DE2264978A1 - Vierpoliges netzwerk fuer mikrowellen - Google Patents

Description

Vierpoliges Netzwerk für Mikrowellen

Ausscheidung aus P 22 60 240.0

Die Erfindung bezieht sich auf Mikrowellenschaltungen und betrifft ein vierpoliges Mikrowellennetzwerk, insbesondere ein Kreuzglied.

Die Einführung der Miniaturisierung bei Mikrowellenschaltungen hat die Entwicklung vieler neuer Formen von offenen Hochfrequenzleitungen veranlaßt. Eine bekannte Form ist die sogenannte "Microstrip-Leitung" (manchmal auch als "unsymmetrische Streifenleitung" bezeichnet),bei welcher ein erster Metallstreifen als relativ schmales Band auf der einen Oberfläche eines Substrats verläuft, und zwar im wesentlichen über der Mitte eines zweiten, viel breiter ausgebildeten Metallstreifens, der auf die gegenüberliegende Oberfläche des Substrats aufgebracht ist. Eine andere bekannte Form ist die sogenannte "Schlitzleitung", die zwei koplanare relativ breite leitende Streifen auf ein- und derselben Oberfläche eines dielektrischen Substrats aufweist, wobei die Strafen so zueinander im Abstand verlaufen, daß zwischen ihnen ein schmaler offener Schlitz gebildet wird. Schließlich wäre noch die "koplanare Hochfrequenz-Strdfenleitung¹¹ zu nennen, bei welcher sich auf ein- und

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derselben Oberfläche eines dielektrischen Substrats zwei beabstandete leitende Streifen oder Platten als Außenleiter befinden, zwischen denen ein dritter leitender Streifen als Innenleiter verüuft. Es gibt auch noch andere Typen offener Hochfrequenzleitungen, die sich für Mikrowellen eignen und sich Jeweils durch die relative Anordnung und Anzahl der streifen - bzw. plattenförmigen Leiter zueinander und gegenüber dem Substrat unterscheiden·

Da alle die vorgenannten Typen von Hochfrequenzleitungen jeweils spezielle Vorteileund Nachteile aufweisen, kann es wünschenswert sein, bestimmte Merkmale zweier oder mehrerer Typen von Hochfrequenzleitungen innerhalb einer einzigen Anordnung zu vereinigen. Beispielsweise kann es durchaus vorteilhaft sein, verschiedene Impedanzen einer M^krowellenschaltung in verteilter Form durch Hochfrequenzleitungen bestimmter Typen zu realisieren. Bisher hat man z.B. elektrische Kreuzglieder nur mit konzentrierten oder punktförmigen Impedanzen ausgestattet, die für wesentlich niedrigere Frequenzen als Mikrowellen ausgelegt sind. Es gibt jedoch kein Kreuzglied aus Hochfrequenzleitungen für Mikrowellenfrequenzen von 1CrHz und darüber. Kreuzglieder für niedrigere Frequenzen werden als Filter und Entzerrer verwendet. Bei einem Kreuzglied ist es möglich, die Übertragungseigenschaften völlig unabhängig vom Verhalten des Vierpol-Wellenw.id erstandes zu beeinflussen. Dies erlaubt die Konstruktion einer großen Zahl von Schaltungen, für die es keine unsymmetrische Form gibt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kreuzglied für Mikrowellen zu schaffen.

Ein Kreuzglied ist ein vierpoliges Netzwerk, bei welchem zwischen die erste und die zweite Klemme eine erste Impedanz, zwischen die zweite und die dritte Klemme eine zweite Impedanz, zwischen die dritte und die vierte Klemme eine dritte Impedanz

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und zwischen die vierte und die erste Klemme eine vierte Impedanz gekoppelt ist und "bei welchem Eingangssignale zwischen der ersten und der dritten Klemme einkoppelbar sind, während Ausgangssignale zwischen der zweiten und vierten Klemme auskoppelbar sind. Die gestellte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste und die dritte Impedanz jeweils ehe Hochfrequenzleitung ist, welche zwei leitende Platten enthält, die parallel zueinander liegen und zueinander versetzt sind; daß die zweite und die vierte Impedanz ebenfalls jeweils eine Hochfrequenzleitung ist; daß die Längen und die Art der Abschlüsse der Hochfrequenzleitungen zur Herstellung bestimmter Übertragungseigenschaften des Netzwerks ausgewählt sind.

Vorzugsweise sind die zur Bildung der zweiten und der dritten Impedanz verwendeten Hochfrequenzleitungen Microstrip-Leitungen.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der ersten und dritten Impedanz des Kreuzgliedes als sogenannte "versetzte Hochfrequenzleitungen" macht es möglich, bestimmte Eigenschaften, die sich bei Hochfrequenzleitungen verschiedenen Typs nur jeweils gesondert zeigen, in einer einzigen Microwellenschaltung zu vereinigen. Die besagte "versetzte Hochfrequenzleitung" ist Gegenstand eines Patents gleichen Zeitrangs (Patentanmeldung P 22 60 240.0). Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung seien jedoch die prizipiellen Merkmale und Eigenschaften einer versetzten Hochfrequenzleitung anhand von Figuren 1 bis 8 beschrieben, bevor das erfindungsgemäße Kreuzglied selbst an einer Ausführungsform anhand von Figuren 9 bis 11 erläutert wird.

Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Microstrip-Leitung gemäß dem Stand der Technik;

Figur 2 zeigt perspektivisch eine Schlitzleitung gemäß dem Stand der Technik;

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Figur 3 zeigt perspektivisch eine "versetzte" Hochfrequenzleitung;

Figur 4- ist ein Schaubild, in welchem für die in Figur 3 dargestellte Hochfrequenzleitung der Wellenwiderstand über der Überlappung aufgetragen ist;

Figur 5 zeigt in einem Schaubild die effektive Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Überlappung bei der in Figur 3 gezeigten Hochfrequenzleitung;

Figur 6 zeigt perspektivisch ein Netzwerk aus Leitungszweigen unter Verwendung der Schlitzleitung, der koplanaren Hochfrequenzleitung und der in Figur 3 gezeigten versetzten Hochfrequenzleitung;

Figur 7 zeigt perspektivisch eine in Figur 3 gezeigte Hochfrequenzleitung mit verteilten induktiven und kapazitiven Reaktanzen;

Figur 8 zeigt perspektivisch eine weitere Ausführungsform der versetzten Hochfrequenzleitung;

Figur 9 ist das Schaltbild eines Kreuzgliedes;

Figur 10 zeigt die Schaltung gemäß Figur 9 zu einer Brückenschaltung umgezeichnet;

Figur 11 zeigt perspektivisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikrowellen-Kreuzgliedes.

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Flg. 1 zeigt eine Microstrip-Leitung 10, wo ein schmaler streifenförmiger Leiter 11 durch eine Platte aus Dielektrikum 15 über einem breiteren (mehr als doppelt so breitem) ebenen Masseleiter 13 im Abstand gehalten wird. Das elektromagnetische Feld von sich längs der Microstrip-Leitung 10 fortpflanzenden elektromagnetischen Wellen verläuft hauptsächlich im Berelcn zwischen dem schmalen streifenförmlgen Leiter 11 und dem plattenförmigen Masseleiter 13.

Die Fig. 2 zeigt eine Schlitzleitung. Hier liegen zwei relativ breite (verglichen mit dem schmalen Leiter 11 in Fig. 1) leitende Platten 19 und 21 in gegenseitigem Abstand auf der gleichen Oberfläcne 23 einer dielektrischen Trägerplatte 25. Die breiten leitenden Platten 19 und 21 verlaufen im allgemeinen parallel una in gleichbleibendem gegenseitigen Abstand, so daß zwischen ihnen ein offener Schlitz 27 gebildet wird. Die Breite des Schlitzes 27 ist annähernd gleich der Breite des Leiters 11 in Fig. 1. Das elektromagnetische Feld einer zugefünrten elektromagnetischen Welle liegt hauptsächlich innerhalb des dielektriscnen Trägers 25 im Bereich zwischen den beiden breiten leitenden Platten 19 und 21.

Fig. 3 zeigt eine sogenannte "versetzte" Hochfrequenzleitung Sie enthält eine im wesentlichen ebene Platte oder Tafel 33 aus dielektriscnem Material als Substrat, die gegenüberliegende parallele Flächen 35 und 37 aufweist. Kin Teil der einen Oberfläche 35 der Tafel 33 trägt eine erste relativ breite leitende Platte Auf einem Teil der gegenüberliegenden Oberfläche 37 der Tafel 33 befindet sicn eine zweite, relativ breite leitende Platte 4l. Die leitende Platte 39 ist gegenüber der Platte 4l versetzt, das heißt der in Fig. 3 liegende linke Rand der Platte 39 ist gegenüber dem in dieser Fig. links liegenden Rand der Platte Al verschoben. Der größere Teil (mehr als die Hälfte) der leitenden Platte 38 verläuft

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längs der Fläche 35 so, daß er sich mit der Platte 4l nicht überlappt. Der Rand 43 der Platte 39 liegt in dichtem Abstand vom Rand 45 der Platte 41. Der Abstand zwischen den Platten 39 und 41 und die Dielektrizitätskonstante und die Dicke des Substrate 33 sind so festgelegt, daß das elektrische Feld von auf die Leitung gekoppelten elektromagnetischen Wellen hauptsächlich auf das Gebiet zwischen den leitenden Platten 39 und 4l im Substrat 33 begrenzt ist. Wenn der Rand 43 der leitenden Platte 39 mit dem nahen Rana der Platte 41 fluchtet, wie es mit der gestrichelten Linie 45 A gezeigt ist, dann ist der Wellenwiderstand im wesentlichen unabhängig von der Dicke der Tafel 33. Es wurde beispielsweise gefunden, daß für ein Substrat aus Aluminiumoxyd (,Dielektrizitätskonstante 9,6) bei miteinander fluchtenden Rändern der Platten 39 und 41 die Eigenimpedanz (natural impedance) 40 Ohm betrug, und zwar sowohl für eine Substratdicke von 0,254 mm als auch für eine Substratdicke von 0,635 mm.

Die beiden leitenden Platten 39 und 41 können so gegeneinander versetzt oder gestaffelt sein, daß sie sich leicht überlappen (Abstand d.), wobei der Rand der Platte 4l an der Stelle 45 B in Fig. 3 zu liegen kommt. Bei dieser überlappenden Anordnung ist ale Impedanz geringer und die Felder befinden sich im wesentlichen innerhalb der Überlappungszone. Das Maß der Überlappung ist wesentlich kleiner als die halbe Breite jeder der Platten 39 und 4l und liegt in der Größenordnung der Breite des schmalen streifenförmigen Leiters bei der Microstrip-Leitung.

