DE2133647B2 - Abschlusswiderstand fuer hoechstfrequenz-uebertragungsleitungen in band- oder streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Abschlußwiderstand für Höchstfrequenz-Übertragungsleitungen in Band- oder Streifenleitungstechnik, der aus einer auf ebener Fläche eines dielektrischen Trägermaterials niedergeschlagenen, sehr dünnen Schicht elektrischen Widerstandsmaterials besteht, das an zwei gegenüberliegenden Flächenkanten einerseits mit einem Ende des Streifenleiters und andererseits mit Masse galvanisch verbunden ist.

Streifenleitungen eines derartigen Aufbaus werdpn mitunter Microstrip-Leitungen oder Striplines genannt. An Stelle des dielektrischen Substrats kann in bestimmten Fällen ein ferrimagnetischen Substrat verwendet

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werden. Neben seiner elektrischen Funktion gewährleistet das Substrat die mechanische Festigkeit der metallischen Leiter, die im allgemeinen in bekannter Weise durch Fotogravur oder Siebdruck, aufgebracht werden.

Der Wellenwiderstand ist im allgemeinen gleich 50 Ohm und nahezu die gesamte Energie ist zwischen den beiden Leitern konzentriert und pflanzt sich in dem Substrat, also dem Dielektrikum fort. Als Dielektrikum kann beispielsweise Polytetrafluorethylen oder ein Gewebe aus Glasfasern oder auch ein Keramikmaterial Verwendung finden.

Höchstfrequenz-Mikroschaltungen und insbesondere Hybridschaltungen wie Richtkoppler und als Isolatoren verwendete Zirkulatoren benötigen häufig einen angepaßten Abschlußwiderstand. Der Abschlußwiderstand soll im Nutzfrequenzbereich ein rein ohmscher Widerstand mit einem dem Wellenwiderstand der Leitung entsprechenden Wert sein.

Bisher ist es üblich, den Abschlußwiderstand durch flächigen Niederschlag auf einer den Streifenleiter tragenden Großfläche des Substrats aufzubringen. Der Abschlußwiderstand ist elektrisch mit dem Ende des Streifenleiters und mit Masse verbunden. Diese letztere Verbindung führt zu einer mehr oder minder ausgeprägten Begrenzung des nutzbaren Frequenzbereiches bzw. der Nutzbandbreite. Darüber hinaus liegt der Abschlußwiderstand parallel zur Forpflanzungsrichtung der Energie und senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes und besitzt eine bestimmte Länge in der Fortpflanzungsrichtung, die gegenüber der Wellenlänge nicht vernachlässigbar ist. Hieraus ergibt sich eine Änderung der Eigenschaften des Abschlußwiderstandes, wenn der Nutzfrequenzbereich sehr groß ist.

Der Erfdindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abschlußwiderstand der einleitend genannten Gattung zu schaffen, der in einem sehr großen Frequenzbereich, der von 1 bis 20GHz reichen kann, einen reinen Wirkwiderstand konstanten Wertes bildet.

Diese Aufgabe ist bei dem hier vorgeschlagenen Abschlußwiderstand erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fläche des Abschlußwiderstandes senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der Höchstfrequenz- oder Mikrowellen verläuft.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß der Abschlußwiderstand parallel zum elektrischen Feld liegt und daß seine Verbindung mit Masse praktisch die Länge Null hat.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 Streifenleitungen mit Abschlußwiderständen gekannter Ausführungsform,

F i g. 3 eine Streifenleitung mit einem angepaßten Abschlußwiderstand nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform,

Fig.4 einen Längsschnitt durch die Streifenleitung nach F i g. 3,

F i g. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform des Abschlußwiderstandes nach der Erfindung in Verbindung mit einer Streifenleitung,

F i g. 7 einen Längsschnitt durch die Streifenleitung nach F i g. 6,

F i g. 8 eine weitere Ausführungsform der Streifenleitung mit Abschlußwiderstand nach F i g. 6 mit zusätzlichen kapazitiven Kompensationselementen,

Fig.9 das elektrische Ersatzschaltbild der Anordnung nach F i g. 8.

