DE202008009225U1

DE202008009225U1 - Streifenleitung mit Durchkontaktierung

Info

Publication number: DE202008009225U1
Application number: DE202008009225U
Authority: DE
Original assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2018-07-10
Also published as: CN102084537B; US20110128099A1; WO2010003665A1; KR101594073B1; HK1157070A1; US8482367B2; EP2294652B1; CA2718362A1; CN102084537A; TWM368903U; CA2718362C; EP2294652A1; KR20110028437A

Abstract

Streifenleitung für Hochfrequenzsignale mit einem Signalleiter (10) und wenigstens einem Masseleiter (12), die beide auf einem Substrat (14) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Substrat (14) wenigstens eine Bohrung (20) ausgebildet ist, wobei diese Bohrung (20) mit einem elektrisch leitenden Werkstoff (22) wenigstens teilweise gefüllt ist, wobei eine elektrisch leitende Verbindung von wenigstens einem Masseleiter (12) zu dem elektrisch leitenden Werkstoff (22) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Streifenleitung für Hochfrequenzsignale mit einem Signalleiter und wenigstens einem Masseleiter, die beide auf einem Substrat aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Dämpfungsglied gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15. Die Erfindung betrifft ferner einen Abschlusswiderstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Bei hoch präzisen Dämpfungsgliedern und Abschlusswiderständen, beispielsweise zum Kalibrieren von Vektornetzwerkanalysatoren, werden Streifenleitungen, insbesondere so genannte "schwebende" Streifenleitungen (Suspended Strip), verwendet. Hierbei sind bei der Dimensionierung der Streifenleitung gegenläufig wirkende Parameter zu optimieren. Einerseits sollen die Streifenleitung und das Substrat, auf dem die Streifenleitung ausgebildet ist, geometrisch möglichst klein ausgebildet sein, da bei Frequenzen, deren Wellenlänge der geometrischen Abmessungen der Struktur, insbesondere des Substrates, entspricht oder kleiner sind, Hohlleitermoden angeregt werden, die zu unerwünschten elektrischen Eigenschaften hinsichtlich der Impedanzanpassung führen. Andererseits ist eine maximale thermische Last, die die Struktur aus Streifenleitung und Substrat aufnehmen kann, durch die geometrischen Abmessungen des Substrates entsprechend begrenzt, so dass nur eine begrenzte elektrische Leistung über das Dämpfungsgliede und den Abschlusswiderstand übertragen werden kann. Bei höheren Leistungen würde die gesamte Struktur thermisch beschädigt bzw. zerstört werden. Für höhere Leistungen wäre eine größere geometrische Abmessung beispielsweise des Substrates wünschenswert, jedoch führt dies sofort zu einem absinken der Grenzfrequenz, bis zu der die Struktur mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften betrieben werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Streifenleitung, ein Dämpfungsglied bzw. einen Abschlusswiderstand der o. g. Art dahingehend zu verbessern, dass bei hoher Grenzfrequenz gleichzeitig eine hohe elektrische Leistung übertragen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Streifenleitung der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen, durch ein Dämpfungsglied der o. g. Art mit den in Anspruch 15 gekennzeichneten Merkmalen und durch einen Abschlusswiderstand der o. g. Art mit den in Anspruch 16 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einer Streifenleitung der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Substrat wenigstens eine Bohrung ausgebildet ist, wobei diese Bohrung mit einem elektrisch leitenden Werkstoff wenigstens teilweise gefüllt ist, wobei eine elektrisch leitende Verbindung von wenigstens einem Masseleiter zu dem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist.
Dies hat den Vorteil, dass Hohlleitermoden der gesamten, die Streifenleitung ausbildenden Struktur zu höheren Frequenzen hin verschoben sind, so dass für die Übertragung von hohen HF-Leistungen geometrisch große Substrate verwendet werden können, die auch noch bei solchen Frequenzen gute elektrische Eigenschaften in Bezug auf Impedanzanpassung bzw. Reflexionsfaktoren bzw. Dämpfung aufweisen, bei denen die Wellenlänge gleich oder deutlich kleiner ist als die geometrischen Abmessungen des Substrates. Erfindungsgemäß können Leistungsdämpfungsglieder oder Abschlusswiderstände für hohe Verlustleistungen zu Verfügung gestellt werden, die gleichzeitig eine hohe obere Grenzfrequenz bzgl. einer vorbestimmten Dämpfung der übertragenen HF-Signale aufweisen, so dass Störmoden auch bei hohen Frequenzen unterdrückt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in Längsrichtung der Streifenleitung mehrere Bohrungen voneinander beabstandet entlang wenigstens einer Masseleitung, insbesondere zweier Masseleitung beidseits des Signalleiters, ausgebildet.
