bis 50 µm gesetzt.
Die die Leiterstifte 4 bildenden Leiter können beispielsweise durch Loch-Leiterstif
te gebildet werden. Die Leiter können eine kreisförmige Querschnittsform besitzen,
die einfach hergestellt werden kann, alternativ kann eine Querschnittsform eines
Polygons wie etwa eines Rechtecks oder eines Rhomboids verwendet werden. Diese
Leiter werden beispielsweise durch Einbetten einer Metallpaste ähnlich derjenigen
der Hauptleiterschichten 2, 3 in Durchgangslöcher, die durch Ausführen eines
Stanzprozesses in einer unbearbeiteten Keramiklage gebildet werden, und dann
durch Brennen der Metallpaste zusammen mit dem dielektrischen Substrat 1 gebil
det. Es ist günstig, den Durchmesser dieser Leiter auf 50 bis 300 µm zu setzen.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 2 eine Ausführung einer Verbindungsanordnung für
dielektrische Wellenleiter der Erfindung, die den obenbeschriebenen dielektrischen
Wellenleiter verwendet, beschrieben.
Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Ausführung einer
Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung zeigt. In
Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen L Elemente, die zum unteren dielektrischen
Wellenleiter der übereinandergestapelten dielektrischen Wellenleiter gehören, wäh
rend das Bezugszeichen U Elemente bezeichnet, die zum oberen dielektrischen
Wellenleiter gehören. Das Bezugszeichen 1L (1U) bezeichnet ein dielektrisches
Substrat mit einer Dicke a; die Bezugszeichen 2L (2U), 3L (3U) bezeichnen ein
Paar Hauptleiterschichten, die so angeordnet sind, daß das dielektrische Substrat 1L
(1U) sandwichartig eingeschlossen ist; das Bezugszeichen 4L (4U) bezeichnet zwei
Reihen von Leiterstiften, die mit einem vorgegebenen Zwischenraum (Breite) b da
zwischen gebildet sind und in vorgegebenen Abständen c angeordnet sind, die klei
ner als die halbe Wellenlänge in einer Übertragungsrichtung von Hochfrequenzsi
gnalen sind, um die Hauptleiterschichten 2L (2U) und 3L (3U) elektrisch zu verbin
den; das Bezugszeichen 5L (5U) bezeichnet eine Nebenleiterschicht; das Bezugs
zeichen 6L (6U) bezeichnet einen dielektrischen Wellenleiter, der durch einen Be
reich konfiguriert ist, der von dem Paar Hauptleiterschichten 2L (2U), 3L (3U), den
beiden Reihen von Leiterstiften 4L (4U) und der Nebenleiterschicht 5L (5U) umge
ben ist.
Dieses dielektrische Substrat 1L (1U), die Hauptleiterschichten 2L (2U), 3L (3U)
und die Leiterstifte 4L (4U) sind in der gleichen Weise konfiguriert, wie für den
obenerwähnten und in der Erfindung verwendeten dielektrischen Wellenleiter be
schrieben worden ist.
Weiterhin wird ein Kopplungsfenster 7 für die elektromagnetische Kopplung zwi
schen dem oberen dielektrischen Wellenleiter 6U und dem unteren dielektrischen
Wellenleiter 6L in der folgenden Weise vorgesehen: der dielektrische Wellenleiter
6U und der dielektrische Wellenleiter 6L werden so übereinandergestapelt, daß die
Hauptleiterschicht 3U und die Hauptleiterschicht 2L miteinander überlappen, um
einen Überlappungsabschnitt zu definieren; danach wird in dem Überlappungsab
schnitt der Hauptleiterschichten 3U und 2L ein geleerter Abschnitt gebildet, um das
Kopplungsfenster 7 zu bilden. Der "Überlappungsabschnitt" der Hauptleiterschich
ten 3U und 2L kann durch Herstellen zweier Hauptleiterschichten 3U, 2L konfigu
riert werden, die in Richtung ihrer Dicke einzeln in Kontakt sind und elektrisch ver
bunden sind. Andernfalls kann er durch Weglassen einer der beiden Hauptleiter
schichten 3U, 2L im Überlappungsabschnitt, um den anderen zurückzulassen, und
durch elektrisches Verbinden des restlichen Teils der Hauptleiterschichten 3U, 2L
konfiguriert werden. Gemäß der Erfindung werden in einem Verbindungsabschnitt
zwischen dem unteren dielektrischen Wellenleiter 6L und dem oberen dielektri
schen Wellenleiter 6U die oberen und unteren dielektrischen Wellenleiter 6U und
6L so gestapelt, daß die obere Hauptleiterschicht 2L des unteren dielektrischen
Wellenleiters 6L und die untere Hauptleiterschicht 3U des oberen dielektrischen
Wellenleiters 6U teilweise miteinander überlappen, und in gegenseitigen Kontakt
gebracht, wobei im Überlappungsabschnitt ein geleerter Abschnitt der Hauptleiter
schicht 3U (2L), das als das Kopplungsfenster 7 dient, ausgebildet wird. Im Ergeb
nis dient der geleerte Abschnitt einem elektromagnetischen Kopplungsfenster, so
daß der untere dielektrische Wellenleiter 6L und der obere dielektrische Wellenlei
ter 6U über dieses Kopplungsfenster 7 elektromagnetisch gekoppelt sind.
Gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung sind
die Eigenschaften nicht beschränkt durch die Dicke einer dielektrischen Lage, wie
dies im Stand der Technik der Fall ist, in dem die Kopplung über einen Speisestift
erfolgt. Beispielsweise kann ein Muster des Kopplungsfensters 7 zum Zeitpunkt des
Druckens des Überlappungsabschnitts der Hauptleiterschichten 3U, 2L der beiden
dielektrischen Wellenleiter 6U, 6L vor dem Laminieren unbearbeiteter Lagen, die
zu den dielektrischen Substraten 1U, 1L werden, gebildet werden, so daß eine hohe
Mengenleistung und eine kostengünstige Produktion verwirklicht werden können.
Ferner wird im Fall der Verwendung eines Speisestifts die gesamte Energie der sich
ausbreitenden elektromagnetischen Wellen zunächst durch den Speisestift geschickt,
um danach in Stromenergie umgesetzt zu werden. Da in diesem Fall der Speisestift
einen gewissen Widerstand besitzt, sofern er kein Supraleiter ist, wird Wärme er
zeugt, die im Verbindungsabschnitt einen Energieverlust hervorruft. Da im Gegen
satz hierzu gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Er
findung die Energie elektromagnetischer Wellen, die sich durch den unteren dielek
trischen Wellenleiter 6L ausgebreitet haben, über das Kopplungsfenster 7 direkt mit
der Energie der elektromagnetischen Wellen des oberen dielektrischen Wellenleiters
6U gekoppelt wird, tritt ein Energieverlust wie oben beschrieben nicht auf.
In der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung stehen
im Fall der Bildung des Kopplungsfensters 7 die Position, das Profil und die Größe
hiervon mit den Frequenzeigenschaften, dem Kopplungsbetrag und dem Reflexions
betrag, die für die Verbindungsanordnung erforderlich sind, in einer komplizierten
Beziehung. Aus diesem Grund werden Berechnungen unter Verwendung der Analy
se elektromagnetischer Felder wiederholt ausgeführt, um die gewünschten Frequen
zeigenschaften zu erfüllen, wobei die Position, das Profil, die Größe und derglei
chen des Kopplungsfensters 7 mit den gewünschten Verbindungseigenschaften be
stimmt werden.
Um am Verbindungsabschnitt des dielektrischen Wellenleiters 6U (6L) einen Ab
schluß auszubilden, sind in Fig. 2 vorgesehen: eine Reihe von weiteren Leiterstiften
8U (8L), die in einem Abstand vom Zentrum 7a (siehe Fig. 3A) des Kopplungsfen
sters 7 in der Übertragungsrichtung der Hochfrequenzsignale, der gleich oder kürzer
als eine Signalwellenlänge ist (d ≦ λ), und in einer zur Übertragungsrichtung senk
rechten Richtung in Abständen angeordnet ist, die kleiner als die halbe Signalwel
lenlänge λ ist (P1 < λ/2), um die Hauptleiterschichten 2U und 3U (2L und 3L) elek
trisch zu verbinden; und eine weitere Nebenleiterschicht 9U (9L), die zwischen den
Hauptleiterschichten 2U und 3U (2L und 3L) parallel zu den Hauptleiterschichten
2U, 3U (2L, 3L) angeordnet ist, wobei die weitere Nebenleiterschicht mit der Ne
benleiterschicht 5U (5L) und den weiteren Leiterstiften 8U (8L) elektrisch verbun
den ist.
