DE2943502C2 - - Google Patents
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- H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
- H01P3/08—Microstrips; Strip lines
- H01P3/085—Triplate lines
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine unterstützte Mikrostreifenleitung
mit zwei parallelen Metallflächen, einem parallel
zu und zwischen denselben angeordneten dielektrischen Träger
und einem auf einer ersten Oberfläche des Trägers angeordneten
ersten streifenförmigen Leiter.
Eine derartige unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung ist
aus dem Artikel von Dr. H. E. Brenner "use a computer to design
suspended-substrate ICs" in Microwaves, September 1968,
Seiten 38-46 bekannt. Mit Mikrostreifenleitungen werden
u. a. Mikrowellenschaltungen hergestellt, wie Filter, Dämpfer-
T-Kreuzungen, Mischer, Zirkulatoren usw. für u. a. Radar-
und Kommunikationsanwendungen.
Eine derartige Mikrowellenanordnung ist meistens in einem
völlig geschlossenen leitenden Gehäuse angeordnet. Dieses
Gehäuse ist als Rückweg für die Ströme in der Schaltungsanordnung
wirksam: sie schützt die Schaltungsanordnung gegen
eine Einstrahlung von außen und vermeidet eine Abstrahlung
der Mikrowellenschaltung nach außen. Das leitende Gehäuse
bildet ein Stück "Hohlleiter", der auf beiden Seiten kurzgeschlossen
ist. Die Breite dieses "Hohlleiters" wird derart
gewählt, daß sich bei der Arbeitsfrequenz der Mikrowellenschaltung
darin kein Modus fortpflanzen kann. Das bedeutet,
daß der "Hohlleiter" möglichst schnell sein soll. Für eine
Mikrowellenschaltung mit durchschnittlicher Bemessung soll
die Schaltungsanordnung daher in einer Anzahl einzelner
leitender Gehäuse untergebracht werden. Bei höheren Frequenzen
ist diese Lösung außerdem schwer durchführbar.
Um diesen Nachteilen zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen,
einen breiten "Hohlleiter" zu benutzen, der - zur
Dämpfung der dann auftretenden Moden - Dämpfungsschichten
aufweist. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht
darin, daß diese Dämpfungsschichten wesentliche Verluste
verursachen.
Aus der DE-AS 20 47 680 ist eine Anordnung gekoppelter
Streifenleitungen bekannt, die über einer leitenden Schirmebene
auf einer dielektrischen Trägerschicht angeordnet
und durch eine dielektrische Trägerschicht mit einer bestimmten
Dielektrizitätskonstanten und einer bestimmten
Dicke abgedeckt ist. Aus dieser Schrift ist es jedoch
nicht bekannt, eine Streifenleitungsanordnung zwischen
zwei Metallflächen anzuordnen.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung
der eingangs genannten Art zu
schaffen, bei der die Anforderungen in bezug auf die Abmessungen
des Gehäuses und die Dämpfung verringert sind
und auf einfache Weise die Erregung und Fortpflanzung unerwünschter
Moden vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf
der ersten Oberfläche des Trägers ein zweiter streifenförmiger
Leiter angeordnet ist, der sich hauptsächlich parallel
zu dem ersten streifenförmigen Leiter erstreckt und elektromagnetisch
dazu gekoppelt ist, wobei zwischen den Leitern
eine symmetrische Belastung angeordnet ist, und daß auf
beiden Leitern und in der Belastung durch eine symmetrische
Speisung von einer Speisequelle ein elektrisches Feld ausschließlich
in ungeraden Moden angeregt wird. Bei einer
derartigen Speisung werden in den Leitern lediglich Wellen
im Gegentakt-Modus angeregt, d. h. daß das elektrische
Feld "ungerade symmetrisch" gegenüber einer mittelsenkrechten
Ebene der beiden Leiter ist.
An dieser Stelle sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist,
eine Mikrostreifenleitung mit einer anderen Mikrostreifenleitung
zu koppeln, damit beispielsweise ein Filter oder
eine Richtkopplung hergestellt wird. Wesentlich dabei ist
jedoch, daß eine Wellenerscheinung geraden Modus sowie ungeraden
Modus auftritt.
Der erste und der zweite streifenförmige Leiter weisen bei
Erregung in einem ungeraden Modus ein gleich großes, aber
in der Polarität entgegengesetztes Potential auf, und es
fließen daher in der entgegengesetzten Richtung durch die
Leiter gleiche Ströme. Das elektrische Feld ist gegenüber
einer mittelsenkrechten Ebene der Leiter ungerade symmetrisch
und das Feld befindet sich im wesentlichen in der Nähe der
Leiter. Das elektrische Feld in der Umgebung der Wand des
"Hohlleiters" ist dagegen klein.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Erregung
der beiden Leiter in einem ungeraden Modus die damit einhergehenden
Ströme in den Metallflächen gering sind und der
"Hohlleiter" nicht angeregt wird. Der Hohlleiter
kann daher "übergroß" ausgebildet werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Impedanzbereich
der unterstützten Mikrostreifenleiter nach der Erfindung
größer als bei einem unterstützten Mikrostreifenleiter mit
nur einem Leiter und einer TEM-Wellenerscheinung ist.
Die erfindungsgemäße unterstützte Mikrostreifenleitung
bietet weiterhin den Vorteil, daß im Vergleich zu anderen
planaren Wellenleitern wie der Spaltleitung und dem koplanaren
Hohlleiter keine Resonanzen durch die großen Metalloberflächen,
die bei diesen Konfigurationen auf dem Träger vorhanden sind,
auftreten können.