Die beiden leitenden Platten 39 und 4l können ohne Überlappung angeordnet sein, z.B. so, daß der nächstliegende Rand der Platte 4l am Ort 45 liegt, das heißt im Abstand d₂ von der fluchtenden Position 45 A. Bei dieser nichtüberlappenden Anordnung hat die Leitung eine höhere Impedanz, und ein größerer Energieanteil pflanzt sich außerhalb des dielektrischen Substrats fort.

Fig. 4 zeigt ein Schaubild, in welchem für die in Fig. 3 gezeigte Hochfrequenzleitung der Wellenwiderstand über der Überlappung für den Fall aufgetragen ist, daß das Substrat 33 Aluminiumoxyd ((DjL-alektrizitätskonstante 9,6) ist und seine Dicke 0,635 mm beträgt.

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Aus Fig. 4 ist zu entnehmen, daß sich der Wellenwiderstand der Hochfrequenzleitung von etwa 78 Ohm auf etwa 12 Ohm ändert, wenn die Platten 39 und 4l von einer Stellung, in welcher zur Überlappung 5,08 mm fehlen (gezeigt als Überlappung von -5,08 mm) in eine Stellung mit einer Überlappung von etwa 4,445 mm bewegt werden. Eine Stellung mit der Überlappung 0 liefert einen Wellenwiderstand von 40 Ohm.

Fig. 5 zeigt ein Schaubild, wo für die in Fig. 3 gezeigte Hochfrequenzleitung die effektive Dielektrizitätskonstante für den Fall aufgetragen ist, daß das Substrat eine Dielektrizitätskonstante von 9,6 und eine Dicke von 0,635 mm hat. Die Figur zeigt ein Ansteigen der effektiven Dielektrizitätskonstante, wenn sich die Überlappung von -5,08. (negative Überlappung oder "ünterlappung") auf ⁽5.,08. mm ändert. Die niedrige effektive Dielektrizitätskonstante für den Fall der sogenannten "Ünterlappung" rührt daher, daß ein größerer Energieanteil außerhalb des dielektrischen Materials wandert und sich daher die effektive Dielektrizitätskonstante derjenigen von Luft nähert.

Fig. 6 zeigt ein Netzwerk 51 aus Leitungszweigen, Bei diesem Netzwerk 51 ist eine ebene dielektrische Tafel als Substrat 53 vorgesehen, die auf einer großen Fläche 57 eine erste Platte 55 trägt. Auf der entgegengesetzten großen Oberfläche 59 des Substrats 53 befinden sich mehrere ausgerichtete Platten 6l, 63, 65 und 67.

Die erste dieser Platten 6l überlappt die Platte 55 etwas, um mit dieser eine Hochfrequenzleitung mit versetzten Parallelplatten zu bilden, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Die zweite Platte 63 liegt mit ihrem Rand 69 In dichtem Abstand am Rand 71 der Platte 6l, um mit ihr eine Schlitzleitung 72 zu bilden.

Der dem Rand 69 gegenüberliegende Rand 73 der Platte 63 liegt in dichtem Abstand vom Rand §5 A einer schmalen streifenförmlgen Lei-, terplatte 65. In dichtem Abstand neben dem anderen Rand 65 B der schmalen Platte 65 verläuft der Rand 75 einer breiten Platte b7. Die Kombination aus den Platten 63, 65 und 67 bildet somit eine sogenannte koplanars Hochfrequenzleitung 82, Sin leitendes Element 82 A erstreckt fiiah über dem Substrat 53 und dem leitenden Streifen

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65, um eine Verbindung zwischen den Platten 63 und 67 zu schaffen, wodurch diese Platten auf dem gleichen Potential gehalten werden. Eine weitere Beschreibung koplanarer Hochfrequenzleitungen befindet sich in einem Aufsatz von CP. Wen mit dem Titel "Coplanar Waveguide: A Surface Strip Transmission Line for Nonreclprocal Device Applications", abgedruckt in XEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-17, Nr. 12, Dezember 1969, Seiten 1087 - 1090.

Die Platte 63 hat einen fingerartigen schmalen streifenförmigen leitenden Fortsatz 77, der sich einem Abstand über der breiten leitenden Platte 55 erstreckt. Der fingerartige Fortsatz 77 bildet mit der breiten leitenden Platte 55 und dem Substrat 53 eine Microstrip-Leitung 76.

Die leitenden Platten 6l, 63, 65 und 67 sind so ausgericntet, daß sich der Rand 79 der Platte 61, die Ränder 8l und 8l A der Platte 63, der Rand 83 der Platte 65 und der Rand 85 der Platte 67 leicht mit dem nahen Rand 87 der leitenden Platte 55 überlappen. Die Platten 6l, 63, 65 und 67 sind gegenüber der Platte 55 so angeordnet, und die Dielektrizitätskonstante und die Dicke des Substrats 53 ist so festgelegt, daß die Kombination der Platten 6l, 63, 65 und 67 und der Platte 55 eine versetzte Hochfrequenzleitung bildet, wie sie im Zusammenhang mit Flg. 3 beschrieben wurde.

