-
Beschreibung
-
Die Erfindung betrifft eine integrierte Mikrowellen-Schaltungsanordnung,
in der ein Wellen- bzw. Hohlleiter und eine integrierte Mikrowellenschaltung (nachfolgend
mit "MIC" abgekürzt) mit einer Streifenleitung usw. integral ausgebildet sind.
-
Es sind Anordnungen als Fahrzeug-Geschwindigkeitsmesser (oder Tachometer),
welche an einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind, und als ein Gerät zum Feststellen
eines sich bewegenden Gegenstandes bekannt, bei denen der Dopplereffekt ausgenutzt
wird. Um die Abmessungen und Kosten gering zu halten und eine hohe Zuverlässigkeit
zu erzielen, sind die Anordnungen mit einem Hohl- bzw. Wellenleiter und einer MIC
aufgebaut.
-
Um die Wellenleiterschaltung mit einer aus einem Streifenleiter, im
angelsächsischen Sprachgebrauch auch "strip line" bezeichnet, usw. bestehenden MIC
zu verbinden, wurde bei den herkömmlichen Anordnungen die MIC mit einem Koaxialleiter
versehen, und der Hohlleiter ist mit der MIC über einen getrennten koaxialen Wellenleiter-Adapter
verbunden.
-
Oder aber es wurde ein Antennenmuster auf der Vorderfläche eines MIC-Platte
ausgebildet, ein Leiter wurde auf der Rückseite vorgesehen und in den Wellenleiter
eingeführt, und ein Mikro-Streifenleiter auf der Platte wurde direkt in den Wellenleiter
übergeführt. Bei derartigen Ausführungsformen sind die Einführungs- bzw. inneren
Verluste (insertion loss) der Schaltung jedoch gross und verschlechtern die Kennwerte
und Eigenschaften. Weitere Nachteile dieser herkömmlichen Anordnungen bestehen darin,
dass die Befestigung oder Entfernung der MIC am oder vom Wellenleiter schwierig
ist, und dass die Herstellungskosten der gesamten Anordnung hoch sind. Um diese
Nachteile zu vermeiden, und um die MIC-Anordnung hinsichtlich der Befestigung und
Ab-
nahme einfach zu gestalten, einen guten buftabschluss bzw.
-
eine gute Luftdichtigkeit zu erreichen und sie kostengünstig herzustellen,
haben die Erfinder bereits eine MIC-Anordnung vorgeschlagen, in der eine MIC innerhalb
eines Wellenleiters auf einer kurzgeschlossenen Fläche bzw.
-
einer Kurzschlussfläche angebracht ist. Bei dieser Anordnung befindet
sich ein Festkörper- bzw. Halbleiterelement, beispielsweise eine Halbleiterdiode
und/oder ein Transistor, insbesondere eine Mischdiode bei Verwendung der Anordnung
als Empfänger, jedoch ganz in der Nähe der kurzgeschlossenen Fläche des Wellenleiters,
so dass die Kopplung zwischen dem Festkörperelement und einem elektrostatischen
Feld unzureichend wird. Dies zeitigt den Nachteil, dass die Empfindlichkeit als
Mikrowellen-Schaltungsanordnung nicht gut genug gemacht werden kann.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine MIC-Anordnung
zu schaffen, bei der eine MIC-Platte innerhalb eines Wellenleiters auf einer kurzgeschlossenen
Fläche angeordnet ist, so dass sich eine sehr gute elektromagnetische Kopplung zwischen
einer MIC und dem Wellenleiter ergibt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit der in Anspruch 1 angegebenen
MIC-Anordnung gelöst.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Bei der erfindungsgemässen MIC-Anordnung, bei der eine MIC-Platte,
die auf einem aus einem Isolator bestehenden Substrat ausgebildet ist, in der Nähe
einer kurzgeschlossenen Fläche eines Wellenleiters angeordnet wird, ist eine Ausnehmung
oder Austiefung in der Nähe der kurzgeschlossenen Fläche oder Ebene des Wellenleiters
ausgebildet und ein Festkörperelement, beispielsweise ein Transistor und/oder eine
Halbleiterdiode oder eine Verbindungsleitung eines
solchen Halbleiterelements,
über der Nut angeordnet.
-
Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau befindet sich die Ausnehmung oder
Austiefung auf der kurzgeschlossenen Fläche des Wellenleiters oder auf einer Seitenwand
des Wellenleiters innerhalb #g in axialer Richtung des Wellenleiters von der kurzgeschlossenen
Fläche entfernt. Die Ausnehmung kann in Form eines Zylinders, eines Spalts usw.
ausgebildet sein.
