DE2260058B2 - Absorber in Streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

stungsaufnahmefähigkeit, seine nicht in den Herstel- Absorbers an die erwähnte Anpassungsbedingung

lungsprozeß der Streifenleitung integrierbare Herstell- durch diese Form praktisch unmöglich, jedoch ergibt

barkeit und daß seine Frequenzgrenzt erreicht wird, sich hieraus die Erkenntnis?, daß der Absorber an

wo seine Größe etwa einer zehnte) Wellenlänge ent- seinem Ende möglichst breit sein soll,
spricht. 5 £)_er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Auf den obenerwähnten Seiten 105, 106 der Zeit- Absorber der Streifenleitungstechnik, insbesondere

schrift »Frequenz« ist weiterhin ein Wellensumpf einer der Technik ungeschirmter Streifenleiter, anzugeben,

Streifenleitung beschrieben und in Bild 12 dieser der — ausgehend von den dem Absorber nach Fi g. 1

Literaturstf He dargestellt. Dieser Absorbertyp ist zugrunde liegenden Erkenntnissen — die vorerwähnte

dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitung längs io Anpassungsbedingung möglichst gut erfüllt und hin-

einer mehrere Wellenlängen langen Strecke stetig in sichtlich seines Platzbedarfs bescheiden ist im Vergleich

eine stark gedämpfte und am Ende kurzgeschlossene zu dem beschriebenen Wellensumpf.

Leitung übergeht, wie es bereits prinzipiell in »IRE Der diese Aufgabe lösende Absorber ist erfindungs-

Transactions« MlT-3 (1955), S. 1 bis 9, beschrieben ist. gemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-

Dieser Übergang weist die Merkmale auf, daß sich der 15 schicht annähernd halbkreisförmig um das Ende der

Streifenleiter zum Absorberende hin stetig zu einer Zuleitung ausgebildet ist und daß die elektrische Ver-

Spitze verjüngt und daß zwischen der Spitze des sich bindung (Verbindungsschicht) der Widerstandsschicht

verjüngenden Streifenleiters und dem Beginn dessen mit der Gegenelektrode angenähert längs des gesamten

Verjüngung eine keilförmige Widerstandsschicht ange- äußeren Halbkreises der Widerstandsschicht besteht,

ordnet ist, die vom Absorberende zum unverjüngten 20 Der Absorber gemäß der Erfindung erfüllt ange-

Streifenleiter gerichtet ist. Dieser Wellensumpf ist nähert die in Verbindung mit dem Absorber nach

für tiefe Frequenzen des Mikrowellenbereiches sehr F i g . 1 zu stellenden Forderungen für sein optimales

ungünstig, da er immer mehrere Wellenlängen lang Arbeiten: homogene Stromdichten in möglichst jedem

sein muß und deshalb in der Praxis meist Platz- Querschnitt des Absorbers und möglichst breites

Schwierigkeiten verursacht. 25 Absorberende.

Es läßt sich zeigen, daß Absorber, die die An- Der erfindungsgemäße Absorber läßt sich bei Anpassungsbedingungen wendung der allgemein bekannten Lehren zur Um-₇ (_r\ — 7 _ D ( \ Wandlung einer geschirmten in eine ungeschirmte ^{LR K} ' ~ *-^{L Klt w} Streifenleitung und umgekehrt im Rahmen der Erfin- Zl — Wellenwiderstand der Zuleitung, 30 dung nicht nur in der Technik ungeschirmter, sondern Zi,n(x) = Realteil des Wellenwiderstandes am Ort x, auch in der Technik geschirmter Streifenleitung aus- Rr{x) — Ohmscher Widerstand zwischen Zuleitung führen.

und dem Ort x, An Hand der F i g. 2 bis 7 werden im folgenden vorteilhafte Ausführungsformen und Herstellungsver-

erfüllen, frequenzunabhängigdengeringsten Reflexions- 35 fahren des Erfindungsgegenstandes und das Betriebsfaktor erwarten lassen. verhalten dieser Ausführungsformen näher beschrieben.