Die F i g. 1 und 2 beziehen sich auf zwei häufig verwendete Ausführungsformen eines angepaßten Ab-

Schlußwiderstandes bekannter Art in microstrip-Ausführung. Die Streifenleitung oder microstrip-Leitung besteht aus einem dielektrischen Substrat 1, einem Streifenleiter 2 und einer leitenden Massefläche 3 sowie dem Abschlußwiderstand 4. Diese Bestandteile werden auch in den folgenden Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der Abschlußwiderstand 4 wird vorzugsweise durch Niederschlag auf dem Substrat ί nach den bei gedruckten Schaltungen üblichen Verfahren erhalten. Das Material und die Abmessungen dieses Abschiußwiderstandes sind derart bestimmt, daß der am Ende der Leitung gewünschte Widerstandswert erhalten wird, der im allgemeinen gleich dem Wellenwiderstand ist, der häufig 50 Ohm beträgt. Der Abschlußwiderstand besitzt meist rechteckige oder quadratische Form, wobei die Breite derjenigen des Streifenleiters entspricht und eine bestimmte Länge in der Fortpflanzungsrichtung vorhanden ist. Die Verbindung mit Masse kann entweder durch ein leitendes Element 5 (Fig. 1) oder durch einen Streifenleiterabschnitt 6 (F i g. 2), der eine offene λ/4-Leitung bildet, erfolgen.

Durch die Aufbringung des leitenden Elementes 5 am Ende und der Kante des Substrats entsteht eine Induktivität, die in Serie mit dem Abschlußwiderstand in der Übertragungsleitung liegt. Die Länge dieses Kurz-Schlusses erzeugt demzufolge eine Fehlanpassung, die um so größer ist, je höher die Betriebsfrequen^ ist. Die Anordnung nach F i g. 2 ist auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt und besitzt demzufolge eine Selektivität, die den Betrieb nur in einem sehr begrenzten Frequenzbereich gestattet.

Nach der Erfindung wird ein ebener oder flächiger Abschlußwiderstand senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung Pder Mikrowellen angeordnet und dadurch Breit bandigkeit erzielt.

Die perspektivische Darstellung in F i g. 3 und die Schnittdarstellung in F i g. 4 veranschaulichen eine entsprechende Ausführungsform. Der Abschlußwiderstand 4 ist flächig auf einer ebenen Stirnseite des Substrats 1 niedergeschlagen und befindet sich mit zwei gegenüberliegenden Kanten einerseits mit dem Ende des Streifenleiters 2, andererseits mit der Massefläche 3 in elektrischer Verbindung. Der Abschlußwiderstand 4 liegt also in einer zum elektrischen Feld E parallelen Ebene, und seine Länge in der Fortpflanzungsrichtung P ist auf die Dicke des Niederschlages, also, einen sehr geringen Wert vermindert, der mit denen der Metallisierungen vergleichbar ist und im allgemeinen einige μ beträgt. Die Rückleitung nach Masse hat bei dieser Anordnung praktisch die Länge Null. Der Abschlußwinkel 4 kann die dargestellte rechteckige Form haben, wobei die Breite gleich derjenigen des Streifenleiters und die Länge gleich der Dicke der gesamten Streifenleitung ist.

Es kann der Fall eintreten, daß die Anbringung eines Abschlußwiderstandes an der Stirnseite des Substrats für die betreffende Schaltung nicht möglich ist. Darüber hinaus muß seine Ausführung in dieser Form je nach Anforderung, d. h. Stück für Stück, vorgenommen werden, was mit Schwierigkeiten verbunden sein kann und fto außerdem relativ hohe Herstellkosten bedingt. Um diesen Nachteil abzuhelfen, wird der Abschlußwiderstand vorzugsweise auf einem gesonderten Element geringer Abmessungen einer Streifenleitung hergestellt, welches Element dann mit dem aufgebrachten Abschlußwiderstand am gewünschten O, t in die Schaltung eingefügt wird. Eine derartige Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt. Das als Träger für den Abschlußwiderstand dienende Element ist ein Block in Form eines rechtwinkligen Parallelepipedes, vorzugsweise eines Würfeis und besteht aus einem Dielektrikum 10, das auf zwei einander gegenüberliegenden Flächen mit Metallisierungen 20 und 30 versehen ist, mit denen der Abschlußwiderstand 4 längs zweier sich gegenüberliegender Kanten desselben elektrisch verbunden ist. Der Abstand zwischen den Metallisierungen entspricht vorzugsweise der Dicke der Streifenleitung, mit der das Element 10 verbunden werden soll. Hierzu ist die Streifenleitung gemäß F i g. 6 mit einer senkrecht durch das Substrat hindurchgehenden öffnung wie etwa einem Loch 7 versehen, in den das Element, z. B. der Würfel nach F i g. 5, eingefügt werden kann.

