DE2361561B2

DE2361561B2 - Hybridverzweigung

Info

Publication number: DE2361561B2
Application number: DE2361561A
Authority: DE
Inventors: Michel Lesigny Baril; Hoang Vu Longumeau San
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-12-12
Filing date: 1973-12-11
Publication date: 1975-10-16
Also published as: US3886500A; GB1450118A; FR2210021A1; FR2210021B1; DE2361561A1; DE2361561C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridverzweigung in Form eines Achtpols, bestehend aus einer Serien-T-Verzweigung und einer Parallel-T-Verzweigung auf einem Keramiksubstrat hoher Dielektrizitätskonstante, dessen eine Fläche metallisiert ist und mindestens eine übertragungsleitung mit symmetrischem Feldaufbau in Form einer Koplanarleitung oder einer Streifenleitung aufweist.

Hybridverzweigungen, die mitunter auch als »magisches T« bezeichnet werden, stellen entkoppelte Verzweigungen dar und sind in der Hohlleitertechnik seit langem bekannt.

Aus der USA.-Patentschrift 35 30 407 ist aber auch bereits eine breitbandige Hybridverzweigung in Streifenleitertechnik bekannt, die jedoch verhältnismäßig aufwendig in der Fertigung ist, da sie einerseits durchmetallisierte Durchbrüche im Substrat und andererseits eine zusätzliche Isolationsschicht zwischen einem der Streifenleitungsabschnitte und einem darüber angeordneten, dünnen Draht erfordert, so daß ein mehrstufiges Herstellungsverfahren erforderlich ist.

Eine Hybridverzweigung ähnlich der einleitend angegebenen Gattung ist nach der deutschen Offenlcgungsschrift 20 55 710 bekannt und arbeitet teils mit koplanaren Leitungen und teils mit Streifenleitungen. Da beide Leitungstypen symmetrischen Feldaufbau besitzen, kann die erforderliche Kopplung jedoch nur durch einen streckenweise parallelen Verlauf der Leitungen und symmetrische Einspeisung einer derselben erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine breitbandige Hybridverzweigung besonders einfachen Aufbaus zu schaffen, die unter Verwendung von an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßten Leitungstypen herstellbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine weitere Leitung mit unsymmetrischem Feldaufbau und mit zu derjenigen Leitung mit symmetrischem Feldaufbau fluchtender Wellenforlpflanzungsachse auf der einen oder der anderen

Großfläche des Substrates sowie eine hierzu rechtwinklige Leitung, deren Aufbau sich nach der Art der anderen Leitungen richtet, vorgesehen s^;nd.

Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Hybridverzweigung sind in den Unteransprüuien gekennzeich-

In der Zeichnung ist die Hybridverzweigung nach der Erfindung an Hand von beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematiseh veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 ein magisches T bekannten Aufbaus,

F i g. 2 eine Streifenleitung,

F i g. 3 eine Koplanarleitung,

F i g. 4 eine Schlitzleitung,

Fig. 5 ein magisches T, bestehend aus Schlitzleitungen und einer Streifenleitung,

F i g. 6 ein magisches T, bestehend aus Schlitzleitungen und einer Koplanarleitung,

Fig. 7 ^em magisches T, bestehend aus Streifenleitungen und einer Schlitzleitung,

F i g. S ein magisches T, bestehend aus Koplanarleitungen und einer Schlitzleitung.

ρ i g. 1 zeigt eine entkoppelte Verzweigung oder ein magisches T bekannten Aufbaus in Hohlleiterausführung. Diese Verzweigung besitzt vier Arme 1, 2, 3, 4. Wenn beispielsweise die Arme 2,3 und 4 reflexionsfrei abgeschlossen sind und in den Arm 1 eine hinlaufende Welle geschickt wird, so erreicht den Arm 4 keinerlei Energie, während sich in den Armen 2 und 3 identische elektrische Felder einstellen. Ebenso wird bei Anregung über den Arm 4 keinerlei Energie dem Arm 1 zugeführt, während in den Armen 2 und 3 einander entgegengesetzte elektrische Felder auftreten. Diese Eigenschaften sind zufolge der Tatsache, daß zwischen den Armen 1 und 4 keine Kopplung besteht, etwas voneinander verschieden. Wenn in diese Arme Anpassungselemente derart eingeführt werden, daß ihre Reflexionskoeffizienten Null sind, wird aus dieser Verzweigung ein magisches T, bei dem eine vollständige elektromagnetische Symmetrie zwischen den Armen 2 und 3 einerseits bzw. 1 und 4 andererseits besteht.