Beim Betrieb des Netzwerks 51 kann elektromagnetische Signalenergie in Richtung des Pfeils 7^ auf die Microstrip-Leitung 76 gekoppelt werden, die durch den schmalen leitenden Streifen 77 und die Platte 55 gebildet wird. Die elektromagnetischen Signalwellen können mittels eines Koaxialkabels und eines Fla'sches angeordnet werden, wobei der Innenleiter mit dem schmalen leitenden Streifen 77 und der an Masse gelegte Außenleiter mit der Platte 55 verbunden wird. Die elektromagnetischen Signalwellen wandern in Richtung des Pfeils 74 zum Punkt 95, wo sich die Wellenenergie teilt. Elektromagnetische Signalwellen wandern längs der durch versetzte Parallelplatten gebildeten Hochfrequenzleitung In Ricntung des Pfeile 93 zum Ende 89 und in Richtung des Pfeils 97 zum Ende 91. Die Auskopplung am Ende 89 des Netzwerks kann dadurch erfolgen, daß ein Leiter einer

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symmetrischen Leitung an die Platte 55 und der andere Leiter an die Platte 61 gelegt wird. In ähnlicher Weise kann eine Auskopplung am Ende 91 dee Netzwerks erfolgen, in dem ein Leiter einer symmetrischen Leitung an die Platte 55 und die andere an die Platte 67 gelegt wird.

Die Ausbreitung elektromagnetischer Signalwellen in Richtung des Pfeils 93 erregt außerdem Wellen vom Schlitzleitungstyp quer zum Schlitz zwischen den Platten 6l und 63. Die elektromagnetischen Signalwellen , die quer zu diesem Schlitz gekoppelt werden,wandern längs der Schlitzleitung 72 in Richtung des Pfeils 96 zum Ende 9¹*. Die Auskopplung am Ende 94 des Netzwerks 51 kann dadurch erfolgen, daß ein Leiter einer symmetrischen Leitung an die Platte 6l und der andere Leiter an die Platte 63 gekoppelt wird.

Die in Richtung des Pfeils 97 zum Ende 91 wandernden elektromagnetischen Signalwellen erregen ferner Wellen vom Koplanarleitungs-Typ. Diese Wellenerregung kann durch einen Draht 92 verstärkt werden, der das Ende 83 der Platte 65 durch das Substrat 53 hindurch mit der Platte 55 verbindet. Die in der Koplanarleitung 82 erregten elektromagnetischen Wellen wandern in Richtung des Pfeils 86 zum Ende 84 des Netzwerks 51· Eine Auskopplung vom Netzwerk 51 kann durch einen Koaxialflansch und ein Koaxialkabel erfolgen, wobei der Innenleiter mit der Platte 65 und der Außen- oder Masseleiter mit den Platten 63 und 67 verbunden wird.

In Fig. 7 ist gezeigt, wie sowohl seriengeschaltete als auch parallelgeschaltete verteilte Reaktanzen mit einem oder dem anderen Vorzeichen an der versetzten planparallelen Leitung 100 gebildet werden. Die Hochfrequenzleitung 100 enthält eine ebene Tafel 103 aus Dielektrikum, deren gegenüberliegende parallelen Flächen große leitende Platten 10a" und 107 tragen. Die Platten 105 und 107 sind gegeneinander versetzt und überlappen sich an den Enden 109 und 111, um die Hochfrequenzleitung 100 zu bilden. Ein verteilter Serienkondensator in Schlitzleitungsausführung wird durch die Schlitzstruk- tür 113 gebildet, die aus einem schmalen Schlitzleitungsabschnitt 115 besteht, der in einer kreisförmigen Ausnehmung 117 endet. Ein parallelgeschalteter Kondensator in Microstrip-Ausführung wird durch

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ien Streifen 119 gebildet, der sich über die Platte 105 erstreckt. Eine Serieninduktivität in Schlitzleitungsausfünrung wird durch den Schlitz 121 in der Platte 107 gebildet. Eine verteilte Parallelinduktivität wird durch die Kombination einer kreisförmigen leitenden Pfote 123 und eines schmalen Leiters 125 gebildet, der sich ausgehend von der Platte 107 über die Platte 105 erstreckt.

Ein anderer Aufbau einer Hochfrequenzleitung ist in Fig. 8 gezeigt. Bei dieser Anordnung befinden sich die leitenden Platten 131 und 133 auf verschiedenen Substraten 135 und 137. Die Substrate 135 und 137 sind zueinander parallel,und damit sind die Platten ebenfalls zueinander parallel. Die Platten 131 und 133 werden durch die elektrischen Abstandhalter 139 und l4l in gegenseitigem Abstand gehalten. Ebenso wie in Fig. 3 können die Platten 131 und 133 parallel gestaffelt oder versetzt angeordnet sein, wobei sich die Platten entweder leicht überlappen oder leicht "unterlappen".