-
Bei der erfindungsgemässen MIC-Anordnung ist die Ausnehmung nur in
dem Teil der Wand der Wellenleiters ausgebildet, der dem Festkörperelement der MIC
oder der Verbindungsleitung des Festkörperelements entspricht. Die Verteilung des
magnetischen Feldes bei dem Empfängerelement-Bereich wird daher vergrössert, ohne
dass andere Teile der MIC dadurch beeinflusst werden. Die elektromagnetische Kopplung
zwischen den empfangenen elektromagnetischen Wellen und dem Festkörperelement ist
dabei sehr gut, und die Empfindlichkeit kann wesentlich verbessert werden.
-
Die erfindungsgemässe MIC-Anordnung ist in ihren Abmessungen klein,
kostengünstig herstellbar und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf.
-
Insbesondere bei einer Empfangseinrichtung mit einem Sensor, der den
Doppler-Effekt von Mikrowellen ausnützt, wird eine Mischdiode verwendet. Die erfindungsgemässe
MIC-Anordnung weist insbesondere einen grossen Vorteil hinsichtlich der Verbesserung
der Empfangsempfindlichkeit einer solchen Anordnung auf.
-
Bei der erfindungsgemässen MIC-Anordnung für den Empfang ist das Substrat
einer integrierten Mikrowellenschaltung auf einer kurzgeschlossenen Fläche auf einer
Innenfläche
des Wellenleiters angeordnet. In der kurzgeschlossenen
Fläche ist eine rechteckige Nut ausgebildet, und eine Mischdiode ist über der Nut
angeordnet.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen
MIC-Anordnung nur für den Empfang, in Aufsicht, Fig. 2 einen Querschnitt durch die
in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform, Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemässen MIC-Anordnung nur für Empfang, Fig. 4 eine
erfindungsgemässe MIC-Anordnung sowohl für die Aussendung als auch für den Empfang,
in Aufsicht, und Fig. 5 und 6 Querschnitte durch die erfindungsgemässen MIC-Anordnungen,
die nur für den Empfang bestimmt sind.
-
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen MIC-Anordnung
nur für Empfang, und Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der in Fig. 1 strichpunktliniert
eingezeichneten Schnittlinie A-A'.
-
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aufbau ist eine Aussenwand
eines Wellen- bzw. Hohlleiters mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Ein Substrat
2, das eine integrierte Mikrowellenschaltung (MIC) darstellt, ist auf einer kurzgeschlossenen
Fläche eines Hohlleiterteils 9 beispielsweise durch Löten oder mit einer Klammer
oder Spange befestigt. Auf dem MIC-Substrat 2 ist ein MIC-Leiter 3 in Form einer
Mikro-Streifenleitung ausgebildet.
-
In der kurzgeschlossenen Fläche des Hohlleiters ist eine elektromagnetische
Kopplungsnut 6 in Form einer recht-
eckigen Ausnehmung vorgesehen
(mit 11 ist die Länge, mit 12 die Tiefe und mit 13 die Höhe dieser Ausnehmung bezeichnet).
Eine Flachanschluss- bzw. Beam-Lead-Mischdiode 8 ist so angebracht, dass sie über
der Nut liegt. Ein vorspringender Leiter 7 erleichtert das Befestigen der Mischdiode.
Ein von der Mischdiode 8 empfangenes Signal wird über einen Verbindungsdraht 4 von
einem Signalausgang 5 abgegriffen, und einer (nicht dargestellten) Daten- oder Signal-Verarbeitungsschaltung
zugeleitet, die mit dem Anschluss verbunden ist.
-
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der
erfindungsgemässen MIC-Anordnung. In Fig. 3 ist ein MIC-Substrat 2 so angebracht,
dass es eine Kopplungsnut 6 überdeckt, und die Mischdiode 8 ist mit einem MIC-Leiter
3 verbunden, der auf dem MIC-Substrat ausgebildet ist. Die Mischdiode 8 ist so angebracht,
dass sie über der Nut 6 liegt und diese überspannt. Was denjenigen Teil des MIC-Substrat
2 betrifft, der über der Nut 6 liegt, so kann gesagt werden, dass MIC-Leiterteile
auf der Vorder- und Rückseite vorher entfernt wurden, so dass die Mikrowellen (die
reflektierten Wellen) leicht in die Nut 6 eindringen können. Wenn bei einem solchen
Aufbau ein dielektrisches Material mir geringen Verlusten für das MIC-Substrat verwendet
wird, lassen sich im wesentlichen dieselben elektromagnetischen Kopplungseigenschaften
wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erzielen. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, dass die Diode, beispielsweise eine Flachanschluss-Diode leicht angebracht
werden kann.
-
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der MIC-Anordnung in Aufsicht,
bei der die vorliegende Erfindung ebenfalls angewandt werden kann. Dieser Aufbau
ist für den Fall von Vorteil, wenn die Anordnung als MIC-Anordnung sowohl für die
Abstrahlung als auch für den Empfang, beispielsweise von Doppler-Radar verwendet
wird. In Fig. 4 ist ein Festkörper-Oszillatorelement 11 nahe dem einen Ende eines
MIC-
Substrats 2 befestigt und über einen Verbindungsdraht 4, beispielsweise
ein Goldband, mit einem Resonator 12 verbunden. Eine Vorspannung für das Festkörper-Oszillatorelement
11 wird über einen Gleichspannungsanschluss 13 für die Vorspannung an den Verbindungsdraht
4 angelegt.