Wie nun einleitend bereits bemerkt, ist es zwar ohne weiteres möglich, Parallel-T-Verzweigungen aus Koaxialleitung^ oder aus ebenen Leitungen, wie etwa den 3-Platten-Leitungen oder den Streifenleitungen (microstrip), herzustellen; dies gilt jedoch nicht Tür Serien-T-Verzweigungen, bei denen die Kopplung mittels bestimmter Kunstgriffe hergestellt werden muß, beispielsweise durch die Verwendurg von ringförmig verteilten λ/4-Stichleitungen.

Die gleichzeitige Verwendung von Koplanarleitungen, Streifenleitungen und Schlitzleitungen gestattet indessen die Realisierung von ebenen Hybridverzweigungen, insbesondere von magischen T.

Es werden drei Grundtypen von Leitungen verwendet, die durch Metallisierung auf einer planen Substratplatte herstellbar sind.

a) Die in Fig. 2 dargestellte Streifenleitung oder microstrip-Leitung besteht aus einem ebenen, schmalen und dünnen leitenden Streifen 5 auf einer dielektrischen Schicht 6, die sich ihrerseits auf einer leitenden Ebene 7, der Masseebene, befindet. Eine derartige Leitung besitzt einen symmetrischen Feldaufbau "e"in bezug auf die durch die Achse D des Streifens gehende Symme-P der Leitung.

b) In F i g. 3 ist eine sogenannte Koplanarleitung dargestellt. Das keramische Substrat 6 oder der keramische Träger hoher Dielektrizitätskonstante ist durch Metallisierung beispielsweise seiner oberen Fläche 9 leitend gemacht; in diese leitende Ebene ist ein Schlitz 10 eingebracht, durch den em leitender Streifen 11 symmetrisch zur Mittelachse D der Anordnung hindurchläuft. Die Koplanarleitung besteht folglich aus einem Keramiksubstrat, versehen mit zwei Masseebenen 12 und 13, die durch einen Schlitz 10 voneinander getrennt sind, in dem sich ein leitender Streifen 11 befindet, dessen Breite geringer als die Breite des Schlitzes ist. Eine sich in dieser Leitung fortpflanzende Welle besitzt eine in bezug auf die Symmetrieebene P der Leitung symmetrische elektrische Feldverteilung, wie dies die Pfeile andeuten.

c) Fig. 4 veranschaulicht eine Schlitzleitung, die durch Einbringen eines Schlitzes 14 in die metallisierte Fläche eines Keramiksubstrates hoher Dielektrizitätskonstante erzielt wird. Eine solche Schlitzleitung umfaßt daher zwei durch einen Schlitz 14 voneinander getrennte Masseebenen 17, 18. Bei dieser Leitung ist das Strahlungsfeld des Schlitzes unsymmetrisch in bezug auf die Symmetrieebene P der Leitung.

Mit diesen drei Leitungsarten oder Leitungstypen, deren Eigenschaften vorstehend beschrieben wurden, ist es möglich, magische T nach der Erfindung aufzubauen.

F i g. 5 zeigt eine solche Verzweigung, bestehend aus zwei zueinander rechtwinkligen Schlitzleitungen in einer metallisierten Fläche des Substrates. Auf die andere Fläche ist ein Streifen aufgedruckt, der die Anregung der Wege oder Kanäle 2 und 3 gestattet. In Analogie zur F i g. 1 sind die Arme des magischen T der F i g. 5 mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet.

Im einzelnen weist die obere metallisierte Fläche des Keramiksubstrates 6 zwei zueinander rechtwinklige Schlitzleitungen 14 und 140 auf, die die Masseebene in drei Teile 16,17 und 18 zerschneiden. Auf die untere Großfläche 19 des Keramiksubstrates ist ein gestrichelt dargestellter Streifen 5 aufgedruckt, der Bestandteil einer Streifenleitung oder microstrip-Leitung ist, deren Masseebene die obere metallisierte Fläche ist. Das Ende des Streifens reicht um λ/4 über die Achse der Schlitzleitung 140 hinaus. Die Schlitzleilung möge nun über den Arm oder Anschluß 1 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an die Kanten des Schlitzes 14 angeregt werden. Das elektrische Feld ^"entsteht an dem Schlitz 14 entsprechend den Pfeilen /1, /2. Es ruft in den Armen 2 und_3 des Schlitzes 140 gegenphasige elektrische Felder el und el hervor. Bei diesen Anregungsbedingungen bilden die Arme 2 und 3 den Serienweg oder Serienkanal de; ebenen T, der damit der Serienkanal eines magischen ^ sein kann, da die Ströme i'l, il in Höhe des Stoße; mit dem Arm 1 kontinuierlich weiterfließen. Zwischcr der Schlitzleitung 14 und der Streifenleitung 5 um damit zwischen den Anschlüssen 1 und 4 besteht unte; diesen Bedingungen keine Kopplung.