Mit einem Stück Hohlleiter kann ein reaktives Element mit
im Grunde jedem möglichen Wert verwirklicht werden: abhängig
von der Wellenlänge und der Art des Abschlusses (offen/kurzgeschlossen)
hat das Element einen induktiven oder einen
kapazitiven Charakter. Um Mikrowellenschaltungen herzustellen,
werden derartige Stücke Hohlleiter verwendet. Mit
der unterstützten Mikrostreifenleitung nach der Erfindung
sind entsprechende Mikrowellenschaltungen konzipiert worden,
wie ein Balancering, ein Filter, ein Dämpfer, eine T-Kreuzung,
ein Mischer, ein Zirkulator, usw.
Asymmetrien in einer unterstützten Mikrostreifenleitung
oder der Mikrowellenschaltung, die damit verwirklicht
worden ist, können die Ursache davon sein, daß gerade Moden
angeregt werden. Die mit geraden Moden einhergehenden Ströme
in den beiden Metallflächen sind - anders als bei den ungeraden
Moden - wesentlich, weil sie einander verstärken. Dies bietet
die Möglichkeit, gerade Moden dadurch zu dämpfen, daß nach
der Erfindung die Metallflächen aus leitendem und widerstandsbehaftetem
Material zusammengestellt werden.
Mikrowellenschaltungen, die in der ungeraden-Modus-unterstützten
Mikrostreifenleitungstechnik verwirklicht sind, weisen als
gemeinsames Kennzeichen ein hohes Ausmaß an Symmetrie auf,
damit das Anregen gerader Moden vermieden wird.
Bei einer Kurve in unterstützten Mikrostreifenleitungen
sind, um die elektrische Länge der beiden Leiter gleich
zu halten, nach der Erfindung die erste und die zweite
Leitung durch einen Spalt in Richtung der Halbierenden
des Ablenkwinkels unterbrochen und die ersten Leiter sind
mit den zweiten Leitern kreuzweise verbunden.
Bei einer unterstützten Mikrostreifenleitung ist es möglich,
auch die zweite Oberfläche des dielektrischen Trägers zum
Anbringen einer Wellenleiterstruktur zu benutzen. T-Kreuzungen,
wie ein Reihen-T, ein Shunt-T oder ein "Magisches-T" sind auf
diese Weise hergestellt. Der Vorteil dieser Mikrowellenelemente
in einer Ausführung nach der Erfindung besteht
darin, daß durch Benutzung der beiden Oberflächen eine
sehr gute Symmetrie und eine gedrängte Bauart erhalten wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer
bekannten unterstützten Mikrostreifenleitung,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen unterstützten Mikrostreifenleitung,
Fig. 3 eine Draufsicht eines Teils einer Metallfläche zum
Gebrauch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2,
der nach der Erfindung aus leitenden Quadraten
zusammengestellt ist, die durch Widerstandsspuren
miteinander verbunden sind,
Fig. 4 eine Draufsicht eines Signalwandlers zum Gebrauch
in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nach der
Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer
Kurve in einer erfindungsgemäßen unterstützten
Mikrostreifenleitung,
Fig. 6 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Kurve in einer unterstützten Mikrostreifenleitung
nach der Erfindung,
Fig. 7 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Kreuzung
zweier unterstützter Mikrostreifenleitungen nach der
Erfindung,
Fig. 8a eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
einer Reihen-T-Kreuzung nach der Erfindung,
Fig. 8b einen Schnitt gemäß der Linie VIII B-VIII B aus
Fig. 8a der T-Kreuzung nach der Erfindung,
Fig. 8c eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
einer isolierten Reihen-T-Kreuzung nach der
Erfindung,
Fig. 9a eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
einer Shunt-T-Kreuzung nach der Erfindung,
Fig. 9b einen Schnitt der Linie IX B-IX B aus Fig. 9a
des weiteren Ausführungsbeispiels der T-Kreuzung nach
der Erfindung,
Fig. 9c eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
einer isolierten Shunt-T-Kreuzung nach der
Erfindung,
Fig. 10 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
einer Magisches-T-Kreuzung nach der Erfindung,
Fig. 11 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Zirkulators,
Fig. 12a eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Belastungsimpedanz für eine unterstützte
Mikrostreifenleitung nach der Erfindung,
Fig. 12b einen Schnitt gemäß der Linie XII B-XII B aus
Fig. 12a des weiteren Ausführungsbeispiels der Belastungsimpedanz
nach der Erfindung,
Fig. 13a eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines
Kurzschlusses für eine unterstützte Mikrostreifenleitung
nach der Erfindung,
Fig. 13b einen Schnitt gemäß der Linie XIII B-XIII B aus
Fig. 13a des Ausführungsbeispiels des Kurzschlusses
nach der Erfindung,
Fig. 14a eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Kurzschlusses für eine unterstützte Mikrostreifenleitung
nach der Erfindung,
Fig. 14b einen Schnitt gemäß der Linie XIV B-XIV B aus
Fig. 14a des weiteren Ausführungsbeispiels eines Kurzschlusses
nach der Erfindung.
Die in Fig. 1 dargestellte bekannte unterstützte Mikrostreifenleitung
besteht aus einem parallel zu einer Metallfläche 1
und einer Metallfläche 2 angeordneten dielektrischen Träger 3
für einen streifenförmigen Leiter 4. Diese unterstützte
Mikrostreifenleitung wird in einem TEM-Modus betrieben. Die
Metallflächen 1 und 2 bilden einen Teil eines leitenden
Gehäuses, das den Träger 3 und den darauf angeordneten
Leier 4 völlig umschließt. Eine unterstützte Mikrostreifenleitung
bietet einige Vorteile gegenüber der Mikrostreifenleitungskonfiguration,
die aus einem streifenförmigen Leiter
besteht, der auf einem Träger angeordnet ist, der auf der
anderen Seite eine Metallfläche aufweist. Ein erster Vorteil
besteht darin, daß Inhomogenitäten in dem dielektrischen
Träger bei der unterstützten Mikrostreifenleitung eine viel
geringere Störung verursachen, da das Dielektrikum hauptsächlich
Luft ist. Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß
eine 50-Ohm-Impedanz mit ziemlich breiten Leitern verwirklicht
werden kann, wodurch die photolithographischen Anforderungen,
die an die Herstellung gestellt werden, geringer
sind. Außerdem sind die Leiterverluste kleiner, was insbesondere
im Hinblick auf eine Verwendung im mm-Wellenbereich
wichtig ist. Ein dritter Vorteil besteht darin, daß der
Träger bei einer unterstützten Mikrostreifenleitung auf
beiden Seiten zum Anbringen von Mikrowellenschaltungen
benutzt werden kann.
