DE2738326C2

DE2738326C2 -

Info

Publication number: DE2738326C2
Application number: DE2738326A
Authority: DE
Inventors: Abram Van De Eindhoven Nl Grijp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-09-07
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1988-01-21
Also published as: FR2363914B1; GB1586784A; JPS588763B2; NL7609903A; JPS5333031A; FR2363914A1; DE2738326A1; US4157516A; CA1097412A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlleiter/Mikrostreifen leiter-Übergang nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Aus der DE-OS 25 06 425 ist ein Hohlleiter/Mikrostreifen leiter-Übergang bekannt, in dem ein mit dem Massebelag ge koppelter weiterer streifenförmiger Leiter angebracht ist, der gegenüber der Mittellinie des Hohlleiters zu dem mit dem Mikro streifenleiter verbundenen streifenförmigen Leiter spiegel symmetrisch ist. Diese spiegelsymmetrische Leiterkonfiguration bildet dabei nicht nur einen Impedanztransformator, der den Hohlleiterwiderstand an den der Mikrostreifenleiterstruktur anpaßt, und einen Modus-Transformator, der die Richtung des elektrischen Feldes um 90° dreht, sondern sie bildet auch an der bei der Mikrostreifenleiterstruktur liegenden Seite zugleich einen symmetrischen Bandleiter, der mit Hilfe eines symmetrischen-asymmetrischen Transformators mit der Mikro streifenleiterstruktur gekoppelt ist.

Obschon diese Mikrowellenanordnung eine verhältnismäßig niedrige Durchlaßdämpfung und einen relativ niedrigen Reflexionskoeffizienten hat, gibt es in der Praxis ein Bedürfnis nach einer derartigen Mikrowellenanordnung mit diesbezüglich verbesserten Eigenschaften.

Die Aufgabe der Erfindung bestand daher darin, eine neue Konzeption des eingangs genannten Hohlleiter/Mikrostreifen leiter-Übergangs zu schaffen, die den gestellten Anforderungen an eine Verringerung der Durchlaßdämpfung und des Reflexionskoeffizienten entspricht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Hohlleiter/Mikrostreifenleiter-Übergang der eingangs ge nannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer derartigen Anordnung die Leiterkonfiguration nicht symme trisch zu sein braucht, und bietet den Vorteil, daß die in folge einer symmetrischen Leiterkonfiguration bei der be kannten Anordnung auftretenden Verluste, z. B. die Verluste, die in der Impedanz auftreten, die durch den durch den Massebelag und den damit verbundenen streifenförmigen Lei ter begrenzten Raum gebildet wird, vermieden werden und daß der infolge des symmetrischen Bandleiters bei der be kannten Anordnung erforderliche, in der Signalstrecke lie gende, frequenzselektive, symmetrisch-asymmetrische Trans formator ebenfalls vermieden werden kann, wodurch eine weitere Verringerung der Verluste erhalten wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Hohlleiter/ Mikrostreifenleiter-Übergangs wird erhalten, wenn das Sub strat zwischen in den Hohlleiterwänden vorgesehenen Schlitzen eingeklemmt ist und die sich auf dem Substrat bis an die Wände erstreckenden Leiter wenigstens teilweise mit einer kammartigen Leiterstruktur mit einer Tiefe von etwa λ/4 bei der Betriebsfrequenz verlängert worden sind, wobei die kammartige Leiterstruktur in den Schlitzen und gegenüber den Wänden isoliert zugeordnet ist und der sich verbreiternde Leiter mit einem sich in der Richtung der Mikrostreifen leiterstruktur erstreckenden ersten leitenden Streifen ver sehen ist und der Massebelag mit einem teilweise gegenüber diesem Streifen liegenden zweiten leitenden Streifen ver sehen ist, wobei die leitenden Streifen gegenüber den Wänden isoliert angeordnet sind und eine etwa λ/4 lange weitere Übertragungsleitung bei der Betriebsfrequenz der Anordnung bilden, und wobei der Abstand zwischen dem Lei tungsabschnittsende und der weiteren Übertragungsleitung etwa λ/4 bei der Betriebsfrequenz der Anordnung beträgt. Diese weitere Übertragungsleitung hat durch ihren Aufbau einen niedrigen Wellenwiderstand. Dadurch wurde erreicht, daß die in der Praxis von Unendlich abweichende Impedanz des offenen Endes dieser weiteren Übertragungsleitung transformiert zum Eingang der durch die dreieckförmige Konfiguration gebildeten Übertragungsleitung eine Eingangs impedanz mit einem Wert hat, der um einen Faktor entspre chend dem Quadrat des Verhältnisses zwischen dem hohen Wellenwiderstand dieser Übertragungsleitung und dem niedrigen Wellenwiderstand der weiteren Übertragungsleitung größer als der von Unendlich abweichende Wert des offenen Endes der weiteren Übertragungsleitung ist, wodurch über einen großen Frequenzbereich eine niedrige Verlustleistung auf tritt.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand der Zeichnung für einige Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei ent sprechende Teile in den jeweiligen Figuren mit denselben Bezugszeichen ausgegeben sind. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer erfindungsge mäßen Mikrowellenanordnung,