Fig. 9 zeigt scnematlsch das Schaltbild eines Kreuzgliedes. Das "International Dictionary of Physics an Electronics", nerausgegeben von D. VanNostrand Co. of Princeton, N.J., USA, definiert ein Kreuzglied als "Netzwerk aus vier Zweigen, die zur Bildung einer Masche in Reihe geschaltet sind, wobei zwei nicht benachbarte Verbindungspunkte als Eingangsklemmen und die beiden übrigen nichtbenachbarten Verbindungspunkte als Ausgangsklemmen dienen". Die Impedanzen Z. und Z„ in Fig. 9 werden manchmal als Längsimpedanzen, und die Impedanzen Z_Qund Z-. werden manchmal als Querimpedanzen bezeichnet. Wie zu sehen ist, liegen die Impedanzen Z., Z„, Z_Q und Zq in Reihe zueinander und bilden eine Masche, Die beiden nichtbenachbarten Knotenpunkte 5 und 7 sind mit den Eingangsklemmen A und A¹ verbunden und die beiden anderen nichtbenachbarten Knotenpunkte 9 und 8 3ind mit dem Ausgangsklemmen B und B¹ verbunden. Beispielsweise kann eine Quellenimpedanz Z₃ zwischen die Eingangsklemmen A und A* gelegt werden, während die Lastimpedanz Z_r zwischen die Ausgangsklemmen B und B¹ gelegt wird.

Das Kreuzglied kann zu einer Brückenschaltung umgezeichnet werden, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist. Der Eingang wird an die eine Diagonale A-A* der Brücke gelegt und der Ausgang an der anderen Diago-

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nalen B-B¹ abgenommen. Kreuzglieder werden verwendet als Filter und Phasenentzerrer. Der Vierpol-Wellenwiderstand eines Kreuzglieäes hängt nur vom Produkt der beiden Zweigimpedanzen und die ^ _j?ög· ^lßjbe~rtrag\in£sj.mpedanz¹¹'¹*) hängt nur vom Verhältnis die3er Impedanzen ab. Es ist daher möglich, bei einem Kreuzglied die Übertragungseigenschaften völlig unabhängig vom Verhalten des Vierpol-Wellenwiderstandes zu beeinflussen. Dies erlaubt den Aufbau einer großen Zahl von Schaltungen, für die es keine unsymmetrische Form gibt. Speziell das Kreuzglied mit konstantem Widerstand ist nützlich zur Phasenentzerrung, wo die gewünschte Phasenübertragungscharakteristik bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer konstanten Eingangsimpedanz und niedriger Verluste hergestellt wird.

Fig. 11 zeigt ein Mikrowellen-Kreuzglied 12. Das Kreuzglied 12 enthält ein ebenes dielektrisches Substrat 1 mit einer ersten breiten Metallplatte 46 auf seiner einen Oberfläche 2 und einer weiteren breiten Metallplatte l6 auf seiner gegenüberliegenden Parallelfläche 6. Die Platten 46 und l6 sind gegeneinander versetzt und verlaufen parallel zueinander, so daß die Platte 46 mit ihrem ersten Rand 48 gegenüber dem ersten Rand 30 der Platte 16 nach links in Fig. 11 verscnoben ist. Der dem Rand 48 gegenüberliegende und parallel verlaufende Rand 22 der Platte 46 überlappt sich leicht mit dem Rand 30 der Platte 16. Die Breite beider Platten 46 und lö beträgt beispielsweise etwa 13 mm, und die Überlappungszone beider Platten 46 und l6 ist 0,25 mm breit. Die Dielektrizitätskonstante des Substrats 1 ist etwa 9,3, und seine Dicke beträgt 0,635 nun. Der Wellenwiderstand einer solchen Hochfrequenzleitung wird bestimmt durch den Abstand zwischen den Platten, dem Maß der über-oder Unterlappung und die Dielektrizitätskonstante des Substrats. Um die als "versetzte Hochfrequenzleitung" bezeichnete Leitung zu bilden, brauchen sich die Platten nicht zu überlappen, jedoch müssen sich die benachbarten Ränder (im obigen Beispiel die Ränder 30 und 22) genügend nahe sein, um mit dem dielektrischen Substrat das elektrische Feld einer elektromagnetischen Welle auf das Gebiet zwischen den Platten zu begrenzen.

Die Platte 46 weist einen schmalen Schlitz 52 auf, der von einem Punkt 27 nahe des Randes 48 ausgeht und den Rand 22 der Platte 46

'*) engl. "transfer impedance" - 11 _

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am Punkt 62 schneidet. Der Schlitz 52 verläuft senkrecht zum Rand 22, derart daß die Platte 13 Im wesentlichen in einen ersten breiten leitenden Teil 42 und einen zweiten gleich breiten leitenden Teil 32 unterteilt wird. Der schmale Schlitz 52 hat eine solche Breite und die Breite der leitenden Teile 42 und 32 zu beiden Seiten des Scnlltzes 1st so, daß eine vom Punkt 62 zum Punkt 27 laufende Schlitzleitung 58 gebildet wird.

Die Platte Ib hat einen ähnlichen scnmalen Schlitz 70, der von einem Punkt 40 nahe des Randes 3 ausgeht, welcher dem überlappenden Rand 30 gegenüberliegt und zu diesem parallel ist. Der Schlitz 70 schneidet den Rand 30 am Punkt 60 und verläuft senkrecht zum Rand 30, derart daß er die Platte lü im wesentlichen in einen ersten breiten leitenden Teil 13 und einen zweiten breiten leitenden Teil 44 unterteilt. Der schmale Schlitz 70 1st so breit und die Breite der leitenden Teile 18 und 44 zu beiden Selten des Sohlitzes 70 so, daß eine zweite Schlitzleitung 68 zwischen den Punkten 60 und 40 gebildet wird. Durch die geschlitzte Ausführung der Platten 46 und 60 wird die welter oben beschriebene versetzte Hochfrequenzleitung in zwei solche Hochfrequenzleitungen aufgeteilt. Die erste versetzte Leitung besteht aus dem leitenden Teil 32 und dem leitenden Teil 44, und die zweite versetzte Leitung wird durch den leitenden Teil 42 und den leitenden Teil 18 gebildet.