Das leitende Gehäuse, in dem sich die Mikrostreifenleitung
und die u. a. mit Mikrostreifenleitungen hergestellten Mikrowellenschaltungen
befinden, bildet eine Wellenleiterstruktur
in Form eines Hohlleiters. Die Breite dieses Hohlleiters
wird derart gewählt, daß sich keine Wellenmoden darin fortpflanzen
können. Das bedeutet, daß die Breite b des Hohlleiters
ziemlich gering sein muß. Ein Nachteil besteht darin,
daß sogar eine Mikrowellschaltung durchschnittlichen Umfangs
in einer Anzahl einzelner Metallgehäuse untergebracht werden
muß, was teuer und für höhere Frequenzen außerdem schwer
durchführbar ist.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine unterstützte Mikrostreifenleitung
nach der Erfindung. Auf dem dielektrischen
Träger 3 ist ein zum ersten Leiter 4 sich parallel erstreckender
zweiter Leiter 5 angeordnet. Die Leiter 4 und 5 sind elektromagnetisch
miteinander gekoppelt, weil der Abstand s
zwischen dem ersten Leiter 4 (viel) kleiner ist als die
Breite w der beiden Leiter 4 und 5.
Mit der unterstützten Mikrostreifenleitung nach der Erfindung
kann ein großer Impedanzbereich bestrichen werden. Eine
geringe charakteristische Impedanz kann durch breite
Leiter (w groß) in geringem Abstand s voneinander verwirklicht
werden, wobei die Impedanz entweder durch eine Metallkappe
über dem Leiterpaar oder durch eine Metallfläche auf
der anderen Seite des Trägers noch weiter verringert werden
kann. Ein hoher Wellenwiderstand wird dadurch erreicht,
daß schmale Leiter (w klein) in relativ großem Abstand s
voneinander gewählt werden. Die Leiter 4 und 5 werden in
einem ungeraden Wellenmodus angeregt und betrieben. Dies bedeutet,
daß die beiden Leiter ein gleich großes, aber in der
Polarität entgegengesetztes Potential aufweisen und daß gleiche
Ströme in entgegengesetzter Richtung durch die beiden Leiter
fließen. Das elektrische Feld ist ungerade symmetrisch gegenüber
einer mittelsenkrechten Ebene der beiden Leiter 4 und 5.
Das elektrische Feld befindet sich im wesentlichen zwischen
den beiden Leitern 4 und 5. In der Nähe des leitenden
Gehäuses und daher in gewissem Abstand von den Leitern
ist das resultierende Feld infolge der gleich großen, aber
in der Polarität entgegengesetzten Potentiale sehr klein.
Die mit dem ungeraden Wellenmodus einhergehenden Ströme
in den Metallflächen 1 und 2 sind daher sehr gering. Ein wesentlicher
Vorteil einer Anregung mit einem ungeraden Wellenmodus
besteht darin, daß der "Hohlleiter" kaum angeregt
wird und daher "übergroß" gemacht werden kann. Bei Versuchen
hat es sich z. B. herausgestellt, daß Resonanzen, die bei Anregung gerader
Moden einer Mikrowellenschaltung in einem
"Hohlleiter", der fünfmal "übergroß" war, auftraten, bei Anregung
ungerader Moden nicht auftraten.
Ein weiterer Vorteil der schwachen Wandströme in den
Metallflächen 1 und 2 besteht darin, daß Versuche mit
Mikrowellenschaltungen mit verringerter Metallfläche 1 oder 2
durchgeführt werden können.
Die unterstützte Mikrostreifenleitung bietet weiterhin den
Vorteil, daß im Vergleich zu anderen planaren Hohlleitern
wie bei der Schlitzleitung und dem koplanaren Hohlleiter
keine Resonanzen infolgen der großen Metalloberflächen auftreten
können, die bei diesen Konfigurationen auf dem Träger
vorhanden und auch als Leiter wirksam sind. Die unterstützte
Mikrostreifenleitung nach der Erfindung wird kurz als "SOM-
Leitung" (Suspended Oddmode Microstrip) bezeichnet.
Um zu vermeiden, daß bei Anregung mit einem ungeraden Modus
gerade Moden angeregt werden, ist es notwendig, die Leiter
und die Mikrowellenschaltungen, die damit hergestellt werden,
symmetrisch zu entwerfen, u. a. durch Herstellungstoleranzen
ist dies jedoch nicht immer verwirklichbar. Der Anregung
eines geraden Modus eigen ist jedoch, daß dies mit Wandströmen
in den Metallflächen 1 und 2 einhergeht. Dadurch, daß diese
Metallflächen 1 und 2 aus leitendem Material und widerstandsbehaftetem
Material zusammengestellt werden, können diese
Ströme und damit die geraden Wellenmoden gedämpft werden.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Metallfläche 1 oder
2 dargestellt, die aus leitenden quadratischen
Teilen 6 aufgebaut ist, die mit einander kreuzenden
Spuren 7 aus einem Metall mit einer schlechten elektrischen
Leitfähigkeit verbunden sind.