Regt man jedoch den Anschluß 4, d. h. die Streifen leitung, an, so entsteht hierbei in dem Streifen eii Strom /4, der in der rechtwinklig dazu verlaufendei Schlitzleitung 140 identische Potentialdifferenzen ii den beiden Anschlüssen 2 und 3 erregt, so daß da

elektrische Feld e3 in diesen Anschlüssen die gleiche Richtung besitzt. Die Schlitzleitung 140 wird somit durch die Streifenleitung mit einer phasengleichen Welle erregt. Dies entspricht den Bedingungen für die Parallelverzweigung eines T. Die Anschlüsse 1 und 4 sind, wie bei jedem magischen T, vollständig voneinander entkoppelt.

Der λ/4-Abschnitt hat lediglich den Zweck, die vollständige Kopplung des Anschlusses 4 mit den Anschlüssen 2 und 3 sicherzustellen.

Die Anordnung nach Fig. 4 stellt somit ein magisches T ebenen Aufbaus mit zwei zueinander rechtwinkligen Schlitzleitungen und einer Streifenleitung dar.

F i g. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer T-Verzweigung, die aus einer Koplanarleitung und aus Schlitzleitungen aufgebaut ist. Diese Ausführungsform umfaßt ein Keramiksubstrat 6 hoher Dielektrizitätskonstante, dessen obere Großfläche metallisiert ist. Diese Fläche ist mit einer Koplanarleitung der in F i g. 3 dargestellten Art, bestehend aus einem Streifenleiter 11 längs der Achse eines demgegenüber etwas breiteren Schlitzes 10 sowie mit zueinander rechtwinkligen Schlitzleitungen 20,21 versehen. Die vier Anschlüsse dieser T-Verzweigung sind wiederum mit 1, 2,3 und 4 bezeichnet.

Der Anschluß 1, d. h. die Koplanarleitung, wird beispielsweise durch eine Welle symmetrischen Typs erregt, die in den beiden Teilen des Schlitzes 10 ein elektrisches Feld ausbildet, das von jeder Kante des Streifens 11 zu den entsprechenden Kanten des Schlitzes 10 gerichtet ist. Wenn die Hybridverzweigung angepaßt ist, so ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Energie in den beiden Teilen der Schlitzleitung 21 senkrecht zu der Koplanarleitung, und die entsprechenden elektrischen Felder e21 und c22 in den beiden Anschlüssen 2 und 3 sind gleichphasig. Dieser Anschluß 1 besitzt die Eigenschaften eines Serienkanals einer T-Verzweigung. Ergänzend zu Fig. 6 ist zu bemerken, daß der Streifenil der Koplanarleitung sich in einem eine Streifenleitung bildenden Streifen fortsetzt, der sich auf der unteren, nichtmetallisierten Großfiäche des Keramiksubstrates befindet, wodurch eine vollständige Kopplung des Anschlusses mit den Anschlüssen 2 und 3 erzielt wird. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel für die Erzielung einer Anpassung; es können auch andere Mittel angewandt werden, beispielsweise einen abgestimmten Schwingkreis bildende Induktivitäten und Kapazitäten.

Das Fehlen einer solchen Anpassungsschaltung würde eine relativ starke Reflexion des sich in dem Anschluß 1 fortpflanzenden Wellentyps hervorrufen mit entsprechender Verminderung der Kopplung mit den Anschlüssen 2 und 3, ohne daß dadurch jedoch der Grundgedanke der Erfindung zunichte würde.

Wenn der Anschluß oder Weg 4 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an seine Enden erregt wird, erzeugt das elektrische Feld e20 infolge der Kontinuität der Ströme i'2O und i'200 an der Stoßstelle mit den Anschlüssen 2 und 3 gleich große, jedoch gegenphasige elektrische Felder e20i und e20Ö. Damit sind die Bedingungen eines Serienkanals einer T-Verzweigung erfüllt Die Anschlüsse. 1 und 4 sind folglich vollständig voneinander entkoppelt Die Ausführungsform nach Fig. 6 stellt somit ein magisches T dar, dessen Anschluß 1 der Parallelanschluß und dessen Anschluß 4 der Serienanschluß sind.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein magisches T nach der Erfindung ist in F i g. 7 dargestellt, das sich aus einer T-Verzweigung, bestehend aus zwei zueinander rechtwinkligen Streifenleitungen, und aus einer S Schlitzleitung zusammensetzt.