Ein erster schmaler streifenförmiger Leiter 47 läuft über die Oberfläche 2 von einem Rand 22 des Teils 42 zu einem Punkt 66 über dem leitenden Teil 44. Dieser Leiter 47 geht von demjenigen Teil 2b des Randes 22 aus, der dem Punkt 62 des Schlitzes 52 benachbart ist. Der schmale streifenförmige Leiter 47 bildet mit der Platte 16 einen Microstrip-Leitungsabschnitt 49.

Ein zweiter schmaler streifenförmiger Leiter 54 von der gegenüberliegenden Oberfläche des dielektrischen Substrats 11 läuft vom Rand 30 des Teils 18 zu einem Punkt 88. Dieser Leiter 54 verläuft unter dem Teil 32 der Metallplatte 46, um einen zweiten Microstrip-Leltungsabschnitt 50 zu bilden. Der zweite schmale streifenförmige Leiter 54 geht von demjenigen Teil 38 des Randes 30 aus. der dem Punkt 60 des Schlitzes 70 benachbart 1st.

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BAD ORIGINAL

•ft· 226497Ö

Die Eingangsklemmen A und A¹ aus den Pig. 9 und 10 können bei Pig. 11 an die Stellen A von dem Teil 32 der Metallplatte 46 und A» am Teil 42 der Metallplatte 46 gelegt werden. Die Längsimpedanzen Z_A aus Fig. 9 wird bei dem Aufbau nach Pig. Il durch den Abschnitt 34 der versetzten Hochfrequenzleitung gebildet, der sich aus dem Teil 32 der Platte 46 und dem Teil 44 der Platte l6 zusammensetzt. Am Punkt 56 ist der Teil 32 der Metallplatte 46 mit dem Teil 44 der Metallplatte 16 verbunden. Diese Verbindung kann durch ein Loch im dielektrischen Substrat 1 am Punkt 56 über einen die Platten 46 und 16 verbindenden leitenden Draht erfolgen. Der Leitungsabschnitt 34 führt eingekoppelte Signalwellen zwischen den Punkten 62 und 56.

In ähnlicher Weise wird die andere Längsimpedanz Z„ aus Fig. 9 durch den Abschnitt 36 der versetzten Hochfrequenzleitung gebildet, der den TeSl 42 der Platte 46 und den Teil 18 der Platte l6 enthält. Am Punkt 46 ist der Teil 42 der Metallplatte 46 mit dem Teil 18 der Metallplatte 16 verbunden. Wiederum erfolgt diese Verbindung über einen leitenden Draht, der durch ein Loch im dielektrischen Substrat 11 geführt ist und den Teil 42 der Metallplatte mit dem Teil 18 der Metallplatte Io verbindet. Der Leitungsabschnitt 36 führt eingekoppelte Signalwellen zwischen den Punkten 62 und 64. Die Ausgangsklemmen B und B¹ aus den Fig. 9 und 10 befinden sicn bei Fig. 11 beispielsweise an den Punkte B und B' der Platte 16.

Die Quer- oder Diagonalimpedanz Z_Q aus Flg. 9 wird bei der Anordnung nach Fig. 11 durch den Microstrip-LeitungStbschnitt 50 gebildet. Die Querimpedänz Z_D wird durch den Microstrip-Leitungsabschnitt. 49 gebildet. Die Microstrip-Leitungsabscnnitte 49 und 50 sind dargestellt als an ihren Enden 66 und 80 offene Leitungen.

Die gewünschte Impedanzydie Jeder Längs- oder Querzweig darstellen soll, kann durch den Ort der Kurzschlüsse oder der offenen Enden in jeder der beschriebenen Hochfrequenzleitungen bezüglich der Punkte 62 und 60·beeinflußt werden. Bei der Anordnung nacn Fig. lagen beispielsweise die Kurzschlußpunkte 56 und 64 der Leitungsabschnitte 34 und 36 etwa eine Viertelwellenlänge bei der Mittenfrequenz von den Punkten 62 und 60 entfernt. Die Leitungsabschnitte ^: . .509887/0449 - 13 -

Claims (1)

1. 49 und 50 mit ihren offenen Enden 66 und 80 hatten ebenfalls die Länge einer vierteL Wellenlänge bei der Mittenfrequenz. Die Wellenwiderstände dieser Längen waren so gewählt, daß das Produkt aus Längsimpedanz Z^ und Querlmpedanz Z_ß gleich 1 war (die Impedanz istmormieri) , so daß das entsprechend hergestellte Kreuzglied ein Kreuzglied mit konstantem Widerstand war.

   Die Ein- und Auskopplung am Kreuzglied 10 ließen sich erreichen durch Verlängerung des Schlitzes 52 vom Punkt 27 bis zum Schnitt mit dem Rand 48 und durch Verlängerung des Schlitzes bis zum Schnitt mit dem Rand 3 . Die beiden Leiter einer symmetrischen Leitung könnten mit A und A¹ gekoppelt werden, so daß der erste Leiter mit der Platte 32 bei A und der zweite Leiter mit der Platte 42 bei A^f verbunden ist. In ähnlicher Weise könnten die beiden Leiter einer symmetrischen Leitung bei B und B¹ angekoppelt werden, so daß der erste Leiter mit B und der zweite Leiter mit B¹ verbunden ist.

   Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 erfolgt eine Umsetzung von einer symmetrischen Schlitzleitung auf eine unsymmetrische Microstrip-Leitung. Am Eingang des Kreuzgliedes erfolgt diese Umsetzung durch den schmalen Leiter 4 auf der Oberfläche 6 des Substrats 1. Dieser schmale Leiter 4 erstreckt sich über den Scnlitz 52 und bildet mit der Platte 46 eine Microstrip-Leitung, welcne Eingangssignale über den Schlitz 52 koppelt. Die eingekoppelten Signale pflanzen sich längs der Schlitzleitung 58 zum Punkt 62 fort. Am Ausgang des Kreuzgliedes 12 erfolgt ein übergang von einer symmetrischen Schlitzleitung 68 auf eine unsymmetrische Mlcrostrip-Leltung mittels des schmalen Leiters 78, der sich auf der Oberfläche 2 des Substrats über den Schlitz 70 und über der Platte 16 erstreckt. Der schmale Leiter 78 bildet mit der Platte 16 eine Microstrip-Leitung, die mit Signalen im Schlitz 70 gekoppelt ist.

   Ein Kreuzglied, welches wie im Zusammennang mit Fig. 11 beschrieben hergestellt wurde,hatte folgende Abmessungen: Das Substrat bestand aus einem 0,635 mm dicken Aluminiumoxyd mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 9,3 und maß 25,4 χ 25,4 mm.

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   Flatten 46 und ΐβ waren 12,95 nun breit (gemessen zwischen aen Händern 48 und 22 der Platte 46 und zwischen den Rändern 30 und 3 der Platte 16).

   Die Platten 46 und 16 überlappten sich gegenseitig um 0,254 mm.

   Die Schlitze 52 und* 62 waren etwa 0,127 mm breit und etwa 12,19 mm lang.

   Der Teil 32 hatte vom Rand des Schlitzes 52 zum gegenüberliegenden Rand eine Länge von etwa 12,45 mm.

   Der Teil 44 hatte vom Rand des Schlitzes 70 zum gegenüberliegenden Rand eine Länge von etwa 12,45 mm.

   Der Teil 42 hatte vom Rand des Schlitzes 52 zum gegenüberliegenden Rand eine Länge von etwa 12,83 nun.

   Der Teil 18 hatte vom Rand des Scnlitzes 70 zum gegenüberliegenden Rand eine Länge von etwa 12,83 mm.

   Die schmalen Leiter .4 und 78 waren etwa 17,02 mm lang und etwa 0,76 mm breit.

   Die schmalen Leiter 47 und 54 waren etwa 4,445 mm lang und etwa 0,508 mm breit.

   Die Entfernung vom Schlitz 52 zu den Kurzschlüssen an den Punkten 56 und 64 betrug etwa 4,445 mm.

   Die Entfernung vom Schlitz 70 zu den Kurzschlüssen an den Punkten 56 und 64 betrug etwa 4,445 mm.

   Um ein Brückenfilter zu schaffen, werden die Microstrip-Leitungsabschnitte 49 und 50 an den Enden 66 und 80 kurzgeschlossen. Das Netzwerk 12 unterdrückt in diesem Falle die Mittenfrequenz.

   Patentansprüche

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   Patentansprüche

   Vierpoliges Netzwerk, bei welchem zwischen die erste und die zweite Klemme eine erste Impedanz, zwischen die zweite und die dritte Klemme eine zweite Impedanz, zwischen die dritte und die vierte Klemme eine dritte Impedanz und zwischen die vierte und die erste Klemme eine vierte Impedanz gekoppelt ist, und bei welchem Eingangssignale zwischen der ersten und der dritten Klemme einkoppelbar shd, während Ausgangssignale zwischen der zweiten und der vierten Klemme auskoppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die dritte Impedanz (Z., Z_n) jeweils eine Hochfrequenzleitung (34 bzw. 36) ist, welche zwei leitende Platten-(32, 44 bzw. 42, 1R) enthält, die parallel zu-einander liegen und gegeneinander versetzt sind; daß die zweite und die vierte Impedanz ebenfalls Hochfrequenzleitungen (49 bzw. 50) sind; daß die Längen und die Art der Abschlüsse der Hochfrequenzleitungen zur Herstellung bestimmter Übertragungseigenschaften des Netzwerks ausgewählt sind.

   2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung der zweiten und der vierten Impedanz verwendeten Hochfrequenzleitungen (49, 50) Microstrip-Leitungen sind.