Ein Absorber der angenähert diese Bedingung er- F i g. 2 zeigt im oberen Teil eine Seitenansicht und

füllt, ist in F i g. 1 in Draufsicht dargestellt. Er besteht im unteren Teil eine Draufsicht auf einen Absorber

aus einer an eine Streifenleitung 1 angeschlossenen nach der Erfindung für den Beispielsfall der Technik

Widerstandsschicht 2, die sich zum Absorberende hin 40 ungeschirmter Streifenleitungen. Er besitzt ein Sub-

exponentiell erweitert. Theoretisch müßte sich diese strat 4, vorzugsweise ein Keramiksubstrat, auf dem

Erweiterung bis ins Unendliche erstrecken, was durch eine 50-Ohm-Leitung 5 der Breite w und eine Gegen-

die abgebrochenen Linien an den in der Zeichenebene elektrode 6 (Masse) zur Bildung einer ungeschirmten

von F i g. 1 oberen und unteren Enden der Wider- Streifenleitung angeordnet sind.

Standsschicht 2 angedeutet ist. Mit 3 ist in F i g. 1 die 45 Besonders zweckmäßig ist es, das Ende der Leitung 5,

elektrisch leitende Verbindung der Widerstands- wie gezeigt, so auszubilden, daß es die Form eines

schicht 2 mit der auf der rückwärtigen Seite des nicht ,,,.,· · j η j ^w f ·♦

gezeigten Substrats des Absorbers befindlichen Ge- Halbkreises mit dem Radius r, = ₂ aufwe.st.

genelektrode (Masse) der Streifenleitung bezeichnet. An das Ende der Leitung 5 schließt sich eine Wider-

An jeder Stelle der Widerstandsschicht 2 soll der 50 Standsschicht 7 an, die von einem Halbkreis mit dem

elektrische Widerstand zur Gegenelektrode gleich dem Radius r₂ begrenzt ist. Diese Widerstandsschicht oder

Wellenwiderstand an der betrachteten Stelle sein. auch nur ihre Haftvermittlungsschicht besteht z. B.

Die an die Verbindung 3 angrenzenden Elemente der aus NiCr, d.h. einer Nickel-Chrom-Legierung aus

Widerstandsschicht 2 müßten den Weilenwiderstand vorzugsweise etwa 60% Nickel und 40% Chrom. Bei

Null aufweisen, was einer Leiterbreite gegen unendlich 55 geforderter billigerer Ausführung kann bei Zulassung

entspräche. Deswegen läßt sich ein Absorber dieser einer etwas höheren Temperaturabhängigkeit des

Art praktisch nur am Substratrand unterbringen, um Widerstandes und bei geringerer Langzeitkonstanz

wenigstens eine möglichst nur durch die größte desselben aber auch mit geringerem Chromanteil,

Substratabmessung begrenzte Leiterbreite zu bedingen. beispielsweise bei einem Legierungsverhältnis Nickel

Ein Absorber nach F i g. 1 ist bisher, soweit durch 60 zu Chrom von 4 zu 1, ein befriedigendes Arbeitsver-

Publikationen nachweislich ist, offenbar nur für fre- halten des Absorbers erreicht werden. Auch Tantal-

quenzmäßig maximal in das A"-Band fallende Schwin- Nitrid ist als Material für die Widerstandsschicht 7

gungen realisiert worden. sehr gut geeignet, allerdings schwerer bearbeitbar als

Da die Breitenzunahme, wie aus F i g. 1 ersichtlich, NiCr.

in der Nähe der Verbindung 3 extrem ist, fließt in den 65 Zweckmäßigerweise werden die Widerstandsschicht 7 äußeren Bereichen der Widerstandsschicht 2 praktisch ebenso wie die Leitungselektroden auf das Substrat 4 überhaupt kein Strom, d. h., dort ist die Stromdichte in Dünnfilmtechnik aufgedampft oder durch Kathodenminimal. Dadurch ist eine exakte Anpassung des zerstäubung aufgebracht. In manchen Anwendungs-

5 ^ 6

fällen ist hierbei allerdings die Anwendung der Dick- Absorber nach F i g. 2 auf Aluminiumoxidkeramik

filmtechnik vorteilhafter und wird die Widerslands- Substraten als Funktion der Frequenz mit r₂ als Para

schicht 7 nach dem Siebdruckverfahren aufgebracht. meter in F i g. 5 dargestellt, wobei unterstellt ist:

An die Widerstandsschicht 7 schließt sich zwischen _nn™, a. ^ den Radien r, und r₄ unter Zwischenfügung einer clek- 5 ^{a) Substrat besteht aus} "'⁵^ ^Α|·°* Irisch leitenden Verbindungsschicht 8, die Kontakt b) Substrathöhe Ii = 0,635 mm, mit der Gegenelektrode 6 hat, ein halbkreisförmiger _{c) B}ezugswellenwiderstand: 50 Ohm. Durchbruch 9 an. Dieser Durchbruch 9 wird zweckmäßigerweise mittels eines Ultraschallbohrers herge- Die maximale Belastbarkeit des Absorbers nach dei stellt. In der Massenfertigung ist es allerdings vorteil- io Erfindung ist eine Funktion der zulässigen Erwärmung hafter, den Durchbruch gleich bei der Substrather- der Widerstandsschicht. Die Berechnungen nach den stellung durchzuführen, wobei er mileingebrannt wird. Vorschriften, die in der Zeitschrift »microwaves« vom

Infolge der Verbindung der Widerstandsschicht 7 Februar 1970 auf S. 58 uud 59 gegeben sind, ergeben

mit der Gegenelektrode 6 mittels der Verbindungs- gemäß

schicht 8 durch den kreisförmigen Durchbruch 9 15 _π r₂- — z·,⁸

ergibt sich beim Absorber nach der Erfindung der P-■-ΛΤ · K · ----- _ Vorteil, daß er an jeder Stelle des Substrats und nicht

nur an dessem Rand angeordnet werden kann. P — umgesetzte Leistung,

Für eine optimale Anpassung des Absorbers an den /\_r = Temperaturdifferenz zwischen Absorber und

Wellenwiderstand seiner Zuleitung muß — gesprochen 20 Substratrückseite (Temperaturreferenz),

mit den Bezugszeichen der Fi g. 2 - die Länge _;._ _{= Absorberabmessungen)}

(;-₂ — /·,) klein gegen die Wellenlange sein. /ei, a-

F i g. 3 zeigt für einen Gleichstrombahnwiderstand " = S> übst ratdicke,

von R = 50 Ohm die Abhängigkeit des Flächenwider- k ~ Wärmeleitfähigkeit des Substrats

Standes des Absorbers nach F ig. 2 ,5 /für 99,5% AI₂O.,* ^ 0,044 ^{cal Cm}

π R V sec cm^{2 0}C

Hf ⁼⁼

I_n ^r2 eine um etwa 100% zu hohe Belastbarkeit, da beim

r, halbkreisförmigen Absorber die Erwärmung in Nähe

30 der Speiseleitung wesentlich größer ist als am Durch-

vom Radius r_t. Hierbei ist eine homogene Siromver- bruch. Berücksichtigt man dies, so erhält man für teilung unterstellt und der Skineeffekt vernachlässigt, r, = 0,3 mm und // = 0,635 mm was zulässig ist, wie aus dem Beitrag von W i e s b e c k

in der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift (NTZ)«, _p ¹^T ₂

Heft 1/1971, S. 1 bis 6, hervorgeht. 35 200 ^

Der Widerstand Rf der Widerslandsschicht beim

erfindungsgemäßen Absorberwird vorzugsweise mittels wobei sich die Leistung/¹ in Watt ergibt, wenn AT eines Laserstrahles abgeglichen, und zwar zweck- in ° C und r₂ in mm eingesetzt wird, mäßigerweise durch radiale Einschnitte in der Nähe In F i g. 6 ist die Belastbarkeit nach der vorstehenden

des äußeren Halbkreises, also des Durchbruchs. Bei 40 Gleichung dargestellt.