Die drei Anschlüsse der T-Verzweigung, bestehend aus zwei zueinander rechtwinkligen Streifenleitungen, sind mit 24 und 240 bezeichnet, während die auf der anderen Großfläche des Keramiksubstrates 6 angeordnete Schlitzleitung mit 23 bezeichnet ist. Wenn die Streifenleitung 24 durch ein elektrisches Feld e24 erregt wird, sorgt die_i Kontinuität der elektrischen Ströme Ϊ240 und i'241 an der Stoßstelle mit der Strdfenleitune 240 dafür, daß die elektrischen Felder e240 und e241 in den beiden Teilen der Leitung 240 gleichphasig sind. Die auf diese Weise aus den Leitungen 24 und 240 erzeugte T-Verzweigung verhält sich wie eine Parallel-Verzweigung.
Wenn man die Schlitzleitung 23 durch eine Potentialdifferenz an jhren Eingängen anregt, die ein elektrisches Feld e23 hervorruft erzeugen die Ströme i23 und i230, die die Kauten der Schlitzleitung durch; fließen, an der Stoßstelle gegenphasige Felder e230 und e23i in der Leitung 240. Die Anschlüsse 2,3 und 4 bilden somit eine Serienverzweigung.

Zum Zwecke einer guten Anpassung und einer vollständigen Kopplung reicht die Streifenleitung, ähnlich wie in F i g. 5 dargestellt, um λ/4 über die Achse der Leitung 240 hinaus.

Ein viertes Ausführungsbeispiel eines magischen T nach der Erfindung ist in F i g. 8 dargestellt und umfaßt

eine T-Verzweigung aus Koplanarleitungen und eine Schlitzleitung auf dem keramischen Substrat 6.

Die koplanaren Leitungen sind mit 25 und 250 bezeichnet, während die auf derselben metallisierten Fläche des Keramiksubstrates 6 aufgebrachte Schlitzleitung mit dem Bezugszeichen 26 versehen ist Die Anschlüsse der vollständigen Verzweigung sind mil 1, 2,3 und 4 bezeichnet.

Wenn der Anschluß 1 durch Anlegen einer Potentialdifferenz an seine Eingänge erregt wird, erhält man eine Verteilung des elektrischen Feldes in der Leitung 25 wie sie durch die Pfeile/3,/4 in Fig. 8 wiedergegeben ist Die in den beiden Teilen der koplanarer

Leitung 250 erzeugten Felder sind gleichphasig. Diese Felder sind mit /30 und /40 bezeichnet. Der der leitenden Streifen der koplanaren Leitung 25 durch fließende Strom f25 teilt sich auf die beiden Abschnitt« der Leitung 250 auf, und das Feld in diesen beider Abschnitten hat die durch die Pfeile /30 und /4( einerseits sowie/31 und/41 andererseits angegeben! Richtung. Diese Felder befinden sich auf beiden Teilei der Leitung 250 in Phase, so daß die aus den beidei koplanaren Leitungen bestehende Verzweigung eini

Serien-T-Verzweigung ist

Die Schlitzleitung 26 ist auf derselben Fläche wii die koplanaren Leitungen, d. h. hier auf der metalli sierten, oberen Fläche des Keramiksubstrates 6 ange ordnet. Diese Schlitzleitung wird beispielsweise durcl

ein Feld elS angeregt Dieses Feld erzeugt am Stol mit der Leitung 250 die in den beiden Teilen de Leitung 250 gegenphasigen Felder /5 und /6. De den leitenden Streifen der Leitung 250 durchfließendi Strom i26 erregt in dem der Schlitzleitung 26 gegen überliegenden Teil der Schlitzleitung 250 Felder gemäl den Pfeilen/50 und/60. Die aus den Leitungen 2S und 26 bestehende Verzweigung verhält sich folglid wie eine Serien-T-Verzweigung.

Die Breite der Schlitzleitung 26 soll relativ gering im Verhältnis zu derjenigen der Koplanarleitung sein, um Störungen in der in Höhe der Leitung 26 in der Leitung 250 gebildeten Öffnung zu vermeiden.