Wird eine Welle in ein Stück Hohlleiter gesendet, das am
Ende kurzgeschlossen ist, so wird die Welle an diesem Ende
reflektiert. Sie kommt zurück zum Eingang mit einem Phasenunterschied
gegenüber der eintretenden Welle, wobei der
Unterschied von der Länge des Hohlleiters abhängig ist.
Auch andere Diskontinuitäten als ein Kurzschluß verursachen
eine Reflexion. Ein derartiger Hohlleiterteil kann sich als
reaktives Element verhalten. Er hat, abhängig von der Wellenlänge
und von der Art des Abschlusses, einen induktiven,
reellen oder einen kapazitiven Charakter. Zum Herstellen
von Mikrowellenschaltungen werden u. a. derartige Hohlleiterteile benutzt.
Diese können quer zu einem durchgehenden
Hohlleiter angeordnet werden. Mit der unterstützten Mikrostreifenleitung
können viele Mikrowellenschaltungen konzipiert
werden. Diese Elemente sind durch ein hohes Ausmaß
an Symmetrie, das der Entwurf zur Vermeidung einer Anregung
unerwünschter Wellenmoden aufweist, gekennzeichnet.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Signalwandlers
in unterstützter Mikrostreifenleitung dargestellt. Der
Signalwandler bildet einen Teil einer symmetrischen Speisequelle
zum Erzeugen einer Wellenerscheinung ausschließlich
in ungeradem Modus. Der Signalwandler umfaßt eine Mikrostreifenleitung,
die durch einen auf einer ersten Oberfläche
des Trägers 3 angeordneten streifenförmigen Leiter 63 und
eine auf einer zweiten Oberfläche angeordnete leitende
Fläche 66 gebildet wird. Die Leiterstrukturen, die auf der
ersten Oberfläche angeordnet sind, sind in der Figur mit
durchgezogenen Linie dargestellt, und diejenigen auf der
zweiten Oberfläche sind durch gestrichelte Linien angegeben.
Die Mikrostreifenleitung 63 ist mit einer breitbandigen
Impedanz in Form eines fächerförmigen Leiters 64 mit der Länge
entsprechend λ/4 abgeschlossen. An die Mikrostreifenleitung 63
kann eine asymmetrische Speisequelle angeschlossen werden.
Mit der Mikrostreifenleitung 63 ist eine Schlitzübertragungsleitung
65 gekoppelt, die durch einen Schlitz in der leitenden
Fläche 66 gebildet wird. Die Schlitzübertragungsleitung 65
ist am Anfang und am Ende mit einer sehr hohen Anschlußimpedanz
abgeschlossen, die durch scheibenförmige Ausnehmungen 67
bzw. 68 in der leitenden Fläche 66 gebildet werden.
Wenn sich über die Mikrostreifenleitung 63 eine TEM-Welle
fortpflanzt, wird an der Spaltübertragungsleitung 65 eine
Quasi-TEM-Welle erregt. Die Schlitzübertragungsleitung 65
ist mit dem auf der ersten Oberfläche angeordneten ringförmigen
Verbindungsleiter 69 zwischen einem ersten Ende und einem
zweiten Ende der Leiter 4 bzw. 5 der SOM-Leitung gekoppelt.
Die Kopplung zwischen der Schlitzübertragungsleitung 65
und dem Verbindungsleiter 68 ist als elektromagnetische
Reihen-T-Kreuzung wirksam, wobei im Querzweig des "T"
(Teil des Verbindungsleiters 69) gleich große, aber entgegengesetzte
Felder erzeugt werden, und zwar an einer
Stelle, die gegenüber den beiden Enden der SOM-Leitung
symmetrisch liegt, wodurch eine Wellenerscheinung ausschließlich
in einem ungeraden Modus in der SOM-Leitung erzeugt
wird.
Die Länge des Verbindungsleiters 68 beträgt vorzugsweise
λ/2. Die Mikrowellenschaltung nach Fig. 4 ist reziprok
und kann in dieser Form dazu verwendet werden, an die SOM-
Leitung eine asymmetrische Belastung symmetrisch anzuschließen.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Kurve in einer
unterstützten Mikrostreifenleitung dargestellt. Die Kurve
weist einen festen Radius auf. Der Winkel beträgt α.
Die beiden Leiter 4 und 5 sind durch einen Schlitz 60
in Richtung der Winkelhalbierenden von α in den Leitern 4
und 4′ bzw. 5 und 5′ unterbrochen und die Leiter 5 und 5′
sind durch einen leitenden Streifen 61, der auf dem Träger 3
angeordnet ist, und die Leiter 4 und 4′ sind durch einen
Draht 62, der den Streifen 61 kreuzt, miteinander verbunden.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Kurve in
einer unterstützten Mikrostreifenleitung dargestellt. Der
Vorteil der beiden Ausführungsformen einer Kurve besteht
darin, daß der Abstand, den die Wellenerscheinung auf
dem Leiter 4 und 5 bei der Richtungsablenkung zurücklegt,
für die beiden Leiter derselbe ist, wodurch Phasenabweichungen
zwischen den elektrischen Erscheinungen auf
den Leitern 4 und 5 vermieden werden.
In Fig. 7 ist eine Ausführungsform einer Kreuzung einer
ersten unterstützten Mikrostreifenleitung, von der die
Leiter 4 und 5 einen Teil bilden, und einer zweiten
unterstützten Mikrostreifenleitung, die die Leiter 8 und 9
aufweist, dargestellt. Die Leiter der SOM-Leitungen 4-5
und 8-9 sind in der Nähe der Kreuzung schmaler ausgebildet
und ihr gegenseitiger Abstand ist verringert worden, um den
Wellenwiderstand der SOM-Leitungen gleich zu halten. Die
SOM-Leitung 4-5 ist außerdem über eine Länge, die
mindestens der Breite der SOM-Leitung 8-9 entspricht,
an der Stelle der Kreuzung unterbrochen. Die Leiter 4 und 5
auf beiden Seiten der Kreuzung sind durch je einen Draht 62
miteinander verbunden. Der Vorteil dieser Ausführungsform
besteht darin, daß das gegenseitige Beeinflussungsgebiet
der beiden Leiterpaare sehr klein ist, wodurch eine gute
Entkopplung erhalten wird.