Fig. 2 eine Ansicht der Mikrowellenanordnung entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Schnitt gemäß der Linie A-A,

Fig. 3 eine Ansicht der Mikrowellenanordnung entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Schnitt gemäß der Linie B-B.

Die in Fig. 1 dargestellte Mikrowellenanordnung besteht aus einem rechteckigen Wellenleiter, der z. B. durch Fräsen aus zwei Blöcken leitenden Materials erhalten worden ist. Die in dieser Fig. 1 sichtbaren Wände des Hohlleiters sind mit 3 und 4 bezeichnet. Die in montiertem Zustand in der Mitte zwischen den Blöcken 1 und 2 liegende Ebene wird durch die Symmetrieebene des Hohlleiters gebildet, die sich parallel zu den elektrischen Feldlinien und der Längs achse des Hohlleiters erstreckt.

In dieser Symmetrieebene ist ein Substrat 6 aus z. B. dielek trischem oder gyromagnetischem Material im montierten Zustand zwischen den Blöcken 1 und 2 derart angeordnet, daß diese das Substrat sowie die darauf angebrachten Leiterstrukturen nicht berühren. Die Isolation kann z. B. aus dielektrischen Folien bestehen (nicht dargestellt). Das Substrat 6 ragt aus dem Wellenleiter heraus, kann aber auch derart bemessen sein, daß es auf die Höhe des Hohlleiters begrenzt ist, oder daß der Hohlleiter eine derartige Länge hat, daß das Substrat in dieser Richtung völlig innerhalb des Hohlleiters liegt.

Das Substrat 6 ist auf den beiden Seitenflächen mit einem Leitermuster versehen, das z. B. durch selektives Aufwachsen von Metall oder durch Wegätzen von ursprünglich die beiden Seitenflächen völlig bedeckenden Metallschichten erhalten wird. Diese Leitermuster werden anhand der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ansichten näher erläutert, in denen die auf den Vorderseiten des Substrates 6 liegenden Leitermuster durch voll ausgezogene Linien und die auf den Rückseiten liegenden Leitermuster durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Weiterhin sind alle hinter dem Substrat liegenden Hohlleiterteile durch strichpunktierte Linien dargestellt.

Einer der Leiter wird durch einen Massebelag 7 gebildet, der die eine Seite des Substrats 6 teilweise bedeckt, und ein anderer Leiter wird durch einen auf der gegenüberliegenden Seite angebrachten Mikrostreifenleiter 8 gebildet, der zu sammen mit dem Massebelag 7 und dem Substrat 6 die Mikro streifenleiterstruktur bildet. Diese Mikrostreifenleiter struktur erstreckt sich in Fig. 2 weiter nach links, nach unten und nach oben und in Fig. 3 nach rechts, nach unten und nach oben, wobei der Mikrostreifenleiter 8 jede beliebige Form haben kann. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Abmessungen dieser Struktur in jeder der genannten Richtungen anders zu wählen.