Eine besonders gute elektrische Wirksamkeit hinsichtlich der Verschiebung von Hohlleitermoden zu höheren Frequenzen erzielt man dadurch, dass die Bohrung vollständig mit dem elektrisch leitenden Werkstoff gefüllt ist.
Vorzugesweise ist die Bohrung als vollständig durch das Substrat hindurch geführte Durchgangsbohrung ausgebildet.
Zweckmäßigerweise sind zwei oder mehr Bohrungen parallel zueinander ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind entlang wenigstens einer Masseleitung drei oder mehr Bohrungen gleichmäßig voneinander beabstandet ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Streifenleitung als koplanare Streifenleitung ausgebildet. Hierbei weist die koplanare Streifenleitung beispielsweise einen Signalleiter auf, welcher zwischen zwei Masseleitern angeordnet ist, wobei entlang beider Masseleiter über deren gesamte Länge voneinander beabstandete Bohrungen ausgebildet sind.
Eine schwebende Streifenleitung (Suspended Strip) steht dadurch zur Verfügung, dass das mit der koplanaren Streifenleitung versehene Substrat in einem rohrförmigen Außenleiterteil aus einem elektrisch leitenden Werkstoff derart angeordnet ist, dass die Masseleitungen elektrisch mit dem Außenleiterteil verbunden sind und der Signalleiter wenigsten annähernd koaxial zum rohrförmigen Außenleiterteil angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise sind zum Halten des Substrates innerhalb des Außenleiterteils an einer Innenwandung des Außenleiterteils gegenüberliegende, radiale Nuten ausgebildet, in die das Substrat eingreift.
In einer alternativen, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Streifenleitung einen Signalleiter auf einer Seite des Substrats und einen Masseleiter auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats auf. Hierbei ist der Masseleiter beispielsweise als flächige, insbesondere vollflächige, Beschichtung des Substrats mit einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Streifenleitung auf einer Seite des Substrats angeordnet und ist an einer dieser gegenüberliegenden Seite des Substrats eine flächige, insbesondere vollflächige, Beschichtung des Substrats mit einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet, wobei der Werkstoff in wenigstens einer Bohrung zusätzlich mit der Beschichtung elektrisch leitend verbunden ist.
Zweckmäßigerweise sind mehrere Bohrungen in wenigstens zwei voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet, wobei beidseits des Signalleiters jeweils wenigstens eine Ebenen das Substrat beabstandet vom Signalleiter schneidet. Die elektrisch wirksame Breite des Substrates wird auf einen Bereich zwischen den beiden Ebenen begrenzt, wohingegen das gesamte Substrat zur Ableitung thermischer Energie wirksam bleibt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Streifenleitung in Schnittansicht,
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Streifenleitung in Aufsicht,
3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Streifenleitung in Schnittansicht und
4 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfungsgliedes mit einer Streifenleitung gemäß 3.
Die in 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Streifenleitung für Hochfrequenzsignale umfasst einen Signalleiter 10 und einen Masseleiter 12, die beide auf einem Substrat 14 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind. Hierbei ist der Signalleiter 10 auf einer ersten Seite 16 des Substrates 14 und der Masseleiter 12 auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite 18 des Substrates 14 angeordnet. Der Masseleiter 12 ist auf der zweiten Seite 18 des Substrates 14 als flächige Metallisierung ausgebildet. Erfindungsgemäß sind in dem Substrat 14 Durchgangsbohrungen 20 ausgebildet, die vollständig mit einem elektrisch leitenden Werkstoff 22 gefüllt sind, der elektrisch mit dem Masseleiter 12 verbunden ist. Hierbei sind beidseits des Signalleiters 10 jeweils eine Reihe voneinander beabstandeter Bohrungen 20 ausgebildet, so dass in Längsrichtung der Streifenleitung gesehen eine vorbestimmte Länge des Signalleiters 10 von den beidseitigen Bohrungen 20 eingeschlossen. Die Bohrungen 20 jeder Seite befinden sich jeweils auf einer Ebene 24, 26 im Raum, wobei die beiden Ebenen 24, 26 das Substrat 14 an gegenüberliegenden Seiten des Signalleiters 10 schneiden. In der dargestellten Ausführungsform sind die Ebenen 24, 26 parallel zu einer Längsachse des Signalleiters 10 und senkrecht zu den parallelen Seiten 16, 18 des Substrates 14 ausgerichtet.