Dadurch, daß die Mikrostreifenleitung in unterstützter Form
ausgebildet ist, ist es möglich, die zweite Oberfläche
des dielektrischen Trägers 3 ebenfalls zum Anbringen von
Wellenleiterstrukturen zu benutzen. Diese Möglichkeit
ist in einigen Ausführungsformen einer T-Kreuzung benutzt.
Eine T-Kreuzung wird u. a. als Leistungsteiler und in Brückenschaltungen
angewandt. In den in den Fig. 8, 9 und 10 dargestellten
Ausführungsformen derartiger T-Kreuzungen sind die
Leiter, die auf der ersten Oberfläche des dielektrischen
Trägers 3 angeordnet sind, mit durchgezogenen Linien auf
symbolische Weise angegeben. Die Leiter, die sich auf der
zweiten Oberfläche befinden, sind gestrichelt dargestellt.
Auch der gegenseitige Abstand s zwischen den Leitern ist
nicht maßstabsgerecht dargestellt.
In Fig. 8a ist eine Reihen-T-Kreuzung dargestellt. Auf der
ersten Oberfläche des Trägers 3 ist an eine erste Anschlußklemme
10 und eine zweite Anschlußklemme 11 ein erstes Leiterpaar
12, 13 angeschlossen, und an eine dritte Anschlußklemme 14
und eine vierte Anschlußklemme 15 ist ein zweites Leiterpaar 16,
17 angeschlossen. Die erste, zweite, dritte und vierte Anschlußklemme
bilden die Eckpunkte eines gedachten Rechtecks.
Das erste und das zweite Leiterpaar liegen fluchtend.
Ein drittes Leiterpaar 18, 19 ist an die zweite Anschlußklemme
11 und die vierte Anschlußklemme 15 angeschlossen
und bildet mit dem ersten und dem zweiten Leiterpaar einen
rechten Winkel. Ein viertes Leiterpaar 22, 23 befindet sich
auf der zweiten Oberfläche des Trägers 3 gegenüber und parallel
zu dem dritten Leiterpaar 18, 19, wie im Schnitt VIII B-VIII B
in Fig. 8b dargestellt ist.
Das vierte Leiterpaar 22, 23 ist mit einem ersten Ende mit einer
sechsten Anschlußklemme 24 und einer fünften Anschlußklemme
20 verbunden. Das vierte Leiterpaar 22, 23 hat eine
Länge entsprechend einer Viertelwellenlänge bei der verwendeten
Frequenz. Das zweite Ende des vierten Leiterpaares 22, 23
ist (z. B. durch ein Loch im Träger 3) mit dem dritten Leiterpaar
18, 19 verbunden. Die sechste Anschlußklemme 24 ist mit
der Anschlußklemme 14 und die fünfte Anschlußklemme 20
ist mit der Anschlußklemme 10 verbunden. Der Wellenwiderstand
des Leiterpaares 12, 13 entspricht dem des Leiterpaares
16, 17.
Die Wirkungsweise der Reihen-T-Kreuzung als Leistungsteiler
ist wie folgt: Beim Anschluß einer (nicht dargestellten)
Signalquelle an die Anschlußklemmen 26 und 27 des Leiterpaares
18 und 19 wird die zugeführte Energie gleichmäßig
über das Leiterpaar 12, 13 und das Leiterpaar 16, 17 verteilt.
Im umgekehrten Fall ist die Wirkungsweise der T-
Kreuzung wie folgt: Eine erste Wellenerscheinung pflanzt
sich über das Leiterpaar 16, 17 und eine zweite Wellenerscheinung
pflanzt sich über das Leiterpaar 12, 13 fort.
An den Anschlußklemmen 26 und 27 ist der vektorielle Unterschied
der beiden Wellenerscheinungen verfügbar. Wenn die
Phase und die Amplitude der beiden Wellenerscheinungen
einander entsprechen, resultiert an den Klemmen 26 und 27
ein Signal gleich Null.
Der Vorteil dieser Reihen-T-Kreuzung besteht darin, daß
mit Hilfe zweier Leiterpaare 18, 19 und 22, 23, die je
eine Viertelwellenlängen haben, die verfügbare Signalquelle
doppelt benutzt wird. Die Quelle kann als durch zwei Quellen
ersetzt gedacht werden, die unabhängig voneinander sind
und zwischen dem Leiter 12 und 16 und dem Leiter 13 und 17
liegen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch Benutzung
der beiden Oberflächen des Trägers 3 eine symmetrische
und gedrängte T-Kreuzung hergestellt wird.
In Fig. 8c ist eine Ausführungsform einer isolierten Reihen-T-Kreuzung
(ein sogenanntes ISO-TEE) dargestellt, die dadurch erhalten
worden ist, daß in der Reihen-T-Kreuzung entsprechend Fig. 8a zwischen
der vierten Anschlußklemme 15 und der fünften Anschlußklemme 20
ein Widerstand 21 angeordnet wird und zwischen der zweiten
Anschlußklemme 11 und der sechsten Anschlußklemme 24 ein
zweiter Widerstand 25. Der Widerstandswert der Widerstände 21
und 25 ist gleich. Durch diese Widerstände und durch die
richtige Wahl des Wellenwiderstandes der drei SOM-Leitungen
ist es möglich, die Zweige 12-13 und 16-17 zu entkoppeln.