In diesem Fall ist eine von der Seite A (links in Fig. 2) des unteren dielektrischen
Wellenleiters 6L eingegebene elektromagnetische Welle mit dem oberen dielektri
schen Wellenleiter 6U über das Kopplungsfenster 7 gekoppelt und wird von der
Seite B (rechte Seite in Fig. 2) ausgegeben. Im Zusammenhang hiermit können Po
sitionen der Enden am Verbindungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter 6L und
6U, d. h. Positionen, an denen die weiteren Leiterstifte 8U, 8L und die weiteren Ne
benleiterschichten 9U und 9L ausgebildet werden sollen, unter Verwendung der
Analyse elektromagnetischer Felder entsprechend den gewünschten Eigenschaften
berechnet werden. Es ist jede Position möglich, sofern die gewünschten Eigenschaf
ten erfüllt sind, es ist jedoch optimal, die Positionen in einem Abstand zu setzen, der
nicht länger als eine Leiterwellenlänge vom Zentrum 7a des Kopplungsfensters 7 in
Übertragungsrichtung ist (d ≦ λ). Anhand der Positionen der weiteren Leiterstifte
8U, 8L und der Nebenleiterschichten 9U, 9L an den Enden längs der Übertragungs
richtung wird eine Phase im Zentrum 7a des Kopplungsfensters 7 eingestellt. Der
Grund, weshalb in der Übertragungsrichtung eine Position in einem Abstand, der
nicht länger als die Leiterwellenlänge vom Zentrum 7a ist, welches eine Mittelposi
tion der Länge w des Kopplungsfensters längs der Übertragungsrichtung ist, für eine
Position längs der Übertragungsrichtung der weiteren Leiterstifte optimal ist, besteht
darin, daß die Phase im Zentrum (7a) bei jeder Leiterwellenlänge λg wiederholt
wird.
Derartige Abschlußabschnitte der dielektrischen Wellenleiter 6U, 6L in Form der
weiteren Leiterstifte 8U, 8L und der weiteren Nebenleiterschichten 9U, 9L können
für diesen Zweck vorgesehen werden, sie müssen jedoch nicht notwendigerweise
vorgesehen werden. In dem Fall, in dem die weiteren Leiterstifte 8U und die Neben
leiterschichten 9U am Ende des dielektrischen Wellenleiters 6U gebildet werden,
während die Leiterstifte 8L und die Nebenleiterschichten 9L am Ende des dielektri
schen Wellenleiters 6L nicht gebildet werden, wird beispielsweise eine elektroma
gnetische Welle, die von der Seite A des dielektrischen Wellenleiters 6L eingegeben
wird, am Kopplungsfenster 7 verzweigt, um teilweise von der Seite B des dielektri
schen Wellenleiters 6U ausgegeben zu werden und teilweise mit dem dielektrischen
Wellenleiter 6L gekoppelt zu werden, um sich in der Richtung C (Richtung nach
rechts in Fig. 2) auszubreiten. Mit anderen Worten, dieser Fall entspricht einer Ver
zweigungsschaltung, in der eine elektromagnetische Welle in obere und untere
Wellenleiter verzweigt wird.
Alternativ wird in dem Fall, in dem die Leiterstifte 8L und die Nebenleiterschicht
9L am Ende des dielektrischen Wellenleiters 6L gebildet sind, während die Leiter
stifte 8U und die Nebenleiterschicht 9U an der Abschlußfläche des dielektrischen
Wellenleiters 6U nicht gebildet sind, eine von der Seite A des dielektrischen Wel
lenleiters 6L eingegebene elektromagnetische Welle über das Durchgangsfenster 7
vollständig mit dem dielektrischen Wellenleiter 6U gekoppelt und dann in der
Richtung der Seite B des dielektrischen Wellenleiters 6U und in der Richtung der
Seite D (Richtung nach links in Fig. 2) des dielektrischen Wellenleiters 6U ver
zweigt und ausgebreitet. Mit anderen Worten, dieser Fall entspricht einer Verzwei
gungsschaltung in dem oberen dielektrischen Wellenleiter.
Als nächstes werden Beispiele der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellen
leiter der Erfindung in den Fig. 3 bis 7 veranschaulicht.
Von den Fig. 3 bis 7 sind die Fig. 3A bis 7A schematische perspektivische Ansich
ten einer Verbindungsanordnung, während die Fig. 3B bis 7B Diagramme sind, die
Frequenzeigenschaften der Übertragungseigenschaften der Verbindungsanordnung
zeigen. In den Diagrammen der Fig. 3B bis 7B bezeichnet die horizontale Achse die
Frequenz (GHz), bezeichnet die vertikale Achse einen S-Parameter (dB) und stellen
die Kennlinien S11 (Reflexion) und S21 (Durchlassung) unter den S-Parametern
dar. In jeder perspektivischen Ansicht sind die gleichen Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet, wobei ein offenes Ende des di
elektrischen Wellenleiters 6L (6U) und das Kopplungsfenster 7 diagonal schraffiert
sind, die Leiterstifte 4L (4U) und die weiteren Leiterstifte 8L (8U) vereinfacht sind
und die Darstellung der Nebenleiterschichten 5L, 5U und der weiteren Nebenleiter
schichten 9U, 9L weggelassen sind. Die Übertragungseigenschaften werden durch
Simulation bestimmt.
Zunächst zeigt Fig. 3 ein Beispiel, bei dem die Dicke des dielektrischen Substrats
1L (1U) 0,6 mm beträgt, der Zwischenraum (Breite) b der Leiterstifte 4L (4U)
1,456 mm beträgt, ein Abstand d vom Zentrum 7a des Kopplungsfensters 7 zur Rei
he von weiteren Leiterstiften 8L (8U) 1,2 mm beträgt, die Breite des Kopplungs
fensters 7 gleich dem Zwischenraum (Breite) b der Leiterstifte 4L (4U) ist und eine
Länge w in Übertragungsrichtung des Kopplungsfensters 7 0,4 mm beträgt. Wie aus
Fig. 3B hervorgeht, wird in diesem Beispiel die beste Übertragung bei der Frequenz
von 77,5 GHz erhalten. Die Reflexion bei der besten Übertragung beträgt jedoch
ungefähr -9 dB, was Raum für eine Verbesserung läßt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, werden angesichts der obigen Beschreibung in dem Fall, in
dem die Länge w auf 1,2 mm verlängert ist, während die Dicke a der Zwischenraum
(Breite) b und der Abstand d gleich jenen von Fig. 3 sind, die elektromagnetischen
Wellen mit einer weiten Bandbreite von 70 GHz bis 82 GHz mit ausreichenden Ei
genschaften, d. h. mit einer Reflexion von nicht mehr als -15 dB, durchgelassen.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, in dem die Dicke a 1,456 mm beträgt, der Zwischenraum
(Breite) b 0,6 mm beträgt, die Länge w 1,2 mm beträgt und die Grenzen des Kopp
lungsfensters 7 so bemessen sind, daß sie im wesentlichen mit den Positionen der
Enden der dielektrischen Wellenleiter 6L, 6U übereinstimmen (d = w/2). Die Rich
tung des elektrischen Feldes ist horizontal und die Hauptleiterschichten 2L, 3L; 2U,
3U bilden die E-Ebenen. In diesem Beispiel wird die beste Durchlassung der elek
tromagnetischen Wellen bei einer Frequenz von 83 GHz erhalten, das die Übertra
gung erlaubende Frequenzband ist jedoch nicht so ausgedehnt.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel, in dem die Breite e des Kopplungsfensters 7 auf 0,2 mm
gesetzt ist, während die Dicke a, der Zwischenraum (Breite) b und die Länge w
gleich jenen in Fig. 5 sind. In diesem Beispiel wird die beste Durchlassung der
elektromagnetischen Wellen bei einer Frequenz von 66 GHz erhalten, wobei das die
Übertragung ermöglichende Frequenzband etwas weiter als dasjenige in Fig. 5 ist.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel, in dem die Länge w auf 2,4 mm erhöht ist, während die
Dicke a, der Zwischenraum (Breite) b und die Breite e gleich jenen von Fig. 6 sind.