Damit die Mikrostreifenleiterstruktur möglichst optimal mit dem Hohlleiter gekoppelt werden kann, ist der Mikro streifenleiter 8 über einen sich verbreiternden streifen förmigen Leiter 9 wenigstens für HF-Signale leitend mit der unteren Wand 3 des Hohlleiters verbunden. Der Massebelag 7 erstreckt sich von einem gegenüber dem Verbindungspunkt 10 der Mikrostreifenleiterstruktur und des weiteren streifen förmigen Leiters auf dem Substrat liegenden Punkt 11 einer seits von der Mikrostreifenleiterstruktur über einen sich verengenden Teil 12 des Massebelages 7 zu der gegenüber der unteren Wand 3 liegenden oberen Wand 5 des Hohlleiters und andererseits zur unteren Wand 3.

Dabei wird durch den Teil 13 des Randes des Massebelages 7 und den Teil 14 des Randes des streifenförmigen Leiters 9 ein beiderseits des Substrates 6 belagfreier Teil 15 gebildet.

Für eine gut leitende und nicht kritische Verbindung für die HF-Signale können recht einfach die leitenden Teile 9 und 12 an der Stelle der unteren Wand 3 und der oberen Wand 5 des Hohlleiters auf bekannte Weise mit kammartigen Leiterkonfigurationen 16 versehen sein, deren Zinkenlänge etwa einem Viertel der Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz der Anordnung entspricht. Die auf einer Seite offenen Räume zwischen den Zinken bilden λ /4-Transformatoren, die die hohen Impedanzen an den offenen Enden auf eine niedrige Impedanz an der Stelle der oberen und unteren Wände des Hohlleiters transformieren, wodurch auch bei kleinen Ab weichungen von der idealen Montagelage des Substrats 6 im Hohlleiter ein einwandfreier HF-Kontakt zwischen den Hohl leiterwänden und den Leiterstellen 9 und 12 gewährleistet ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt:
Bei einer im Hohlleiter auftretenden TE₁₀-Schwingung stehen die elektrischen Feldlinien senkrecht auf der unteren Wand 3 und der oberen Wand 5 des Hohlleiters, d. h. daß diese in der Ebene der Zeichnung der Fig. 2 und 3 liegen. Eine derartige TE₁₀-Schwingung weist eine maximale Stärke des elektrischen Feldes an der Stelle des Substrates auf, so daß dieses Feld mit den Leitern 9 und 12 stark gekoppelt ist. Bei einer entsprechend dem in den Fig. 2 und 3 angegebenen Pfeil 17 verlaufenden Fortpflanzungsrichtung der Schwingung ver schieben sich die Feldlinien an den Rändern der Leiter 9 und 12 entlang und drehen dabei aus der Ebene der Zeichnung, bis diese mit der elektrischen Feldstärke der Schwingungsart der Mikro streifenleiterstruktur übereinstimmen. Die Leiter 9 und 12 wandeln nicht nur die Schwingungsart des Hohlleiters in die der Mikrostreifenstruktur um, sondern sie bilden auch zugleich einen Impedanztransformator, der die Hohlleiterimpedanz von etwa 400 Ohm an die Impedanz der Mikrostreifenleiterstruktur von etwa 50 Ohm anpaßt. Wegen der reziproken Struktur der Anordnung wirkt diese auch auf identische Weise für eine Fortpflanzungsrichtung der Energie entgegengesetzt zu der des Pfeiles 17.

Die einander zugewandten Ränder der Leiter 9 und 12 bestehen aus zwei aufeinanderfolgenden Teilen 18 und 19 bzw. 20 und 21, die bei der Betriebsfrequenz der Anordnung etwa λ/4 lang sind, parallel zu und in einem derartigen Abstand von den Wänden 3 und 5 liegen, daß dadurch ein zwei Glieder langer Impedanz wandler mit minimaler Welligkeit erhalten wird. Diese Konfi guration nach der Erfindung führt zu sehr kleinen Abmessungen des Hohlleiters.