Die (reflektierte) Leistung wird in den Widerständen 21 und
25 aufgebraucht.
In Fig. 9a ist eine Ausführungsform einer Shunt-T-Kreuzung
dargestellt. Auf der ersten Oberfläche des Trägers 3 ist
das erste Leiterpaar 12, 13 an die Anschlußklemmen 10 und
11 angeschlossen und das zweite Leiterpaar 16, 17 ist an die
Anschlußklemmen 14, 15 angeschlossen. Das dritte Leiterpaar
18, 19 ist an die Anschlußklemmen 11, 15 angeschlossen
und bildet mit dem Leiterpaar 12, 13 und 16, 17 einen rechten
Winkel. Gegenüber dem dritten Leiterpaar ist auf der zweiten
Oberfläche des Trägers ein viertes Leiterpaar 22, 23 vorgesehen,
wie dies im Schnitt IX B-IX B in Fig. 9b dargestellt
ist. Das vierte Leiterpaar 22, 23 hat eine Viertelwellenlänge
und ist mit einem ersten Ende mit den Anschlußklemmen
20, 24 verbunden und mit einem zweiten Ende mit dem
dritten Leiterpaar 18, 19. Die Anschlußklemme 20 ist mit
der Anschlußklemme 10 und die Anschlußklemme 24 mit der
Anschlußklemme 14 verbunden.
Die Eigenschaften der Shunt-T-Kreuzung sind mit denen vergleichbar,
die bei der Reihen-T-Kreuzung nach Fig. 8a angegeben wurden.
In Fig. 9c ist eine Ausführungsform einer isolierten
Shunt-T-Kreuzung (eines sogenannten ISO-TEE) dargestellt,
die dadurch erhalten worden ist, daß in der Shunt-T-Kreuzung nach
Fig. 9a ein erster Widerstand 21 zwischen der vierten
Anschlußklemme 15 und der fünften Anschlußklemme 20 angeordnet
wird und daß zwischen der zweiten Anschlußklemme 11
und der sechsten Anschlußklemme 24 ein zweiter Widerstand 25
angeordnet wird. Der Widerstandswert der Widerstände 21
und 25 ist gleich.
In Fig. 10 ist eine Ausführungsform eines sogenannten Magischen T
angegeben. Das Magische T ist aus dem Reihen-T nach Fig. 8a und
dem Shunt-T nach Fig. 9a zusammengestellt. Ein erstes Leiterpaar
12, 13 ist an die Anschlußklemmen 10, 11 und ein zweites
Leiterpaar 16, 17 an die Anschlußklemmen 14, 15 angeschlossen.
Ein drittes Leiterpaar 18, 23 ist mit einem ersten Ende an
die Anschlußklemmen 11 und 15 und ein viertes Leiterpaar 19,
22 ist mit einem ersten Ende an die Anschlußklemmen 10 und 14
angeschlossen. Das dritte und vierte Leiterpaar bilden einen
rechten Winkel mit dem ersten und dem zweiten Leiterpaar.
die Leiter 19 und 22 haben eine Viertelwellenlänge, sind
mit einem zweiten Ende mit den Leitern 18 und 23 verbunden
und auf der zweiten Oberfläche des Trägers 3 angeordnet.
Ein fünftes Leiterpaar 28, 29 ist mit einem ersten Ende
an die Anschlußklemmen 14, 15 und ein sechstes Leiterpaar 30,
31 ist mit einem ersten Ende an die Anschlußklemmen 10 und 11
angeschlossen. Das fünfte und sechste Leiterpaar bilden
einen rechten Winkel mit dem ersten und dem zweiten Leiterpaar.
Das erste, zweite, fünfte und sechste Leiterpaar
bildet ein Reihen-T und das erste, zweite, dritte und vierte
Leiterpaar ein Shunt-T. Die Leiter 30 und 31 haben eine
Viertelwellenlänge, sind mit einem zweiten Ende mit den
Leitern 28 und 29 verbunden und auf der zweiten Oberfläche
des Trägers 3 angeordnet.
Ein Magisches T hat die Eigenschaft, daß die Reflexion der
Wellenerscheinung in einem Leiterpaar Null ist, wenn die
anderen Leiterpaare charakteristisch abgeschlossen sind.
Außerdem weist das Magische T die Eigenschaft auf, daß die
Leiterpaare 16, 17 gegenüber 12, 13 und die Leiterpaare 26, 27
gegenüber 32, 33 entkoppelt sind.
In Fig. 11 ist ein Zirkulator in unterstützter Mikrostreifenleitung
dargestellt. Dabei sind drei Leiterpaare 43, 44 und
45, die unter einander Winkel von 120° einschließen,
miteinander verbunden, wie in Fig. 12 dargestellt.
Am Knotenpunkt der drei Leiterpaare 43, 44 und 45
ist ein Ferritzylinder 46 angeordnet. Die Richtung des
Pfeiles zeigt, daß bei der dargestellten Richtung des
statischen Magnetfeldes eine Welle, die über das Leiterpaar 43
in Richtung des Knotenpunktes sich fortpflanzt, über das
Leiterpaar 44 abgeführt wird, während beispielsweise die
durch das Leiterpaar 44 reflektierte Welle über das
Leiterpaar 44 abgeführt wird, während beispielsweise die
durch das Leiterpaar 44 reflektierte Welle über das Leiterpaar
45 abgeführt wird.