Die beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele von nur eine Ebene einnehmenden, entkoppelten Verzweigungen beruhen demnach auf der Vereinigung passender

fr

Leitungstypen, nämlich Koplanarleitungen, Schlitzleitungen und Streifenleitungen. Es sind auch andere Arten der Kombination möglich, jedoch mit der Einschränkung, daß die Vereinigung einer koplanaren Leitung und einer Streifenleitung keine T-Verzweigung ergibt, da die sich in diesen Leitungen fortpflanzenden Wellentypen symmetrisch sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hybridverzweigung in Form eines Achtpols, bestehend aus einer Serien-T-Verzweigung und einer Parallel-T-Verzweigung auf einem Keramiksubstrat hoher Dielektrizitätskonstante, dessen eine Fläche metallisiert ist und mindestens eine übertragungsleitung mit symmetrischem Feldaufbau in Form einer Koplanarleitung oder einer Streifenleitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Leitung mit unsymmetrischem Feldaufbau und mit zu derjenigen der Leitung mit symmetrischem Feldaufbau fluchtender Wellenfortpflanzungsachse auf der einen oder der anderen Großfläche des Substrates sowie eine hierzu rechtwinklige Leitung, deren Aufbau sich nach der Art der anderen Leitungen richtet, vorgesehen sind.

2. Hybrid Verzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen auf dem Keramiksubstrat (6) Streifenleitungen, Schlitzleitungen oder Koplanarleitungen sind.

3. Hybridverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander rechtwinklige Schlitzleitungen (14, 140) in der metallisierten Fläche (9) des Keramiksubstrates (6) vorgesehen sind und eine Streifen- oder microstrip-Leitung (5) auf die gegenüberliegende Fläche des Keramiksubstrates (6) gedruckt ist, die in der Ve.-längerung einer der Schlitzleitungen (14) liegt.

4. Hybridverzweigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zueinander rechtwinkligen, in derselben Ebene liegenden Schlitzleitungen (14, 140) die Serien-T-Verzweigung bilden.

5. Hybridverzweigung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitung (5) mit der zu ihr rechtwinkligen Schlitzleitung (140) die Parallel-T-Verzweigung bildet.

6. Hybridverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die metallisierte Fläche (9) des Keramiksubstrates (6) eine Koplanarleitung durch Aufbringen eines leitenden Streifens (11) in einen Schlitz (10) mit einer die Breite des Streifens überschreitenden Breite eingebracht ist und in die metallisierte Fläche (9) des Keramiksubstrates außerdem zwei Schlitzleitungen (20, 21) eingebracht sind, wobei der den leitenden Streifen (11) enthaltende Schlitz (10) dieselbe Achse wie eine der Schlitzleitungen (20) besitzt und rechtwinklig zur anderen Schlitzleitung (21) verläuft.

7. Hybridverzweigung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zueinander rechtwinkligen Schlitzleitungen (20, 21) die Serienverzweigung bilden.

8. Hybridverzweigung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koplanarleitung (11) und die zu ihr rechtwinklige Schlitzleitung (21) die Parallelverzweigung bilden.

9. Hybridverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die nichtmetallisierte, obere Fläche des Keramiksubstrates (6) zwei zueinander rechtwinklige Streifenleitungen (24, 240) aufgebracht sind und daß auf die metallisierte, untere Fläche des Keramiksubstrates (6) eine Schlitzleitung (23) parallel zu einer der Streifenleitungen (24) auf der oberen Fläche aufgebracht ist.

10 Hybridverzweigung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zueinander rechtwinkligen Koplanarleitungen (24, 240) die Parallel-T-Verzweigung bilden

11 Hybridverzweigung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzleitung (23) und die zu ihr rechtwinklige Streifenleitung (240) die Serien-T-Verzweigung bilden.

12 Hybridverzweigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zueinander rechtwinkligen Koplanarleitungen (25 250) auf die metallisierte, obere Fläche (9) des Keramiksubstrates (6) aufgebracht sind und daß auf derselben Fläche eine Schlitzleitung (26) rechtwinklig zu einer der Kopbnarleitungen aufgebracht ist.

13 Hybridverzweigung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koplanarleitungen (25, 250) die Parallel-T-Verzweigung bilden.

14 Hybridverzweigung nach Anspruch 12 und 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzleitung (26) und die zu ihr rechtwinklige Koplanarleitung (250) die Serien-T-Verzweigung bilden.