Wie bereits erwähnt, wird durch den Teil 14 des Randes des streifenförmigen Leiters 9 und den Teil 13 des Randes des Massebelages 7 ein beiderseits des Substrates 6 belagfreier Teil gebildet. Diese Teile 13 und 14 bilden zusammen mit diesem beiderseits des Substrates 6 belagfreien Teil eine Übertragungsleitung, die einerseits parallel zu der Hohlleiterkonfiguration an der Stelle der Punkte 10 und 11 angeschlossen ist und die anderer seits eine hohe Eingangsimpedanz hat.

Durch diese hohe Impedanz ist Masse der asymmetrischen Mikrostreifenleiterstruktur gegenüber der symmetrischen Hohlleiterstruktur isoliert. Diese Impedanz ergibt je doch etwas Verlustleistung. Zur weiteren Verbesserung der Isolierung und dabei zur weiteren Verbesserung der Ver lustleistung ist die Länge der inhomogenen Übertragungs leitung aus den Teilen 13, 14 und 15 derart gewählt worden, daß diese der Länge einer etwa λ/4 langen homogenen Übertra gungsleitung bei der Betriebsfrequenz der Anordnung entspricht und an der Stelle der Hohlleiterwand wenigstens für HF-Si gnale kurzgeschlossen ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der beiderseits des Substrates 6 belagfreie Teil 15 dreieckig. Er kann jedoch auch andere Formen aufweisen. Die dreieckige Form der Übertragungsleitung aus den Teilen 13, 14 und 15 kombiniert die günstigen Eigenschaften eines hohen Wellenwiderstandes an der Stelle der Basis (Hohl leiterwand) mit einer geringen Feldstörung an der Spitze (an den Punkten 10 und 11).

Der Leiter 9 ist weiterhin mit einem Streifen 22 versehen und der Massebelag 7 mit einem Streifen 23, wobei die Strei fen einander gegenüber und in einem Schlitz zwischen den Wänden der Blöcke 1 und 2 des Hohlleiters liegen. Die Streifen brauchen jedoch nicht in dem Schlitz zu liegen. Ihre Lage wird durch die Punkte 10 und 11 und die Länge der Übertragungsleitung aus den Teilen 13, 14 und 15 bestimmt. Die Streifen 22 und 23 bilden eine weitere offene Übertra gungsleitung von etwa λ/4 Länge bei der Betriebsfrequenz der Anordnung, die durch die Abmessungen dieser Streifen einen niedrigen Wellenwiderstand hat.

Mit Hilfe dieser Übertragungsleitung aus den Streifen 22 und 23 ist auf konstruktiv einfache Weise eine Kurzschlußimpedanz der Übertragungsleitung mit den Teilen 13, 14 und 15 ver wirklicht worden. Der in der Praxis von Unendlich abweichende Wert der Impedanz des offenen Endes der Übertragungsleitung mit den Streifen 22 und 23 wird mit Hilfe der λ/4 langen Übertragungsleitungen mit den Streifen 22 und 23 sowie mit den Teilen 13, 14 und 15 an der Stelle der Punkte 10 und 11 auf eine hohe Impedanz transformiert, die um einen Faktor entsprechend dem Quadrat des Verhältnisses des hohen Wellen widerstandes der Übertragungsleitung mit den Teilen 13, 14 und 15 zu dem niedrigen Wellenwiderstand der Über tragungsleitung mit den Streifen 22 und 23 größer ist als die des offenen Endes der Übertragungsleitung mit den Streifen 22 und 23.

Wie aus der obenstehenden Beschreibung hervorgeht, ist nach der Erfindung die Mikrowellenanordnung mit nur einem derart bemessenen beiderseits des Substrats 6 belagfreien Teil 15 versehen, daß sie über einen möglichst breiten Frequenzbereich möglichst wenig Verlust leistung aufweist. Die Durchlaßverluste der Anordnung be tragen daher etwa 0,14 dB im Frequenzbereich von 18 bis 26 GHz und der Reflexionskoeffizient in diesem Frequenz bereich ist kleiner als 1,16.