Durch die gefüllten Bohrungen 20 ist eine elektrisch wirksame Breite des Substrates 14 auf den Bereich zwischen den Ebenen 24, 26 beschränkt, so dass nur in diesem Bereich Hohlleitermoden angeregt werden können. Dementsprechend sind die Hohlleitermoden zu höheren Frequenzen verschoben. Gleichzeitig behalten jedoch die seitlich über die Ebenen 24, 26 mit den gefüllten Bohrungen 20 hinaus stehenden Abschnitte des Substrates 14 ihre thermischen Eigenschaften bei, so dass diese Abschnitte zum Ableiten von thermischer Energie beitragen. Auf diese Weise kann die Streifenleitung entsprechend der großen Dimensionierung des Substrates 14 in lateraler Richtung 28 viel thermische Energie ableiten, ohne dass sich unerwünschte Hohlleitermoden entsprechend der gesamten Breite des Substrates 14 in lateraler Richtung ergeben.
In 2 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in 1, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. 2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Streifenleitung in Form einer Koplanarleitung, bei der ein Signalleiter 10 zwischen zwei Masseleitungen 12 angeordnet ist. Signalleiter 10 und Masseleitungen 12 sind auf der ersten Seite 16 des Substrates 14 und damit in einer gemeinsamen, von der ersten Seite 16 aufgespannten Ebene angeordnet. Die beiden Ebenen 24 und 26 mit den Bohrungen 20 sind beidseits des Signalleiters 10 angeordnet und verlaufen jeweils parallel zu einer Längsachse der Masseleiter und mittig der Masseleiter 12 sowie senkrecht zur von der ersten Seite 16 aufgespannten Ebene.
In 3 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in 1 und 2, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 und 2 verwiesen wird. 3 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Streifenleitung in Form einer "schwebenden" Streifenleitung (Suspended Strip). Dieser Suspended Strip weist eine Koplanarleitung, wie in 2 dargestellt, und ein zylinderförmiges Außenleiterteil 30 auf, wobei das Substrat 14 in innenseitigen, radialen Ausnehmungen 32 des Außenleiterteil 30 derart gehalten ist, dass der Signalleiter 10 annähernd koaxial zum Außenleiterteil 30 verläuft. Das Außenleiterteil 30 ist aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt und ist elektrisch mit den Masseleitern 12 verbunden. Die bezüglich des Signalleiters 10 beidseitig in den Ebenen 24, 26 angeordneten Reihen von gefüllten Bohrungen 20 bilden ein Art Gitter, welches die elektrisch wirksame Ausdehnung des Substrates 14 in lateraler Richtung 28 begrenzt. Die in lateraler Richtung 28 über die Ebenen 24, 26 hinaus stehenden Abschnitte des Substrates 14 bleiben jedoch thermisch wirksam, so dass hohe elektrische Leistungen über diese Streifenleitung gemäß 3 auch bis nahe an deren Grenzfrequenz, wie beispielsweise 15 GHz bis 30 GHz, insbesondere 18 GHz oder 26,5 GHz, übertragen werden können.
In 4 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in 1, 2 und 3, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1, 2 und 3 verwiesen wird. 4 zeigt ein Dämpfungsglied, welches eine erfindungsgemäße Streifenleitung gemäß 2 aufweist. Hierbei ist über eine vorbestimmte Länge in Längsrichtung 34 der Streifenleitung der Signalleiter 10 durch eine elektrische Widerstandsstruktur 36 ersetzt, welche elektrisch mit dem Signalleiter 10 und den beidseitigen Masseleitern 12 verbunden ist. Über diese Widerstandsstruktur 36 wird Energie abgebaut und das über die Streifenleitung laufende Signal hinsichtlich der Signalstärke gedämpft. Ein typischer Dämpfungsfaktor liegt beispielsweise bei 20 dB oder 30 dB. Bei hohen Dämpfungswerten von beispielsweise 30 oder 40 dB kann dieses Dämpfungsglied als ein Abschlusswiderstand verwendet werden. Die Leistung wird in diesem Abschlusswiderstand stufenweise von der Widerstandsstruktur 36 abgebaut. Diese Anordnung dient beispielsweise als Kalibrierstandard "LOAD".
Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird durch die ein Gitter ausbildenden Bohrungen 20 in den Ebenen 24, 26 die Anregung von Hohlleitermoden über den gesamten Querschnitt des Substrates 14 vermieden. Die gefüllten Bohrungen 20 befinden sich im Bereich der Masseleitungen 12. Die gefüllten Bohrungen 20 sind in Längsrichtung 34 entlang der Masseleiter 12 voneinander gleichmäßig beabstandet angeordnet.