In diesem Beispiel ist angegeben, daß die elektromagnetischen Wellen in einem
breiten Frequenzband von 70 GHz bis 80 GHz übertragen werden können.
Dadurch wird bestätigt, daß gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische
Wellenleiter der Erfindung durch Ändern des Profils und der Größe des Kopplungs
fensters eine Frequenzeigenschaft einer elektromagnetischen Welle eines Hochfre
quenzsignals, die durch den Verbindungsabschnitt durchgelassen wird, auf einen
gewünschten Wert geändert werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungen eingeschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfangs der Erfindung geändert oder abgewandelt
werden. Beispielsweise breiten sich elektromagnetische Wellen in dem unteren di
elektrischen Wellenleiter 6L und in dem oberen dielektrischen Wellenleiter 6U in
den obigen Ausführungen in derselben Richtung aus, die elektromagnetischen Wel
len können sich jedoch in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten, indem Enden
der dielektrischen Wellenleiter 6L und 6U auf derselben Seite des Verbindungsab
schnitts vorgesehen werden. Darüber hinaus können die dielektrischen Wellenleiter
6L und 6U so ausgebildet werden, daß sie sich unter einem beliebigen Winkel
schneiden. In diesem Fall ist es durch Anpassen der Hauptleiterschichten 2L, 3L
(2U, 3U) an die H-Ebenen möglich, eine ähnliche Funktion wie jene eines Bethe-
Loch-Richtungskopplers im herkömmlichen Wellenleiter zu erhalten.
Ferner kann das Profil des Kopplungsfensters 7 kreisförmig, polygonförmig und
dergleichen sein oder verschmälert und verlängert sein, so daß es eine sogenannte
Schlitzform besitzt. Außerdem kann das Kopplungsfensters 7 mehrfach ausgebildet
sein.
Das Querschnittsprofil der mehreren Leiter, die die Leiterstifte 4L, 4U bilden, kann
außer der Kreisform wie in Fig. 2 gezeigt auch ovale, dreieckige, rechteckige, poly
gonförmige oder plattenförmige Formen besitzen.
Als nächstes ist in Fig. 8 eine weitere Ausführung der Verbindungsanordnung für
dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung gezeigt.
In der Verbindungsanordnung von Fig. 8 ist ein dielektrischer Wellenleiter über ei
nen Endabschnitt des anderen dielektrischen Wellenleiters gestapelt, so daß sich
Übertragungsrichtungen für Hochfrequenzsignale in rechten Winkeln schneiden.
Fig. 8A ist eine perspektivische Explosionsansicht, die dielektrische Wellenleiter
zeigt, bevor sie verbunden sind, während Fig. 8B eine perspektivische Ansicht ist,
die die dielektrischen Wellenleiter nach ihrer Verbindung zeigt und Fig. 8C eine
perspektivische Ansicht ist, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt, die für ein ein
facheres Verständnis nur in Umrissen gezeigt sind. In diesen Zeichnungen sind die
gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet, ferner
ist die Darstellung des dielektrischen Substrats weggelassen. Die Hauptleiterschicht
2 ist perspektivisch und teilweise aufgeschnitten gezeigt.
In Fig. 8 bezeichnen die Bezugszeichen 2, 3 ein Paar Hauptleiterschichten, bezeich
net das Bezugszeichen 4 zwei Reihen von Leiterstiften, bezeichnet das Bezugszei
chen 5 eine Nebenleiterschicht und bezeichnen die Bezugszeichen 6A, 6B dielektri
sche Wellenleiter. Diese beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B sind so angeord
net, daß die Hochfrequenzsignal-Übertragungsrichtungen hiervon sich in rechten
Winkeln schneiden und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 eines dielektrischen
Wellenleiters und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 des anderen dielektrischen
Wellenleiters miteinander überlappen. In dieser Ausführung überlappen die obere
Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A und die untere Hauptleiter
schicht 3 des dielektrischen Wellenleiters 6B miteinander. In dem Abschnitt, in dem
die Hauptleiterschichten 2, 3 miteinander überlappen, sind beide Hauptleiterschich
ten 2, 3 mit einem Kopplungsfenster 7 versehen, das ein Abschnitt ohne Leiter ist
(diagonal schraffiert in den Hauptleiterschichten 2, 3).
Zweckmäßig wird in dem Fall, in dem die Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen
Wellenleiters 6A und die Hauptleiterschicht 3 des dielektrischen Wellenleiters 6B
gemeinsam im Überlappungsabschnitt ausgebildet sind und das Kopplungsfenster 7
in dieser gemeinsamen Hauptleiterschicht ausgebildet ist, eine ausgezeichnete
Übertragungseigenschaft des Hochfrequenzsignals im Verbindungsabschnitt erhal
ten. Außerdem ist in dieser Ausführung ein dielektrischer Wellenleiter 6B mit dem
Endabschnitt des anderen dielektrischen Wellenleiters 6A verbunden, ferner ist der
dielektrische Wellenleiter 6A mit einer Reihe von weiteren Leiterstiften 8 und mit
den weiteren Nebenleiterschichten 9 für die Bildung einer Abschlußfläche versehen.
Die Reihe von weiteren Leiterstiften 8 ist in einem Abstand vom Zentrum des
Kopplungsfensters in Übertragungsrichtung, der nicht länger als die Leiterwellen
länge des Hochfrequenzsignals ist, ausgebildet, um die Hauptleiterschichten 2 und 3
elektrisch zu verbinden, wobei die weiteren Leiterstifte in Abständen angeordnet
sind, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge in einer zur Übertragungsrichtung
des dielektrischen Wellenleiters 6A senkrechten Richtung ist. Die weiteren Neben
leiterschichten 9 sind zwischen den Hauptleiterschichten 2 und 3 so angeordnet, daß
sie zu den Hauptleiterschichten parallel sind, und mit den Nebenleiterschichten 5
und mit der Reihe der weiteren Leiterstifte 8 elektrisch verbunden. Wie oben be
schrieben worden ist, sind die beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B in der Wei
se übereinandergestapelt, daß sich die Leitungen 6A und 6B rechtwinklig schneiden
und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 eines dielektrischen Wellenleiters und eine
der Hauptleiterschichten 2, 3 des anderen dielektrischen Wellenleiters miteinander
überlappen, wobei das Kopplungsfenster 7 in dem Abschnitt vorgesehen ist, in dem
die Hauptleiterschichten 2 und 3 miteinander überlappen. Im Ergebnis sind die bei
den dielektrischen Wellenleiter 6A und 6B über das Kopplungsfenster 7 elektroma
gnetisch gekoppelt. Weiterhin bilden in dieser Ausführung die dielektrischen Wel
lenleiter eine T-förmige Verzweigungsstruktur, so daß die von einem Anschluß 10
des dielektrischen Wellenleiters 6A eingegebenen Hochfrequenzsignale an die di
elektrischen Wellenleiter 6B über das Kopplungsfenster 7 übertragen werden und
dabei in zwei Richtungen mit derselben Phase verzweigt werden und von jeweiligen
Anschlüssen 11, 12 ausgegeben werden.
Selbst wenn der dielektrische Wellenleiter 6A nicht mit der Reihe von weiteren
Leiterstiften 8 und mit den weiteren Nebenleiterschichten 9 versehen ist, kann eine
kreuzförmige Verzweigungsstruktur des dielektrischen Wellenleiters konfiguriert
werden, falls der dielektrische Wellenleiter 6A und der dielektrische Wellenleiter
6B in der Mitte miteinander verbunden sind. In diesem Fall werden Hochfrequenz
signale, die vom Anschluß 10 des dielektrischen Wellenleiters 6A eingegeben wer
den, übertragen und dabei unterteilt in Signale, die längs des dielektrischen Wellen
leiters 6A übertragen werden sollen; und in Signale, die sich durch das Kopplungs
fenster 7 zum dielektrischen Wellenleiter 6B ausbreiten, um in zwei Richtungen
verzweigt und mit derselben Phase an die Anschlüsse 11, 12 übertragen zu werden.