Es können auch andere Hohlleiter als rechteckförmige ver wendet werden, z. B. kreisrunde oder elliptische, wenn in diesen Leitern Schwingungen erzeugbar sind, deren elektrische Feldlinien sich parallel zum Substrat erstrecken.

Claims

1. Hohlleiter/Mikrostreifenleiter-Übergang mit einem in einer Symmetrieebene innerhalb des Hohlleiters parallel zu den elektrischen Feldlinien angeordneten, sich in Wellenfort pflanzungsrichtung längserstreckenden Substrat (6) für einen Mikrostreifen-Leitungsabschnitt, dessen Streifenleiter am Leitungsabschnittsende in einen sich verbreiternd zu einer Hohlleiterwand (3) hin wegführenden streifenförmigen, leitenden Belag (9) übergeht und dessen Massebelag (7) sich in einem zu der gegenüberliegenden Hohlleiterwand (5) hin wegführenden, leitenden Belag (12) fortsetzt, wobei die Konturen (18, 19 bzw. 20, 21) beider leitender Beläge (12 bzw. 9) zum belagsfreien Endteil des Substrats (6) hin in den Bereichen, in denen sie sich vom Ende des Mikrostreifen-Leitungsab schnittes (10 bzw. 11) zu den einander gegenüberliegenden Hohlleiterwan dungen (3 bzw. 5) erstrecken, wenigstens teilweise spiegelbildlich zur Hohlleiterachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon tur des Massebelages (7) auf der einen und die Kontur des sich an den Streifenleiter (8) des Microstreifen-Leitungsabschnittes an schließenden Streifenleiters (9) auf der gegenüberliegenden Sub stratseite derart festgelegt ist, daß das Substrat in einem Be reich zwischen diesem Streifenleiter (9) und dem Massebelag sowie der Hohlleiterwand (3), zu der dieser Streifenleiter hinführt, beidseitig belagfrei ist, wobei dieser belagfreie Substratteil die Form eines Dreiecks mit einer Spitze im Anschlußbereich des er wähnten Streifenleiters (9) mit dem Streifenleiter (8) des Micro streifen-Leitungsabschnittes aufweist und die Seitenlängen derart dimensioniert sind, daß sich bei der Betriebsfrequenz die Wirkung einer offenen λ/4-Übertragungsleitung ergibt.

2. Hohlleiter/Mikrostreifenleiter-Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (6) zwischen in den Hohlleiterwandungen (3 bzw. 5) vorgesehenen Schlitzen eingeklemmt ist und die sich auf dem Substrat (6) bis an die Wände (3 bzw. 5) erstreckenden Leiter (9 bzw. 12) wenigstens teilweise mit einer kammartigen Leiterstruktur (16) mit einer Tiefe von etwa λ/4 bei der Betriebsfrequenz ver längert sind, wobei die kammartige Leiterstruktur (16) in den Schlitzen und gegenüber den Wänden isoliert angeordnet ist und der sich verbreiternde Leiter (9) mit einem sich in der Richtung der Mikrostreifenleiterstruktur erstreckenden ersten leitenden Streifen (22) versehen ist und der Masse belag (7) mit einem teilweise gegenüber diesem Streifen (22) liegenden zweiten leitenden Streifen (23) versehen ist, wobei die leitenden Streifen (22 bzw. 23) gegenüber den Wän den (3 bzw. 5) isoliert angeordnet sind und eine etwa λ/4 lange weitere Übertragungsleitung bei der Betriebsfrequenz der Anordnung bilden, und wobei der Abstand zwischen dem Leitungsabschnittsende (10) und der weiteren Übertragungs leitung (22, 23) etwa λ/4 bei der Betriebsfrequenz der An ordnung beträgt.

3. Hohlleiter/Mikrostreifenleiter-Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der anderen Wand (5) zugewandte Rand (21) die sich verbreiternden streifenförmigen Leiters (9) über mindestens zwei aufeinanderfolgenden Stücken von etwa λ/4 bei der Betriebsfrequenz parallel zu den Hohlleiterwänden (3, 5) mit verschiedenen, von dem Punkt (11) aus gesehenen abnehmenden Höhen verläuft.