In Fig. 12a ist eine breitbandige verschiebbare Belastungsimpedanz
dargestellt. Über dem Leiterpaar 47, 48 ist ein
keilförmiger Körper 53 angeordnet, der aus einem widerstandsfähigen
Material mit eine Flächenwiderstand R
hergestellt ist. Unmittelbarer Kontakt zwischen der SOM-
Leitung (Leiterpaar 49, 50) und dem keilförmigen Körper 53
wird dadurch vermieden, daß zwischen der SOM-Leitung
und dem keilförmigen Körper 53 eine nicht leitende Platte 52
(aus dielektrischem Material) angeordnet wird. Die Keilform
des Körpers 53 bezweckt, einen reflexionsarmen Abschluß
der SOM-Leitung herzustellen, während die SOM-Leitung mit
dem Wellenwiderstand 51 (Z ₀₀ ) abgeschlossen ist, um hinter
dem Keil (d. h. an der nicht keilförmigen Seite des Körpers 53) Reflexionen zu vermeiden.
In Fig. 12b ist ein Schnitt entlang der Linie XII B-XII B
dargestellt.
In Fig. 13a ist ein schmalbandiger verschiebbarer Kurzschluß
für eine unterstützte Mikrostreifenleitung dargestellt. Auf
dem Leiterpaar 47, 48 ist ein U-förmiger Leiter 54 angeordnet.
Die SOM-Leitung ist mit dem charakteristischen Leitungswiderstand
51 (Z ₀₀ ) abgeschlossen, damit Reflexionen hinter
dem Leiter 54 (d. h. an der geschlossenen Seite des U) vermieden bzw. gedämpft
werden. Zwischen der SOM-Leitung 47-48 und dem U-förmigen
Leiter 54 ist eine nicht leitende Platte 56 angeordnet. Die
Schenkel des U sind eine Viertelwellenlänge lang, um einen
elektrischen Kontakt zwischen der SOM-Leitung und dem U-förmigen
Leiter 54 über ein schmales Frequenzband herzustellen.
Ein Schnitt entlang der Linie XIII B-XIII B ist in Fig. 13b
dargestellt.
In Fig. 14a ist ein breitbandiger verschiebbarer Kurzschluß
für eine unterstützte Mikrostreifenleitung dargestellt. Auf
dem Leiterpaar 47, 48 ist ein leitender Streifen 55 angeordnet.
Die SOM-Leitung ist mit der charakteristischen
Leitungsimpedanz 51 (Z ₀₀ ) abgeschlossen.
Fig. 14b zeigt den Schnitt entlang der Linie XIV B-XIV B.
Es sind auch z. B. Filter,
Dämpfer und Phasenschieber in unterstützter Mikrostreifenleitungsanordnung
ausführbar. Mikrowellenschaltungen können auch
aktive Elemente, wie z. B. Schottky-Dioden oder Transistoren,
aufweisen. Damit können dann z. B. Mischer und Verstärker
verwirklicht werden.
Claims (9)
1. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung mit zwei
parallelen Metallflächen, einem parallel zu und zwischen
denselben angeordneten dielektrischen Träger und einem
auf einer ersten Oberfläche des Trägers angeordneten
ersten streifenförmigen Leiter,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des
Trägers (3) ein zweiter streifenförmiger Leiter (5) angeordnet
ist, der sich hauptsächlich parallel zu dem
ersten streifenförmigen Leiter (4) erstreckt und elektromagnetisch
dazu gekoppelt ist, wobei zwischen den
Leitern (4, 5) eine symmetrische Belastung ( 51) angeordnet
ist, und daß auf beiden Leitern (4, 5) und in der
Belastung (51) durch eine symmetrische Speisung von einer
Speisequelle ein elektrisches Feld ausschließlich in
ungeraden Moden angeregt wird.
2. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speisequelle eine in bezug
auf ein Erdpotential asymmetrische Quelle, eine auf einer
zweiten Oberfläche des Trägers (3 ) angeordnete Schlitzübertragungsleitung
(65), die durch einen Schlitz zwischen zwei
elektrisch leitenden, auf dem Träger (3) angeordneten Flächen gebildet
ist, wobei die Leitung (65) mit der asymmetrischen
Quelle elektromagnetisch gekoppelt ist, und einen auf der
ersten Oberfläche angeordneten Verbindungsleiter (69) zwischen
einem Ende des ersten Leiters (4) und einem entsprechenden
Ende des zweiten Leiters (5 ) aufweist, wobei der
Verbindungsleiter (69) gegenüber der Schlitzübertragungsleitung
(65) in bezug auf das Erdpotential symmetrisch
und mit ihr zum Umwandeln der ungeraden Moden in der
Schlitzübertragungsleitung (65) in eine Wellenerscheinung
in einem ausschließlich ungeraden Modus gekoppelt ist.
3. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach einem
der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Metallflächen (1, 2) aus
leitenden und widerstandsbehafteten Teilen zum Dämpfen
gerader Moden zusammengestellt sind.
4. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kurve der Leitung der
erste streifenförmige Leiter (4) und der zweite streifenförmige
Leiter (5) durch einen Schlitz in Richtung der
Winkelhalbierenden des Ablenkwinkels unterbrochen sind und
die ersten Leiter (4, 5 ) mit den zweiten Leitern (4′, 5′)
kreuzweise verbunden sind.
5. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des dielektrischen
Trägers (3) angeordnet sind: vier Anschlußklemmen
(10, 11, 14, 15), die die Eckpunkte eines imaginären Rechtecks
bilden; eine erste Mikrostreifenleitung (12, 13), die
an eine erste der Anschlußklemmen (10) und eine zweite der
Anschlußklemmen (11) angeschlossen ist, die zu derselben
Rechteckseite gehören; eine zweite Mikrostreifenleitung (16, 17),
die an eine dritte der Anschlußklemmen (14) und eine vierte
der Anschlußklemmen (15) angeschlossen ist, wobei die
Leiter der ersten Mikrostreifenleitung (12, 13) und der
zweiten Mikrostreifenleitung (16, 17) fluchtend liegen;
eine dritte Mikrostreifenleitung (18, 19), die an die
zweite Anschlußklemme (11) und die vierte Anschlußklemme (15)
angeschlossen ist, die zu derselben Rechteckseite gehören,
wobei die dritte Mikrostreifenleitung (18, 19) mit der
ersten (12, 13) und der zweiten Mikrostreifenleitung (16, 17)
einen rechten Winkel einschließt und eine Verbindung zwischen
der ersten Anschlußklemme (10) und einer fünften Anschlußklemme
(20) vorgesehen ist; und daß ferner auf einer
zweiten Oberfläche des dielektrischen Trägers (3) eine vierte
Mikrostreifenleitung (22, 23) angeordnet ist, die gegenüber
der dritten Mikrostreifenleitung (18, 19) liegt, eine Länge
entsprechend einer Viertelwellenlänge hat, eine Verbindung
zwischen der dritten Anschlußklemme (14) und einer sechsten
Anschlußklemme (24) aufweist, mit einem ersten Ende mit der
fünften (20) und der sechsten Anschlußklemme (24) und mit
einem zweiten Ende mit der dritten Mikrostreifenleitung (18, 19)
verbunden ist zum Herstellen einer Reihen-T-Kreuzung (Fig. 8).
6. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des
Trägers (3) angeordnet sind: vier Anschlußklemmen (10, 11, 14, 15),
die die Eckpunkte eines imaginären Rechtecks bilden; eine
erste Mikrostreifenleitung (12, 13), die an eine erste (10)
und eine zweite der Anschlußklemmen (11) angeschlossen ist,
die zu derselben Rechteckseite gehören; eine zweite Mikrostreifenleitung
(16, 17), die an eine dritte (14) und eine
vierte der Anschlußklemmen (15) angeschlossen ist, wobei die
Leiter der ersten Mikrostreifenleitung (12, 13) und der
zweiten Mikrostreifenleitung (18, 19), die an die zweite
(11) und die vierte Anschlußklemme (15) angeschlossen ist,
die nicht zu derselben Rechteckseite gehören, wobei die
dritte Mikrostreifenleitung (18, 19) mit der ersten (12, 13)
und der zweiten Mikrostreifenleitung (16, 17) einen rechten
Winkel einschließt; eine Verbindung zwischen der ersten (10)
und einer fünften Anschlußklemme (20) und eine Verbindung
zwischen der dritten (14) und einer sechsten Anschlußklemme (24);
und daß ferner auf einer zweiten Oberfläche des Trägers (3)
eine vierte Mikrostreifenleitung (22, 23) angeschlossen ist,
die gegenüber der dritten Mikrostreifenleitung (18, 19) liegt,
eine Länge entsprechend einer Viertelwellenlänge hat und mit
einem ersten Ende mit der fünften (20) und der sechsten Anschlußklemme
(24) zum Herstellen einer Shunt-T-Kreuzung verbunden
ist (Fig. 9).
7. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Anschlußklemme (15)
durch einen ersten Widerstand (21) mit der fünften Anschlußklemme
(20) und die zweite Anschlußklemme (11) durch einen
zweiten Widerstand (25) mit der sechsten Anschlußklemme (24)
verbunden ist und daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes
(21) dem des zweiten Widerstandes (25) entspricht.
8. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anschlußklemme (11)
durch einen ersten Widerstand (25) mit der sechsten Anschlußklemme
(24) und die vierte Anschlußklemme (15) durch einen
zweiten Widerstand (21) mit der fünften Anschlußklemme (20)
verbunden ist und daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes
(25) dem des zweiten Widerstandes (21) entspricht.
9. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des dielektrischen
Trägers (3) angeordnet sind: vier Anschlußklemmen
(10, 11, 14, 15), die die Eckpunkte eines imaginären
Rechtecks bilden; eine sechste Mikrostreifenleitung (12, 13),
die an eine erste (10) und eine zweite der Anschlußklemmen (11)
angeschlossen ist, die zu derselben Rechteckseite gehören;
eine zweite Mikrostreifenleitung (16, 17), die an eine dritte
(14) und eine vierte der Anschlußklemmen (15) angeschlossen
ist, wobei die Leiter der ersten (12, 13) und der zweiten
Mikrostreifenleitung (16, 17) fluchtend liegen; eine dritte
Mikrostreifenleitung (18, 23 ), die an die zweite Anschlußklemme
(11) und die vierte Anschlußklemme (15) angeschlossen
ist, die nicht zu derselben Rechteckseite gehören, wobei die
dritte Mikrostreifenleitung (18, 23) mit der ersten Mikrostreifenleitung
(12, 13) und der zweiten Mikrostreifenleitung
(16, 17) einen rechten Winkel einschließt; eine vierte Mikrostreifenleitung
(28, 29), die an die dritte (14) und an die
vierte Anschlußklemme (15) angeschlossen ist und mit der
dritten Mikrostreifenleitung (18, 23) fluchtend liegt; und
daß auf einer zweiten Oberfläche des dielektrischen Trägers (3)
angeordnet sind: eine fünfte Mikrostreifenleitung (19, 22),
die gegenüber der dritten Mikrostreifenleitung (18, 23) liegt,
eine Länge entsprechend einer Viertelwellenlänge hat und mit
einem ersten Ende mit der zweiten (11) und der dritten Anschlußklemme
(14) und mit einem zweiten Ende mit der
dritten Mikrostreifenleitung (18, 23) kreuzweise verbunden
ist; sowie eine sechste Mikrostreifenleitung (30, 31), die
gegenüber der vierten Mikrostreifenleitung (28, 29) liegt,
und eine Länge entsprechend einer Viertelwellenlänge hat
und mit einem ersten Ende mit der ersten (10) und der
zweiten Anschlußklemme (11) und mit einem zweiten Ende mit
der vierten Mikrostreifenleitung (28, 29) zum Herstellen
einer Magic-T-Kreuzung verbunden ist (Fig. 10).
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