Dadurch wird eine Verzweigungsstruktur des dielektrischen Wellenleiters gebildet,
die eine einzige Leitung in drei Leitungen verzweigen kann, die sich rechtwinklig
schneiden.
Gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung
werden die Eigenschaften nicht durch die Dicke des dielektrischen Substrats 1 wie
im Fall der herkömmlichen Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter, in
denen die Kopplung durch einen Speisestift erzielt wird, beschränkt. Ferner kann
vor dem Laminieren von das dielektrische Substrat 1 bildenden unbearbeiteten La
gen ein Muster des Kopplungsfensters 7 beim Drucken des Abschnitts der Hauptlei
terschichten 2, 3, in dem die beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B überlappen,
gebildet werden. Daher wird die Mengenleistung hoch und werden die Produktions
kosten gesenkt.
Außerdem wird gemäß der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter
der Erfindung die elektromagnetische Energie, die sich längs des einen dielektri
schen Wellenleiters 6A ausbreitet, über das Kopplungsfenster 7 direkt mit der elek
tromagnetischen Energie des anderen dielektrischen Wellenleiters 6B gekoppelt,
weshalb ein Energieverlust wie etwa eine Wärmeerzeugung oder dergleichen auf
grund eines Widerstandselements nicht auftritt und eine Verbindungsanordnung, die
einen geringen Übertragungsverlust und gute Übertragungseigenschaften besitzt,
verwirklicht wird.
Wenn in der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung
das Kopplungsfenster 7 gebildet wird, stehen seine Position, sein Profil und seine
Größe mit den Frequenzeigenschaften, dem Kopplungsbetrag und dem Reflexions
betrag, die für die Verbindungsanordnung gefordert sind, in einer komplizierten
Beziehung. Um daher die gewünschte Frequenzeigenschaft zu erfüllen, werden
wiederholt Berechnungen unter Verwendung der Analyse für elektromagnetische
Felder ausgeführt, um die Position, das Profil, die Größe und dergleichen des
Kopplungsfensters 7 mit der gewünschten Verbindungseigenschaft zu bestimmen.
Wenn ferner in der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter der Erfin
dung die Reihe der weiteren Leiterstifte 8 und die weiteren Nebenleiterschichten 9
wie im Fall des in Fig. 8 gezeigten dielektrischen Wellenleiters 6B vorgesehen sind,
können deren Positionen durch eine elektromagnetische Analyse gemäß einer ge
forderten Eigenschaft bestimmt werden. Jede Position ist möglich, sofern die gefor
derte Eigenschaft erfüllt wird, die am meisten bevorzugte Position liegt jedoch in
nerhalb eines Abstandes vom Zentrum des Kopplungsfensters 7, der nicht länger als
die Leiterwellenlänge ist. Der Grund hierfür besteht darin, daß eine Phase im Zentrum
des Kopplungsfensters 7 durch die Position der Abschlußfläche eingestellt
wird und die Phase bei jeder Leiterwellenlänge λg wiederholt wird.
Ferner ist das Ende des dielektrischen Wellenleiters 6A, die durch die weiteren
Leiterstifte 8 und die weiteren Nebenleiterschichten 9 gebildet ist, entsprechend ih
rem Zweck und nicht notwendigerweise wie oben beschrieben beschaffen. Außer
dem kann ein solcher Abschluß in dem dielektrischen Wellenleiter 6B vorgesehen
sein, wenn dies notwendig sein sollte. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem der
dielektrische Wellenleiter 6B auch mit der Reihe der weiteren Leiterstifte 8 und mit
den weiteren Nebenleiterschichten 9 auf seiten des Anschlusses 11 versehen ist, um
einen Abschluß zu bilden, während der dielektrische Wellenleiter 6A mit der Ab
schlußfläche wie in Fig. 8 gezeigt versehen ist, eine vom Anschluß 10 des dielektri
schen Wellenleiters 6A eingegebene elektromagnetische Welle an den dielektri
schen Wellenleiter 6B durch das Kopplungsfenster 7 übertragen und dann vom An
schluß 12 des dielektrischen Wellenleiters 6B ausgegeben. Das heißt, daß in diesem
Fall eine Verbindungsanordnung geschaffen wird, in der der untere dielektrische
Wellenleiter 6A und der obere dielektrische Wellenleiter 6B in L-Form verbunden
sind.
Als nächstes ist in Fig. 9 eine nochmals weitere Ausführung der Verbindungsanord
nung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung gezeigt.
Fig. 9 zeigt eine Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter, die ähnlich
derjenigen der in Fig. 8 gezeigten Ausführung ist, die Breite des unteren dielektri
schen Wellenleiters und die Breite des Kopplungsfensters sind jedoch am Verbin
dungsabschnitt größer. Fig. 9A ist eine perspektivische Explosionsansicht, die di
elektrische Wellenleiter vor ihrer Verbindung zeigt, Fig. 9B ist eine perspektivische
Ansicht, die die dielektrischen Wellenleiter nach ihrer Verbindung zeigt, und
Fig. 9C ist eine perspektivische Ansicht, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt,
die für ein einfacheres Verständnis nur in Umrissen gezeigt sind. Auch in diesen
Zeichnungen sind dieselben Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1
und 8 bezeichnet. Die Hauptleiterschicht 2 ist perspektivisch gezeigt und teilweise
aufgeschnitten.
In Fig. 9 bezeichnen die Bezugszeichen 2, 3 ein Paar Hauptleiterschichten, das Be
zugszeichen 4 bezeichnet zwei Reihen von Leiterstiften, das Bezugszeichen 5 be
zeichnet eine Nebenleiterschicht und die Bezugszeichen 6A, 6B bezeichnen dielektrische
Wellenleiter. Diese beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B sind so ange
ordnet, daß sich Hochfrequenzsignal-Übertragungsrichtungen hiervon rechtwinklig
schneiden und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 eines dielektrischen Wellenleiters
und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 des anderen dielektrischen Wellenleiters
miteinander überlappen. In dieser Ausführung überlappen die obere Hauptleiter
schicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A und die untere Hauptleiterschicht 3
des dielektrischen Wellenleiters 6B miteinander. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet
eine Reihe von weiteren Leiterstiften, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine weitere
Nebenleiterschicht und die Bezugszeichen 10 bis 12 bezeichnen Anschlüsse.
In dieser Ausführung ist die Breite der beiden Reihen von Leiterstiften 4 des unteren
dielektrischen Wellenleiters 6A im Vergleich zu der vorgegebenen Breite ("b", in
Fig. 1 gezeigt) in dem Teil, in dem die dielektrische Wellenleiter 6A und 6B mitein
ander überlappen, größer. Außerdem sind in dem Überlappungabschnitt die beiden
Hauptleiterschichten 2, 3 mit einem Kopplungsfenster 7 versehen, das ein Abschnitt
ohne Leiter ist (in den Hauptleiterschichten 2, 3 diagonal schraffiert). Ferner ist die
Breite des Kopplungsfensters 7, d. h. die Abmessung der Öffnung in Breitenrichtung
der Leiterstifte 4 der dielektrischen Wellenleiter 6A in dieser Ausführung größer, so
daß sie mit der Breite der beiden Reihen von Leiterstiften 4 des dielektrischen Wel
lenleiters 6A übereinstimmt.
Im Ergebnis sind die beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B miteinander ver
bunden und dabei über das Kopplungsfenster 7 elektromagnetisch gekoppelt. Durch
approximatives Ändern der Breite des Verbindungsabschnitts der dielektrischen
Wellenleiter 6A und 6B oder der Breite in Breitenrichtung der beiden Reihen von
Leiterstiften 4 des dielektrischen Wellenleiters 6A in dieser Ausführung und der
Größe des Kopplungsfensters 7 kann die Reflexion eines Hochfrequenzsignals am
Verbindungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter 6A und 6B reduziert werden,
um eine Verbindungsanordnung mit niedrigen Verlusten zu erhalten.