Tantal als Widerstandsschichtmaterial erfolgt der Der Wellenwiderstand Z_L des erfindungsgemäßen

Abgleich vorzugsweise durch elektrolytische Oxy- Absorbers ist eine Funktion der Leiterbreite 11·, der dation. Substrathöhe/; sowie der relativen Dielektrizitäts-

Zur theoretischen Bestimmung der Eingangsimpe- konstante e_r des verwendeten Substrates, danz und des Reflexionsfaktors ist die Ersatzschaltung 45 F i g. 7 zeigt ein Diagramm dieser Abhängigkeit im des erfindungsgemäßen Absorbers nach F i g. 4 vor- Sinne der von A. P r e s s e r in der Zeitschrift »microteilhaft verwendbar. Der Absorber wird hierzu in waves«, Heft 3/1968, S. 53 bis 55, veröffentlichte Kurve infinitesimale halbkreisförmige Abschnitte mit den für ein bestimmtes e_r.

Leitungselementen AR_U AU, AC_f zerlegt. Die Induk- Die praktisch unvermeidliche induktive Blind-

tivität L rührt von der Verbindung der Widerstands- 50 komponente des erfindungsgemäßen Absorbers wird schicht 7 des Absorbers zur Gegenelektrode 6 im halb- zweckmäßigerweise durch eine Kompensationskapakreisförmigen Durchbruch her. Ans dem Ersatzschalt- zität kompensiert, die z. B. dadurch realisiert ist, daß bild kann die Einganpsimnedanz des Absorbers be- die Widerstandsschicht über den Mittelpunkt ihrer rechnet werden. Das Ergebnis ist für verschiedene Radien vorgezogen ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

durch Vorziehen der Widerstandsschicht über dei Patentansprüche: Mittelpunkt ihrer Radien (r„ rt) realisiert ist.

1. Absorber in Streifenleitungstechnik, der zwischen dem Ende seiner Zuleitung und deren Gegen- 5
elektrode eine Widerstandsschicht besitzt, dadurch gekennzeichnet, daßdie Wider- . . Standsschicht (7) annähernd halbkreisförmig um Die Erfindung betrifft einen Absorber in Streifendas Ende der Zuleitung (5) ausgebildet ist und daß leitungstechnik. Derartige Mikrowellenabsorber sine die elektrische Verbindung (Verbindungsschicht 8) io in verschiedenen Varianten bekannt.

der Widerstandsschicht mit der Gegenelektrode (6) Sie sind z.B. als verlustbehaftete Leitung, deren

angenähert längs des gesamten äußeren Halb- Länge im Idealfall unendlich ist, oder als konzen-

kreises der Widerstandsschicht besteht. trierter Abschluß-Widerstand mit geringen Abmessun-

2. Absorber nach Anspruch 1, dadurch gekenn- gen im Vergleich zur Wellenlänge ausführbar. Eine zeichnet, daß das Substrat (4) des Absorbers längs 15 Zwischenstellung bezüglich seiner raumlichen Abdss äußeren Halbkreises der Widerstandsschicht 7) messungen zwischen diesen beiden grundsätzlichen durchbrochen ist (halbkreisförmiger Durchbruch (9) Ausführungsformen nimmt der bekannte Wellen- und daß durch diesen Durchbruch die Verbindungs- sumpf ein.

mittel (8) der Widerstandsschicht mit der Gegen- Die Theorie über den Eingangswiderstand einer

elektrode (6) geführt sind. 20 gedämpften, d. h. verlustbehafteten Leitung ist kurz

3. Absorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch z. E. in Meinke — Gundlach: »Taschenbuch gekennzeichnet, daß die Absorberzuleitung (5) an der Hochfrequenztechnik«, 3. Aufl., 1968, wiedergedem Ende, das in die Widerstandsschicht mündet, geben. Demnach nähert sich bei dieser Leitung deren halbkreisförmig mit einem der halben Leitungs- Eingangswiderstand mit wachsender Leitungslänge κ ·, l^w\ r · u η j , ^ UU .· . *5 dem komplexen Leitungswellenwiderstand. Ein techbreite (-₂ ) gleichen Radius (r.) ausgebildet ist. _{njsch rea},£_ierter Absorber dieser Art ist beispielsweise

4. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, den »Valvo-Entwicklungsmitteilungen« vom Juni 1969 dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands- unter »Miniaturisierte Mikrowellensysteme« auf S. 12 schicht (7) aus einer Nickel-Chrom-Legierung be- entnehmbar, wo in der Abbildung ein spiralförmig steht, vorzugsweise in einem Legierungsverhältnis 30 ausgebildeter Absorber erkennbar ist. Absorber dieses von 1:1. Typs sind allerdings sehr platzraubend und infolge

5. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ihrer Widerstandstransformation nur recht schmaldadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands- bandig zu verwirklichen, was in vielen Anwendungsschicht (7) aus Tantal-Nitrid besteht. fällen unbefriedigend ist; auch stört häufig, daß aus

6. Absorber nach Anspruch 4 oder 5, dadurch 35 den vorerwähnten Gründen ihr Anwendungsbereich gekennzeichnet, daß nur die Haftvermittlungs- praktisch auf die mittleren und hohen Frequenzen des schicht aus einer Nickel-Chrom- bzw. einer Tantal- Mikrowellenbereiches beschränkt ist.

legierung besteht und die Widerstandsschicht in In der Zeitschrift »Frequenz« ist in einer Abhandlung

einem gesonderten Arbeitsgang auf die Haftver- über integrierte Mikrowellenschaltungen in Heft 4/1971

mittlungsschicht in Dünnfilmtechnik aufgebracht 40 auf S. 105 bis 106 an Hand von Bild 11 ein konzen-

ist. trierter 50-Ohm-Abschlußwiderstand für eine Streifen-

7. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, leitung beschrieben, der als annähernd quadratischer dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstands- Flächenwiderstand ausgebildet ist. Dessen Verbindung schicht in Dickfilmtechnik vorzugsweise nach dem zur Masse ist über ein Loch im Substrat hergestellt. Siebdruckverfahren aufgebracht ist. 45 Dieser Abschlußwiderstand ist klein gegen die Wellen-

8. Absorber nach einem der Ansprüche 2 bis 7, länge, aber wegen seiner unvermeidlichen reaktiven dadurch gekennzeichnet, daß der halbkreisförmige Komponenten auch nur bei den niedrigsten Wellen Durchbruch (9) mittels eines Ultraschallbohrers des Mikrowellenbereiches einsetzbar.

hergestellt ist. Einen mit dem zuletzt beschriebenen Absorber hin-

9. Absorber nach einem der Ansprüche 2 bis 7, 50 sichtlich der Kompaktheit vergleichbaren Aufbau dadurch gekennzeichnet, daß der halbkreisförmige weist der in »IEEE-Transactions« MTT-21 (1972) auf Durchbruch bereits bei der Substratherstellung des S. 290 und 291 beschriebene Absorber auf, der alier-Absorbers durchgeführt ist. dings reaktanzärmer ausgeführt und deshalb über

10. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, einen größeren Frequenzbereich einsetzbar ist, im dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der 55 Beispielsfall zwischen 1 und 18 GHz. Dieser Absorber Widerstandsschicht mittels eines Laserstrahles ab- ist über einen Leitungstransformator an eine Streifengeglichen ist. leitung angeschlossen und besteht aus einem in Dünn-

11. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, filmtechnik ausgeführten sogenannter Chip-Widerdadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich des stand (Absorberpille), der durch Niederschlag einer Widerstandes der Widerstandsschicht bei Tantal 60 dünnen Chromschicht hergestellt ist und der auf dem als Widerstandsmaterial mittels elektrolytischer Keramiksubstrat der Streifenleitung und des Leitungs-Oxidation durchgeführt ist. Übertragers an letzteren einseitig angelötet ist. Seine

12. Absorber nach einem der Ansprüche 1 bis 10, andere Seite ist durch Lötung an Masse angeschlossen, gekennzeichnet durch eine Kompensationskapa- und zwar mittels einer Metallschicht, die um den zität für die induktive Blindkomponente des 65 Substratrand führt und mit der Gegenelektrode der Absorbers. Streifenleitung und des Leitungstransformators ver-

13. Absorber nach Anspruch 12, dadurch ge- bunden ist. Nachteilig an diesem Absorbertyp ist seine kennzeichnet, daß die Kompensationskapazität fehlende Abstimmbarkeit. seine relativ eerinue i,