F i g. 7 veranschaulicht im einzelnen die Verbindungen mit der Streifenleitung, die durch Verlöten mit den Metallisierungen hergestellt werden. Hierzu wird ein Streifenleiterabschnitt 8 zwischen den Stufenleiter 2 und die Metallisierung 20 gelötet. An der Unterseite wird die zweite Metallisierung 30 mit einer ebenen Fläche einer leitenden Platte 9 verlötet, die außerdem mit der Massefläche 3 der Streifenleitung verlötet ist oder diese Massefläche bildet.

Der Abschlußwiderstand nach der Erfindung kann über einen sehr weiten Frequenzbereich von beispielsweise 1 bis 20 GHz mit einem Stehwellenverhältnis von weniger als 1,3 verwendet werden. Im Falle der Einfügung eines getrennt hergestellten Abschlußwiderstandes in eine Streifenleitung bildet der verbindende Streifenleiterabschnitt 8 nach F i g. 7 eine sehr kleine Induktivität L· nach F i g. 9, die eine Kompensation erforderlich machen kann, wenn mit sehr hohen Frequenzen gearbeitet wird.

Die in F i g. 8 dargestellte Lösung für dieses Problem besteht darin, am Ende des Streifenleiters 2 und ebenfalls am Ende der Metallisierung 20 jeweils eine Verbreiterung 21 bzw. 22 herzustellen.

Das Ersatzschaltbild nach F i g. 9 zeigt die entsprechenden Kapazitäten Ci\ und C22, die an den Enden der Induktivität L· des Streifenleiterabschnittes der Streifenleitung parallel geschaltet sind. Die Anordnung Za C21, C22 stellt ein Tiefpaßfilter dar, dessen Grenzfrequenz sehr hoch, beispielsweise bei 20GHz l^;egen kann.

Die Herstellung eines einfügbaren Abschlußwiderstandes nach F i g. 5 kann in großen Serien und zu relativ niedrigen Kosten bevorzugt in Form von Würfeln geschehen, wobei der Widerstandsniederschlag auf der beschichteten Würfelfläche so bemessen ist, daß ein Widerstandswert von 50 Ohm erreicht wird. Der Niederschlag kann beispielsweise aus einer Aluminiumkeramik bestehen.

Der angepaßte Abschlußwiderstand nach der Erfindung kann vorteilhaft für Höchstfrequenz-Mikroschaltungen, insbesondere mit Zirkulatoren oder Hybridverbindungen, verwendet werden. In Verbindung mit einem Zirkulator ergibt sich ein nichtreziprokes Bauelement mit bereits darin enthaltenem Abschlußwiderstand.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 21

1. Abschlußwiderstand für Höchsttrequenz-Übcrtragungsleitungen in Band- oder Streifenleitungs- s technik, der aus einer auf ebener Fläche eines dielektrischen Trägermaterials niedergeschlagenen, sehr dünnen Schicht elektrischen Widerstandsmaterials besteht, das an zwei gegenüberliegenden Fiächenkanten einerseits mit einem Ende des Streifenleiters und andererseits mit Masse galvanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Abschlußwiderstanües (4) senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung (P) der Höchstfrequenz- oder Mikrowellen verläuft.

2. Abschlußwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial auf eine Stirnfläche des Substrats (1) aufgebracht ist.

3. Abschlußwiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der mit Wider-Standsmaterial beschichteten Stirnfläche gleich der Breite des Streifenleiters ist.

4. Abschlußwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial auf einer Fläche eines dielektrischen Elements (10) niedergeschlagen ist, das die Form eines Quaders oder Würfels hat, und daß es an zwei gegenüberliegenden Kanten mit auf zwei angrenzenden, einander gegenüberliegenden Flächen des Elements (10) niedergeschlagenen Metallisierungen (20, 30) galvanisch verbunden ist, und daß dieser Widerstandskörper unter Verbindung seiner metallisierten Flächen mit den beiden Leitern (2, 3) der Streifenleitung in eine nahe dem Ende der Streifenleitung vorgesehenen öffnung (7) im Substrat (1) der Streifenleitung eingebracht ist.

5. Abschlußwiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Metallisierung (20) des dielektrischen Elements (10) mit dem Streifenleiter (2) über einen Streifenleiterabschnitt (8) und die andere Metallisierung (30) mit einer ebenen Fläche eines Leiters (9) verlötet ist, der seinerseits die Massefläche (3) der Streifenleitung bildet oder mit dieser verlötet ist.

6. Abschlußwiderstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Streifenleiterabschnitt (8) verbundenen Enden von Streifenleiter (2) einerseits und Metallisierung (20) andererseits je eine die von dem Streifenleiterabschnitt (8) gebildete Induktivität im Arbeitsfrequenzbereich kapazitiv kompensierende Verbreiterung (21,22) aufweisen.