Claims

Streifenleitung für Hochfrequenzsignale mit einem Signalleiter (10) und wenigstens einem Masseleiter (12), die beide auf einem Substrat (14) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Substrat (14) wenigstens eine Bohrung (20) ausgebildet ist, wobei diese Bohrung (20) mit einem elektrisch leitenden Werkstoff (22) wenigstens teilweise gefüllt ist, wobei eine elektrisch leitende Verbindung von wenigstens einem Masseleiter (12) zu dem elektrisch leitenden Werkstoff (22) ausgebildet ist.
Streifenleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung der Streifenleitung mehrere Bohrungen voneinander beabstandet entlang wenigstens einer Masseleitung ausgebildet sind.
Streifenleitung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (20) vollständig mit dem elektrisch leitenden Werkstoff (22) gefüllt ist.
Streifenleitung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (20) als vollständig durch das Substrat (14) hindurch geführte Durchgangsbohrung ausgebildet ist.
Streifenleitung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Bohrungen (20) parallel zueinander ausgebildet sind.
Streifenleitung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang wenigstens einer Masseleitung (12) drei oder mehr Bohrungen (20) gleichmäßig voneinander beabstandet ausgebildet sind.
Streifenleitung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitung als koplanare Streifenleitung ausgebildet ist.
Streifenleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die koplanare Streifenleitung einen Signalleiter (10) aufweist, welcher zwischen zwei Masseleitern (12) angeordnet ist, wobei entlang beider Masseleiter (12) über deren gesamte Länge voneinander beabstandete Bohrungen (20) ausgebildet sind.
Streifenleitung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der koplanaren Streifenleitung versehene Substrat (14) in einem rohrförmigen Außenleiterteil (30) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff derart angeordnet ist, dass die Masseleitungen (12) elektrisch mit dem Außenleiterteil (30) verbunden sind und der Signalleiter (10) wenigstens annähernd koaxial zum rohrförmigen Außenleiterteil (30) angeordnet ist.
Streifenleitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenwandung des Außenleiterteils (30) gegenüberliegende, radiale Nuten (32) ausgebildet sind, in die das Substrat (14) eingreift.
Streifenleitung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitung einen Signalleiter (10) auf einer Seite (16) des Substrats (14) und einen Masseleiter (12) auf der gegenüberliegenden Seite (18) des Substrats (14) aufweist.
Streifenleitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseleiter (12) als flächige, insbesondere vollflächige, Beschichtung des Substrats (14) mit einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist.
Streifenleitung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenleitung (10, 12) auf einer Seite (16) des Substrats (14) angeordnet ist und an einer dieser gegenüberliegenden Seite (18) des Substrats (14) eine flächige, insbesondere vollflächige, Beschichtung des Substrats (14) mit einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist, wobei der Werkstoff in wenigstens einer Bohrung (20) mit der Beschichtung elektrisch leitend verbunden ist.
Streifenleitung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bohrungen (20) in wenigstens zwei voneinander beabstandeten Ebenen (24, 26) angeordnet sind, wobei beidseits des Signalleiters (10) jeweils wenigstens eine Ebenen (24, 26) das Substrat (14) beabstandet vom Signalleiter (10) schneidet.
Leistungsdämpfungsglied für eine HF-Signalleitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsdämpfungsglied eine Streifenleitung aufweist, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
Abschlusswiderstand für eine HF-Signalleitung, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlusswiderstand eine Streifenleitung aufweist, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.