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   - Z-

   3. Kreuzglied für ßetriebsfrequenzeri in einem gegebenen Bereich des Mikrowellenbandes, dadurch gekennzeichnet,

   a) daß auf einem dielektrischen Substrat (1) zwei relativ breite Metallstreifen (46, Ιό) vorgesehen sind, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats derart gegeneinander versetzt sind, daß sich ihre einander nicht entsprechenden Ränder (22, 30) nahekommen und sie sich in ihrer Breite in entgegengesetzten Richtungen ausdehnen;

   b) daß ausgehend von einem Punkt (62) an demjenigen Rand (22) des ersten Metallstreifens (46), der dem zweiten Metallstreifen (Ib) naheliegt, ein erster schmaler Schlitz (52) in eine derartige Richtung verläuft, daß der erste Metallstreifen (46) im wesentllcnen in zwei Abschnitte (32, 42) unterteilt wird, um auf der ersten Substratoberfläche eine erste Schlitzleitun« zu oilden;

   c) daß ausgehend von einem Punkt (60) an demjenigen Rand (30) des zweiten Metallstreifens (16), der dem ersten Metallstreifen (46) naheliegt, ein zweiter schmaler Scnlitz (70) in eine derartige Richtung verläuft, daß der zweite Metallstreifen (16) im wesentlichen in zwei Abscnnitte (18, 44) unterteilt wird, um eine zweite Sciilitzleitung zu bilden;

   d) daß die Ausgangspunkte (όΟ, 62) der beiden Scnlitze (70, 52) auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats (1) aneinander angrenzen;

   e) daß der erste Abschnitt (42) des ersten Metallstreifens (46) und der erste Abschnitt (18) des zweiten Metallstreifens (16) eine erste au3 versetzten Leiterstreifen bestehende Hochfrequenzleitung (36) bilden, die in einer ersten Richtung von den besagten aneinander angrenzenden

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   - y-

   Ausgangspunkten (62, 60) ausgeht, und daß der zweite Abschnitt (32) des ersten Metallstreifens (46) und der zweite Abschnitt (44) des zweiten Metallstreifens (16) eine zweite aus versetzten Leiterstreifen bestehende Hochfrequenzleitung (34) bilden, die in der entgegengesetzten Richtung von den besagten aneinander angrenzenden Ausgangspunkten (62, 60) ausgeht;

   f) daß der Abschnitt zwischen den Metallstreifen (46, 16) und die Dielektrizitätskonstante des dazwischenliegenden Mediums (1) so gewählt sind, daß die zu einer an die aus versetzten Leiterstreifen bestehenden Hocnfrequenzleitungen (36, 34) gelegten elektromagnetischen Welle gehörenden elektromagnetischen Felder im wesentlichen auf das Gebiet zwischen den Metallstreifen begrenzt sind;

   g) daß vom ersten Abschnitt (42) des ersten Metallstreifens (46) zu einem Punkt (66) über dem zweiten Abschnitt (44) des zweiten Metallstreifens (16) ein schmaler Streifenleiter (47) läuft, der eine erste Microstrip-Leitung

   (49) bildet;

   h) daß vom ersten Abschnitt (18) des zweiten wetallstrelfens (16) zu einem Punkt (80) unter dem zweiten Abschnitt (32) des ersten Metallstreifens (46) ein schmaler Streifenleiter (54) läuft, der eine zweite Microstrip-Leitung

   (50) bildet;

   i) und daß die Länge und die Art des Abschlusses (46, 64, 66, 80) der aus den versetzten Leiterstreifen gebildeten Hochfrequenzleitungen (3ό, 34) und der gebildeten nicrostrip-Leitungen (49, 50) je, nach der gewünschten übertragungscharakteristik des Kreuzgliedes gewählt sind.

   Kreuzglied nach Anspruch 3, dadurcn gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (42) des ersten Metallstreifens (4b) mit dem ersten Abschnitt (l8) des zweiten Metallstreifens (16) verbunden 1st und daß der zweite Abscnnltt (32) des ersten HetallstraJr fens (46) mit dem zweiten Abschnitt (44) des zweiten Metallstreifens (l6) verbunden ist, und daß diese Verbindungspunkte (46, So) in gleicher Entfernung von den Ausgangspunkten (60,

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   62) der Schlitze (70, 52) liegen.

   5. Kreuzglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Entfernung eine Yier^elWeTleriIange] bei der Mittenfrequenz des Kreuzgliedes ist.

   6. Kreuzglied nach Anspruch .5, dadurch gekennzeicnnet, daß die schmalen Streifenleiter (47, 54) jeweils eine Länge von einer

   r^Vft'eT^eTTe'nlangeTbei der Mittenfrequenz des Kreuzgliedes haben.

   7. Kreuzglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer Bandsperre die schmalen Streifenleiter (47, 54) an ihren Enden kurzgescnlossen sind.

   8. Kreuzglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter (73) und ein vierter (4) schmaler Streifenleiter vorgesehen i-st, und daß der dritte Streifenleiter (78) auf der einen Oberfläche parallel zum zweiten Metallstreifen (16) und direkt über diesem verläuft, und daß der dritte Streifenleiter (78) im wesentlichen rechtwinklig zu dem im zweiten Metallstreifen (Ib) angeordneten zweiten Schlitz (70) ausgerichtet ist, um Signale längs dieses zweiten Schlitzes (70) zwischen dem dritten Streifenleiter (78) und dem zweiten Metallstreifen (16) zu koppeln, und daß der vierte schmale Streifenleiter auf der gegenüberliegenden Oberfläche und im Abstand vom ersten Metallstrelfen (46) angeordnet ist und rechtwinklig zu dem im ersten Metallstreifen (46) angeordneten ersten Schlitz (52) ausgerichtet ist, um eine Kopplung zu Signalen herzustellen, die längs der ersten Schlitzleitung (58) laufen.

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