Die Konfiguration, in der die Breite der beiden Reihen von Leiterstiften 4 weiter als
die vorgegebene Breite b im Überlappungsbereich der dielektrischen Wellenleiter
6A und 6B ist, könnte auf den unteren dielektrischen Wellenleiter 6A nicht an
wendbar sein, jedoch auf den oberen dielektrischen Wellenleiter 6B, oder könnte
auf beide dielektrische Wellenleiter 6A, 6B anwendbar sein. Wenn die Breite der
beiden Reihen von Leiterstiften 4 weiter als die vorgegebene Breite B gemacht
wird, kann die erweiterte Breite in den Bereich von der einfachen bis zur doppelten
vorgegebenen Breite b gesetzt werden.
Als nächstes ist in Fig. 10 eine nochmals weitere Ausführung der Verbindungsan
ordnung für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung gezeigt.
Fig. 10 zeigt eine Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter ähnlich der
in Fig. 8 gezeigten Ausführung, die Dicke der unteren dielektrischen Wellenleiter
am Verbindungsabschnitt ist jedoch dünner hergestellt. Fig. 10A ist eine perspekti
vische Explosionsansicht, die dielektrische Wellenleiter vor ihrer Verbindung zeigt,
Fig. 10B ist eine perspektivische Ansicht, die die dielektrischen Wellenleiter nach
ihrer Verbindung zeigt, und Fig. 10C ist eine perspektivische Ansicht, die die di
elektrischen Wellenleiter zeigt, die für ein einfacheres Verständnis nur in Umrissen
gezeigt sind. In diesen Figuren sind dieselben Elemente mit denselben Bezugszei
chen wie in den Fig. 1, 8 und 9 bezeichnet, ferner ist die Darstellung des dielektri
schen Substrats weggelassen. Die Hauptleiterschicht 2 ist perspektivisch gezeigt und
teilweise aufgeschnitten.
In Fig. 10 bezeichnen die Bezugszeichen 2, 3 ein Paar Hauptleiterschichten, das Be
zugszeichen 4 bezeichnet zwei Reihen von Leiterstiften, das Bezugszeichen 5 be
zeichnet eine Nebenleiterschicht und die Bezugszeichen 6A, 6B bezeichnen dielek
trische Wellenleiter. Diese beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B sind so ange
ordnet, daß sich die Hochfrequenzsignal-Übertragungsrichtungen hiervon recht
winklig schneiden und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 eines dielektrischen Wel
lenleiters und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 des anderen dielektrischen Wellen
leiters miteinander überlappen. In dieser Ausführung überlappen die obere Hauptlei
terschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A und die untere Hauptleiterschicht 3
des dielektrischen Wellenleiters 6B miteinander. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet
ein Kopplungsfenster, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Reihe von weiteren
Leiterstiften, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine weitere Nebenleiterschicht und
die Bezugszeichen 10 bis 12 bezeichnen Anschlüsse.
In dieser Ausführung ist die Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters
6A so ausgebildet, daß sie eine Stufe aufweist, so daß die Hauptleiterschicht 2 im
Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B näher an die Haupt
leiterschicht 3 heranrückt. Im Ergebnis wird die Dicke des dielektrischen Wellenlei
ters 6A dünner gemacht, d. h. der Abstand zwischen dem Paar Hauptleiterschichten
2, 3 (Abstand zwischen der Hauptleiterschicht 3 des dielektrischen Wellenleiters 6A
und der Hauptleiterschicht 3 des dielektrischen Wellenleiters 6B in dem Fall, in dem
die Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A und die Hauptleiter
schicht 3 des dielektrischen Wellenleiters 6B gemeinsam ausgebildet sind) wird
kleiner als im übrigen Teil ("a", in Fig. 1 gezeigt) gemacht.
Die Verbindung zwischen den Stufen der Hauptleiterschicht 2 mit unterschiedlichen
Höhen (oder zwischen der Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A
und der Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6B) kann elektrisch
mittels einer Leiterschicht erzielt werden, die in Höhenrichtung ausgebildet ist, wie
in Fig. 10 gezeigt ist, oder mittels einer Hauptleiterschicht, die Leiterstifte verbindet
und später beschrieben wird.
Im Ergebnis werden diese beiden dielektrischen Wellenleiter 6A und 6B miteinan
der verbunden, wobei sie über das Kopplungsfenster 7 elektromagnetisch gekoppelt
sind. Dadurch wird die Dicke in der Nähe des Verbindungsabschnitts der dielektri
schen Wellenleiter geeignet geändert oder insbesondere wird der Abstand zwischen
dem Paar Hauptleiterschichten 2, 3 kleiner als der übrige Teil gemacht, indem die
Hauptleiterschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A in dieser Ausführung mit
einer Höhendifferenz ausgebildet wird. Als Ergebnis hiervon kann die Reflexion des
Hochfrequenzsignals am Verbindungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter 6A,
6B reduziert werden und eine Verbindungsanordnung mit niedrigen Verlusten erhal
ten werden.
Als nächstes ist in den Fig. 11 eine weitere Ausführung der Verbindungsanordnung
für dielektrische Wellenleiter gemäß der Erfindung gezeigt.
Die Fig. 11 zeigen eine Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter ähn
lich der in den Fig. 8 gezeigten Ausführung, die Dicke des oberen dielektrischen
Wellenleiters am Verbindungsabschnitt ist jedoch dünner ausgebildet. Fig. 11A ist
eine perspektivische Explosionsansicht, die dielektrische Wellenleiter vor ihrer
Verbindung zeigt, Fig. 11B ist eine perspektivische Ansicht, die die dielektrischen
Wellenleiter nach ihrer Verbindung zeigt; und Fig. 11C ist eine perspektivische
Ansicht, die die dielektrischen Wellenleiter zeigt, die für ein einfacheres Verständ
nis nur in Umrissen gezeigt sind. In diesen Figuren sind dieselben Elemente mit
denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1, 8 bis 10 bezeichnet, wobei die Darstellung
des dielektrischen Substrats weggelassen ist. Die Hauptleiterschicht 2 ist per
spektivisch gezeigt, wobei sie teilweise aufgeschnitten ist.
In Fig. 11 bezeichnen die Bezugszeichen 2, 3 ein Paar Hauptleiterschichten, das Be
zugszeichen 4 bezeichnet zwei Reihen von Leiterstiften, das Bezugszeichen 5 be
zeichnet eine Nebenleiterschicht und die Bezugszeichen 6A, 6B bezeichnen dielek
trische Wellenleiter. Diese beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B sind so ange
ordnet, daß die Hochfrequenzsignal-Übertragungsrichtungen hiervon sich recht
winklig schneiden und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 eines dielektrischen Wel
lenleiters und eine der Hauptleiterschichten 2, 3 des anderen dielektrischen Wellen
leiters miteinander überlappen. In dieser Ausführung überlappen die obere Hauptlei
terschicht 2 des dielektrischen Wellenleiters 6A und die untere Hauptleiterschicht 3
des dielektrischen Wellenleiters 6B miteinander. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet
ein Kopplungsfenster, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Reihe von weiteren
Leiterstiften, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine weitere Nebenleiterschicht und
die Bezugszeichen 10 bis 12 bezeichnen Anschlüsse.
In dieser Ausführung ist die Hauptleiterschicht 2 des oberen dielektrischen Wellen
leiters 6B so ausgebildet, daß sie eine Stufe aufweist, so daß die Hauptleiterschicht
2 im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B näher an die
Hauptleiterschicht 3 heranrückt. Im Ergebnis wird die Dicke des dielektrischen
Wellenleiters 6B dünner gemacht, d. h. der Abstand zwischen dem Paar Hauptleiter
schichten 2, 3 wird kleiner als der restliche Teil ("a", in Fig. 1 gezeigt) gemacht.