-
Wie bei den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsformen ist
die Mischdiode 8 auch hier so angebracht, dass sie eine Nut 6 überbrückt. Bei einem
solchen Aufbau geht der grösste Teil eines Oszillator-Ausgangssignals vom Festkörperoszillatorelement
11 auf Grund des Verbindungsdrahts 4 in einen Wellen- bzw.Hohlleiter 9 über und
wird ein Senderausgangssignal. Ein Teil des Oszillations-Ausgangssignals gelangt
als lokale Oszillationsenergie zur Mischdiode 8. Die reflektierten Wellen gehen
durch den Wellenleiter 9 hindurch und werden auf Grund der elektromagnetischen Kopplung
durch die Nut 6 von der Mischdiode 8 aufgenommen. Das heisst, bei dem erfindungsgemässen
Aufbau dringt das elektromagnetische Feld (die reflektierten Wellen) innerhalb der
Wellenleiter in die Nut 6 ein, so dass die Kopplungsgrösse bzw. der Kopplungswert
mit der Mischdiode 8 grösser wird. Infolgedessen ergibt sich der Effekt, dass die
Empfangsempfindlichkeit hoch wird.
-
Die Kopplungsgörsse wurde in Abhängigkeit von einer sich ändernden
Länge (11) der Kopplungsnut 6 als Gleichspannung über einen Lastwiderstand (1 k#)
gemessen, der mit einem Empfängerende verbunden ist. In der Tabelle I sind die Messergebnisse
angegeben. In diesem Falle sind die Werte für 12 und 13, die in der Tabelle angegeben
sind, feste Werte. Die Nuttiefe l2 muss etwa 1/8 Wellenlängen sein, und die Nutbreite
13 wird etwa 1,5 mm klein gewählt, um die Induktanz einer Verbindungsleitung der
Mischdiode klein zu halten.
-
Tabelle I Schwingungs- Wellen- Länge(11) 11/)g Empfan- Bemerkungen
frequenz länge der Nut gene ( #g) Spannung (VM) 9 mm 0,38 100 mV 12 = 2 mm 19 GHz
23,4 mm 13 = 1,5 mm 6 mm 0,26 unter 1 mV Eingangsleistung = 6 mm 0,39 100 mV 1 mW,
24 GHz 15,4 mm 4 mm 0,26 unter Gleichspannung am Empfangsanschluss zu dem Zeitpunkt,
wenn ein Widerstand oder eine Last von 1 k # mit einem Anschluss der Mischdiode
verbunden ist.
-
Tabelle I zeigt, dass dann, wenn die Länge 11 der Kopplung nut 6 kleiner
als 1/4 . #g (#g ist die Hohlleiter-Wellenlänge) wird, die Kopplungsgrösse kleiner
als 1/100 im Vergleich zum festen Wert in der Nähe von 0,38 #g wird, und dass 11
wenigstens 1/4 . #g gemacht werden muss.
-
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen weist die Nut oder die
Ausnehmung in der Nähe der kurzgeschlossenen Fläche die Form einer rechteckigen
Ausnehmung auf. Dies muss jedoch nicht notwendigerweise so sein, die Nut oder Ausnehmung
kann gewünsch tenfalls beispielsweise auch ein kreisförmiger Zylinder oder eine
Kombination aus einem kreisförmigen Zylinder und einer rechteckigen Ausnehmung sein.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist die Ausnehmung in der kurzgeschlossenen
Fläche des Wellenleiters ausgebildet. Diese Ausnehmung kann jedoch auch in der Seitenwand
des Wellenleiters in der Nähe der kurz-
geschlossenen Fläche vorgesehen
sein.
-
Die Fig. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen
MIC-Anordnung. Die Teile mit den Bezugszeichen, die auch in den Fig. 1 bis 4 verwendet
wurden, haben dieselbe Funktion, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
-
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Loch in Form eines
kreisförmigen Zylinders in einem koaxialen Leiterteil einer kurzgeschlossenen Fläche
vorgesehen und ein Halbleiterelement zwischen einem Ende des Mittelleiters und einer
MIC-Platte 2 angeschlossen ist.
-
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform ist so aufgebaut, dass
eine prismatische bzw. prismenförmige Nut in der Seitenwand eines Wellenleiters
in der Nähe einer kurzgeschlossenen Fläche desselben Leiters ausgebildet und das
Festkörperelement über der Nut angeordnet ist.
-
Als Festkörper-Oszillatorelement kann eine Gunn-Diode, eine Lawinen-Laufzeit-Diode
bzw. eine Impatt-Diode, ein Bipolar-Transistor, ein Feldeffekt-Transistor, eine
BARITT-Diode oder dgl. verwendet werden.
-
L e e r s e i t e