Die Hauptleiterschicht 2 ist am Verbindungsabschnitt der dielektrischen Wellenlei
ter 6A, 6B in einer Ebene ausgebildet, die von derjenigen des restlichen Teils der
Hauptleiterschicht 2 verschieden ist, insbesondere in der Ebene einer der Nebenlei
terschichten 5. Außerdem sind die Hauptleiterschicht 2 am Verbindungsabschnitt
und die Hauptleiterschicht 2 im restlichen Teil über die die Hauptleiterschichten
verbindenden Leiterstifte 13 elektrisch miteinander verbunden. Diese die Hauptlei
terschichten verbindenden Leiterstifte 13 sind ähnlich wie die Leiterstifte 4 und die
weiteren Leiterstifte 8 in einer zur Übertragungsrichtung des dielektrischen Wellen
leiters 6B senkrechten Richtung in Wiederholungsabständen ausgebildet, die kleiner
als die halbe Signalwellenlänge sind, so daß die Hauptleiterschichten 2 mit unter
schiedlichen Höhen miteinander elektrisch verbunden werden können.
Anstelle der die Hauptleiterschichten verbindenden Leiterstifte 13 können die
Hauptleiterschichten 2 mit unterschiedlichen Höhen miteinander über einen in Hö
henrichtung ausgebildeten Hauptleiter verbunden sein.
Als Ergebnis hiervon sind die beiden dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B miteinan
der verbunden und über das Kopplungsfenster 7 elektromagnetisch gekoppelt. In
dieser Weise wird durch approximatives Ändern der Dicke in der Umgebung des
Verbindungsabschnitts der dielektrischen Wellenleiter oder insbesondere in dieser
Ausführung durch Bilden des Hauptleiters 2 des dielektrischen Wellenleiters 6B in
der Weise, daß eine Höhendifferenz entsteht, um dadurch den Abstand zwischen
dem Paar Hauptleiterschichten 2 und 3 kleiner als die anderen Abschnitte zu ma
chen, die Reflexion des Hochfrequenzsignals am Verbindungsabschnitt der dielek
trischen Wellenleiter 6A, 6B reduziert, ferner wird eine Verbindungsanordnung mit
niedrigen Verlusten erhalten.
Wie oben beschrieben worden ist, kann die Konfiguration, in der im Überlappungs
abschnitt der dielektrischen Wellenleiter 6A, 6B ein Abstand zwischen dem Paar
Hauptleiterschichten 2, 3 kleiner als im restlichen Teil gemacht ist, auf den oberen
dielektrischen Wellenleiter 6A und/oder auf den unteren dielektrischen Wellenleiter
6B angewendet werden. Außerdem kann der Abstand zwischen dem Paar Hauptlei
terschichten 2 und 3 durch Ändern der Höhe der Hauptleiterschicht 3 des unteren
dielektrischen Wellenleiters 6A und/oder der Höhe der Hauptleiterschicht 3 des obe
ren dielektrischen Wellenleiters 6B geändert werden.
Wenn der Abstand zwischen dem Paar Hauptleiterschichten 2, 3 kleiner als derjeni
ge des restlichen Teils 09599 00070 552 001000280000000200012000285910948800040 0002019918567 00004 09480im Verbindungsabschnitt gemacht wird, kann der reduzierte
Abstand im Bereich der halben oder der einfachen vorgegebenen Dicke a gesetzt
werden.
In einem konkreten Beispiel, das auf die Verbindungsanordnung für dielektrische
Wellenleiter der Erfindung bezogen ist, die die in Fig. 8 gezeigte Konfiguration
besitzt, wurden Frequenzeigenschaften des Pegels und der Phase von S-Parametern
als eine Übertragungseigenschaft einer eine T-förmige Verzweigung enthaltenden
Leitung gemäß der Methode finiter Elemente berechnet. Die Frequenzeigenschaften
der S-Parameter wurden berechnet, wobei als Materialien der Hauptleiterschichten
2, 3 und der Leiterstifte reines Kupfer mit einer Leitfähigkeit von 5,8 × 107 (1/Ωm)
verwendet wurde und für das dielektrische Substrat ein gesinterter Glaskeramikkörper
verwendet wurde, der eine relative Dielektrizitätskonstante von 5 und ein Ver
lustfaktor von 0,001 besitzt und der durch Brennen von 75 Gew.-% von Borsilikat-
Glas und 25 Gew.-% Aluminiumoxid hergestellt wurde, wobei die Dicke des dielek
trischen Substrats 1 auf a = 0,62 mm gesetzt wurde, der Durchmesser der Leiterstif
te auf 0,1 mm gesetzt wurde, die Wiederholungsabstände der Leiterstifte 4 auf
c = 0,25 mm gesetzt wurden, die vorgegebene Breite der Leiterstifte 4 auf
b = 1,2 mm gesetzt wurde und die Länge der Leitung auf 2,25 mm gesetzt wurde.
Die Nebenleiterschichten 5 wurden an den Positionen von 0,154 mm, 0,308 mm und
0,462 mm von der Hauptleiterschicht 3 angeordnet, um eine Vierschichtstruktur zu
bilden, wobei das Kopplungsfenster 7 in einem Quadrat von 1,2 mm × 1,2 mm ge
bildet wurde.
Die weiteren Leiterstifte 8 des dielektrischen Wellenleiters 6A wurden so ausgebil
det, daß sie sich von den Leiterstiften 4 des anderen dielektrischen Wellenleiters 6B
erstreckten. Der Durchmesser und die Abstände der Leiterstifte waren ähnlich jenen
der Leiterstifte 4. Ferner wurden die weiteren Nebenleiterschichten 9 an den glei
chen Positionen wie die Nebenleiterschichten 5 angeordnet.
Die Ergebnisse sind in einem Graphen von Fig. 12A für die Frequenzeigenschaften
des Pegels der S-Parameter bzw. in einem Graphen von Fig. 12B für die Frequenz
eigenschaften der Phase der S-Parameter gezeigt. In Fig. 12A gibt die Abszisse die
Frequenz (GHz) an, während die Ordinate die Pegelwerte (dB) von S11, S21 und
S31 der S-Parameter angibt. Die Kennlinien in der Figur zeigen die Frequenzeigen
schaften der jeweiligen S-Parameter. In Fig. 12B gibt die Abszisse die Frequenz
(GHz) an, während die Ordinate die Phasenwerte (Grad) von S21 und S31 der S-Pa
rameter angibt. Bezüglich der Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter
mit der in Fig. 8 gezeigten Konfiguration gibt S11 ein Verhältnis der elektrischen
Leistung, die reflektiert und zum Anschluß 10 zurückgeschickt wird, zu der vom
Anschluß 10 eingegebenen elektrischen Leistung an, gibt S21 das Verhältnis der
elektrischen Leistung, die vom Anschluß 11 ausgegeben wird, zu der vom Anschluß
10 eingegebenen elektrischen Leistung an und gibt S31 das Verhältnis der elektri
schen Leistung, die vom Anschluß 12 ausgegeben wird, zu der vom Anschluß 10
eingegebenen elektrischen Leistung an.
Aus dem Ergebnis von Fig. 12A ist ersichtlich, daß S21 und S31 nahezu völlig
übereinstimmen und daß das Hochfrequenzsignal durch den Verbindungsabschnitt
zufriedenstellend übertragen wird. Das Verhältnis zwischen S21 und S31 ist inner
halb des Frequenzbereichs der Berechnungen nahezu konstant und 1 : 1. Ferner sind
die Phasen der verzweigten Leitungen gleich. S11 besitzt eine Spitze von ungefähr
-15 dB in der Nähe der Entwurfsmittenfrequenz von 77 GHz, was zeigt, daß die
Reflexion sehr gering ist. Andererseits ist aus dem Ergebnis von Fig. 12B ersicht
lich, daß die Kennlinien, die die Phasen von S21 und S31 angeben, nahezu völlig
übereinstimmen, was zeigt, daß S21 und S31 die gleiche Phase haben.
Als nächstes wurden mit Bezug auf die Verbindungsanordnung für dielektrische
Wellenleiter der Erfindung mit der Konfiguration der Fig. 11 die Frequenzeigen
schaften des Pegels und der Phase von S-Parametern als eine Übertragungseigen
schaft einer Leitung, die eine T-förmige Verzweigung enthält, entsprechend der
Methode finiter Elemente berechnet. Die Frequenzeigenschaften von S-Parametern
wurden unter Verwendung der gleichen Materialien wie oben beschrieben berech
net, wobei die Dicke des dielektrischen Substrats 1 auf a = 0,62 mm gesetzt war, der
Durchmesser der Leiterstifte auf 0,1 mm gesetzt war, die Abstände der Leiterstifte 4
auf c = 0,25 mm gesetzt waren, die vorgegebene Breite der Leiterstifte 4 auf
b = 1,2 mm gesetzt war und der Abstand zwischen dem Paar Hauptleiterschichten 2
und 3 des dielektrischen Wellenleiters 6B am Verbindungsabschnitt (Dicke des di
elektrischen Wellenleiters (6B)) auf 0,15 mm gesetzt war und die Stufen der
Hauptleiterschicht 2 über Leiterstifte mit demselben Durchmesser und denselben
Abständen wie die Leiterstifte 4 verbunden waren. Die Länge der Leitung wurde auf
2,25 mm gesetzt.
Die weiteren Leiterstifte 8 und die weiteren Nebenleiterschichten 9 wurden in der
gleichen Weise wie oben beschrieben gebildet, wobei das Kopplungsfenster 7 in ei
nem Rechteck von 1,5 mm × 1,2 mm gebildet wurde.
Die Ergebnisse sind in einem Graphen von Fig. 13A für die Frequenzeigenschaften
des Pegels von S-Parametern sowie in einem Graphen von Fig. 13B für die Fre
quenzeigenschaften der Phase von S-Parametern in der gleichen Weise wie in den
Fig. 12A bzw. 12B gezeigt.
Aus dem Ergebnis von Fig. 13A ist ersichtlich, daß S21 und S31 nahezu völlig
übereinstimmen und Hochfrequenzsignale mit breiterem Band im Vergleich zu dem
Fall des obigen konkreten Beispiels durch den Verbindungsabschnitt zweckmäßig
übertragen werden können. Das Verhältnis zwischen S21 und S31 ist in dem Frequenzbereich,
in dem die Berechnungen ausgeführt wurden, nahezu konstant und
beträgt 1 : 1. Die Phasen der verzweigten Leitungen sind gleich. Bezüglich S11 wird
die Reflexion aufgrund der Bereitstellung des Anpassungsabschnitts weiter redu
ziert, wobei der Pegel bei der Frequenz von 77 GHz einen niedrigen Wert von
-19,5 dB besitzt. In dieser Weise wird die Dicke des dielektrischen Wellenleiters im
Verbindungsabschnitt dünner gemacht, wobei der Anpassungsabschnitt für die
Übertragung eines Hochfrequenzsignals vorgesehen ist, so daß S11 im Vergleich zu
dem obigen konkreten Beispiel kleiner wird und S21 und S31 im Bereich von
71 GHz bis 79 GHz nahezu konstant sind.
Außerdem ist aus dem Ergebnis von Fig. 13B ersichtlich, daß die Phasen von S21
und S31 völlig übereinstimmen.
Ebenso wie in dem vorangehenden konkreten Beispiel wurden Frequenzeigenschaf
ten des Pegels und der Phase von S-Parametern für die Verbindungsanordnung für
dielektrische Wellenleiter der Erfindung mit der Konfiguration der Fig. 9 berechnet,
wobei die Breite des unteren dielektrischen Wellenleiters 6A am Verbindungsab
schnitt und die Breite des Kopplungsfensters 7 größer waren. Die Reflexion der
hochfrequenten elektrischen Leistung oder die Spitze von S11 war im Vergleich zu
dem vorhergehenden konkreten Beispiel kleiner, wodurch bestätigt wurde, daß die
Reflexion durch Vorsehen des Anpassungsabschnitts weiter reduziert wird.
Ebenso wie in dem vorangehenden konkreten Beispiel wurden die Frequenzeigen
schaften des Pegels und der Phase von S-Parametern für die Verbindungsanordnung
für dielektrische Wellenleiter der Erfindung mit der Konfiguration der Fig. 10, bei
der die Dicke des unteren dielektrischen Wellenleiters 6A am Verbindungsabschnitt
dünner gemacht wurde, berechnet. Das Übertragungsband des Hochfrequenzsignals
wurde im Vergleich zu dem vorhergehenden konkreten Beispiel verbreitert, außer
dem wurde eine ausgezeichnete Verbindungseigenschaft bestätigt.
Anhand der obigen Ergebnisse wurde bestätigt, daß gemäß der Verbindungsanord
nung für dielektrische Wellenleiter der Erfindung die dielektrischen Wellenleiter,
die so übereinandergestapelt wurden, daß sie in dem dielektrischen Substrat zuein
ander senkrecht sind, ohne weiteres miteinander verbunden werden können und da
bei niedrige Übertragungsverluste und ausgezeichnete Übertragungseigenschaften
erzielt werden. Es wurde außerdem bestätigt, daß durch Überkreuzen der beiden
dielektrischen Wellenleiter die Verbindung und die Verzweigung der Leitungen in
einer T-Form mit guten Übertragungseigenschaften möglich ist.
Claims (8)
1. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter, mit zwei dielektrischen
Wellenleitern, wovon jede enthält:
ein dielektrisches Substrat (1L, 1U);
ein Paar Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U), wobei das dielektrische Substrat zwischen dem Paar Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) sandwichartig ange ordnet ist;
zwei Reihen von Leiterstiften (4L, 4U), die so angeordnet sind, daß sie die Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) an deren Seiten und in einer Übertra gungsrichtung von Hochfrequenzsignalen in Abständen elektrisch verbinden, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge ist; und
eine etwa dem Durchmesser der Leiterstifte (4L, 4U) entsprechende Nebenleiter schicht (5L, 5U), die zwischen den Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) so an geordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten parallel ist, wobei die Nebenlei terschicht (5L, 5U) mit den Leiterstiften (4L, 4U) elektrisch verbunden ist,
wodurch die dielektrischen Wellenleiter (6L, 6U) Hochfrequenzsignale durch einen Bereich übertragen, der von den Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U), den Leiterstiften (4L, 4U) und der Nebenleiterschicht (5L, 5U) umgeben ist,
wobei die beiden dielektrischen Wellenleiter (6L, 6U) in der Weise übereinan dergeschichtet sind, daß eine (2L) der Hauptleiterschichten (2L, 3L) eines dielek trischen Wellenleiters (6L) mit einer (3U) der Hauptleiterschichten (2U, 3U) des anderen dielektrischen Wellenleiters (6U) überlappt, um einen Überlappungsab schnitt zu definieren, und im Überlappungsabschnitt der Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) ein Kopplungsfenster (7) ausgebildet ist.
ein dielektrisches Substrat (1L, 1U);
ein Paar Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U), wobei das dielektrische Substrat zwischen dem Paar Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) sandwichartig ange ordnet ist;
zwei Reihen von Leiterstiften (4L, 4U), die so angeordnet sind, daß sie die Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) an deren Seiten und in einer Übertra gungsrichtung von Hochfrequenzsignalen in Abständen elektrisch verbinden, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge ist; und
eine etwa dem Durchmesser der Leiterstifte (4L, 4U) entsprechende Nebenleiter schicht (5L, 5U), die zwischen den Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) so an geordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten parallel ist, wobei die Nebenlei terschicht (5L, 5U) mit den Leiterstiften (4L, 4U) elektrisch verbunden ist,
wodurch die dielektrischen Wellenleiter (6L, 6U) Hochfrequenzsignale durch einen Bereich übertragen, der von den Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U), den Leiterstiften (4L, 4U) und der Nebenleiterschicht (5L, 5U) umgeben ist,
wobei die beiden dielektrischen Wellenleiter (6L, 6U) in der Weise übereinan dergeschichtet sind, daß eine (2L) der Hauptleiterschichten (2L, 3L) eines dielek trischen Wellenleiters (6L) mit einer (3U) der Hauptleiterschichten (2U, 3U) des anderen dielektrischen Wellenleiters (6U) überlappt, um einen Überlappungsab schnitt zu definieren, und im Überlappungsabschnitt der Hauptleiterschichten (2L, 3L; 2U, 3U) ein Kopplungsfenster (7) ausgebildet ist.
2. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter nach Anspruch 1, wobei
der dielektrische Wellenleiter (6U, 6L) ferner enthält:
eine Reihe von weiteren Leiterstiften (8U, 8L), die in der Übertragungsrichtung in einem Abstand von einem Zentrum (7a), das eine Mittelposition einer Länge (W) des Kopplungsfensters (7) in der Übertragungsrichtung ist, der kleiner als ei ne Wellenleiterlänge der Hochfrequenzsignale ist (d ≦ λ), vorgesehen ist, wobei die weiteren Leiterstifte (8U, 8L) in einer zur Übertragungsrichtung senkrechten Richtung in Abständen angeordnet sind, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge sind (P1 < λ/2), um die Hauptleiterschichten (2U, 3U; 2L, 3L) an deren Stirnseite elektrisch zu verbinden; und
eine etwa dem Durchmesser der weiteren Leiterstifte (8U, 8L) entsprechende, weitere Nebenleiterschicht (9U, 9L), die zwischen den Hauptleiterschichten (2U, 3U; 2L, 3L) so angeordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten (2U, 3U; 2L, 3L) parallel ist, und mit der Nebenleiterschicht (5U, 5L) und den weiteren Lei terstiften (8U, 8L) elektrisch verbunden ist.
eine Reihe von weiteren Leiterstiften (8U, 8L), die in der Übertragungsrichtung in einem Abstand von einem Zentrum (7a), das eine Mittelposition einer Länge (W) des Kopplungsfensters (7) in der Übertragungsrichtung ist, der kleiner als ei ne Wellenleiterlänge der Hochfrequenzsignale ist (d ≦ λ), vorgesehen ist, wobei die weiteren Leiterstifte (8U, 8L) in einer zur Übertragungsrichtung senkrechten Richtung in Abständen angeordnet sind, die kleiner als die halbe Signalwellenlänge sind (P1 < λ/2), um die Hauptleiterschichten (2U, 3U; 2L, 3L) an deren Stirnseite elektrisch zu verbinden; und
eine etwa dem Durchmesser der weiteren Leiterstifte (8U, 8L) entsprechende, weitere Nebenleiterschicht (9U, 9L), die zwischen den Hauptleiterschichten (2U, 3U; 2L, 3L) so angeordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten (2U, 3U; 2L, 3L) parallel ist, und mit der Nebenleiterschicht (5U, 5L) und den weiteren Lei terstiften (8U, 8L) elektrisch verbunden ist.
3. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter nach Anspruch 2, wobei
die weiteren Leiterstifte und die weitere Nebenleiterschicht (8U, 9U; 8L, 9L) in
der Übertragungsrichtung in einem Abstand vom Ende des Kopplungsfensters (7)
ausgebildet sind.
4. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter nach Anspruch 2, wobei
die weiteren Leiterstifte und die weiteren Nebenleiterschicht (8U, 9U; 8L, 9L) an
Positionen angeordnet sind, die sich in der Übertragungsrichtung im Endabschnitt
des Kopplungsfensters (7) befinden.
5. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter, die zwei dielektrische
Wellenleiter umfaßt, wovon jede enthält:
ein dielektrisches Substrat (1);
ein Paar Hauptleiterschichten (2, 3), wobei das dielektrische Substrat (1) zwi schen dem Paar Hauptleiterschichten (2, 3) sandwichartig angeordnet ist;
zwei Reihen von Leiterstiften (4), die in einer Übertragungsrichtung von Hoch frequenzsignalen in Abständen angeordnet sind, die kleiner als die halbe Signal wellenlängen in der Übertragungsrichtung von Hochfrequenzsignalen sind, und in einer zur Übertragungsrichtung senkrechten Richtung in einer vorgegebenen Breite angeordnet sind, so daß sie die Hauptleiterschichten (2, 3) elektrisch ver binden; und
eine Nebenleiterschicht (5), die zwischen den Hauptleiterschichten (2, 3) so an geordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten (2, 3) parallel ist und mit ihnen fluchtet, wobei die Nebenleiterschicht (5) mit den Leiterstiften (4) elektrisch ver bunden ist,
wodurch die beiden dielektrischen Wellenleiter (6A, 6B) Hochfrequenzsignale durch einen Bereich übertragen, der von den Hauptleiterschichten (2, 3), den Leiterstiften (4) und der Nebenleiterschicht (5) umgeben ist,
wobei die beiden dielektrischen Wellenleiter (6A, 6B) in der Weise übereinan dergeschichtet sind, daß die Übertragungsrichtungen von Hochfrequenzsignalen hiervon zueinander senkrecht sind und eine der Hauptleiterschichten (2) eines dielektrischen Wellenleiters (6A) und eine der Hauptleiterschichten (3) des ande ren dielektrischen Wellenleiters (6B) miteinander überlappen und ein Kopplungs fenster (7) im Überlappungsabschnitt der Hauptleiterschichten (2, 3) ausgebildet ist.
ein dielektrisches Substrat (1);
ein Paar Hauptleiterschichten (2, 3), wobei das dielektrische Substrat (1) zwi schen dem Paar Hauptleiterschichten (2, 3) sandwichartig angeordnet ist;
zwei Reihen von Leiterstiften (4), die in einer Übertragungsrichtung von Hoch frequenzsignalen in Abständen angeordnet sind, die kleiner als die halbe Signal wellenlängen in der Übertragungsrichtung von Hochfrequenzsignalen sind, und in einer zur Übertragungsrichtung senkrechten Richtung in einer vorgegebenen Breite angeordnet sind, so daß sie die Hauptleiterschichten (2, 3) elektrisch ver binden; und
eine Nebenleiterschicht (5), die zwischen den Hauptleiterschichten (2, 3) so an geordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten (2, 3) parallel ist und mit ihnen fluchtet, wobei die Nebenleiterschicht (5) mit den Leiterstiften (4) elektrisch ver bunden ist,
wodurch die beiden dielektrischen Wellenleiter (6A, 6B) Hochfrequenzsignale durch einen Bereich übertragen, der von den Hauptleiterschichten (2, 3), den Leiterstiften (4) und der Nebenleiterschicht (5) umgeben ist,
wobei die beiden dielektrischen Wellenleiter (6A, 6B) in der Weise übereinan dergeschichtet sind, daß die Übertragungsrichtungen von Hochfrequenzsignalen hiervon zueinander senkrecht sind und eine der Hauptleiterschichten (2) eines dielektrischen Wellenleiters (6A) und eine der Hauptleiterschichten (3) des ande ren dielektrischen Wellenleiters (6B) miteinander überlappen und ein Kopplungs fenster (7) im Überlappungsabschnitt der Hauptleiterschichten (2, 3) ausgebildet ist.
6. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter nach Anspruch 5,
wobei der dielektrische Wellenleiter (6A, 6B) ferner eine Reihe von weiteren
Leiterstiften (8) enthält, die in der Übertragungsrichtung des dielektrischen Wel
lenleiters (6A, 6B) in einem Abstand von einem Zentrum des Kopplungsfensters
(7), der gleich oder kleiner als eine Leiterwellenlänge der Hochfrequenzsignale
ist, vorgesehen ist, wobei die weiteren Leiterstifte (8) in einer zur Übertragungs
richtung senkrechten Richtung in Abständen angeordnet sind, die kleiner als die
halbe Signalwellenlänge sind, um so die Hauptleiterschichten (2, 3) elektrisch zu
verbinden, und eine weitere Nebenleiterschicht (9) zwischen den Hauptleiter
schichten (2, 3) so angeordnet ist, daß sie zu den Hauptleiterschichten (2, 3)
parallel ist und die Nebenleiterschicht (5) mit den weiteren Leiterstiften (8) elek
trisch verbindet, wobei die weitere Nebenleiterschicht (9) mit den Stirnseiten der
Hauptleiterschichten (2, 3) fluchtet.
7. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter nach Anspruch 5 oder 6,
wobei eine Breite der beiden Reihen von Leiterstiften (4) der dielektrischen
Wellenleiter (6A, 6B) im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wellenleiter
(6A, 6B) größer als die vorgegebene Breite (b) ist.
8. Verbindungsanordnung für dielektrische Wellenleiter nach Anspruch 5 oder 6,
wobei der Abstand zwischen dem Paar Hauptleiterschichten (2, 3) des dielektri
schen Wellenleiters (6A, 6B) im Überlappungsabschnitt der dielektrischen Wel
lenleiter (6A, 6B) kleiner als ein Abstand (a) dazwischen im restlichen Teil ist.
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