DE3020515C2

DE3020515C2 - Übergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung

Info

Publication number: DE3020515C2
Application number: DE19803020515
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Ehrlinger; Wolfgang Dipl.-Ing. 7150 Backnang Hauth
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3020515A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Uebergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung in Form einer gestuften Erweiterung der Schlitz- oder Flossenleiterbreite, wobei das Substrat, auf dem die Schlitz- oder Flossenleitung mit gestuftem Uebergang angeordnet ist, parallel zur E-Ebene im Hohlleiter aufgestellt ist und die Schlitz- oder Flossenleitung sich in Ausbreitungsrichtung des Hohlleiters fortsetzt, und wobei die metallisierte Flaeche auf dem Substrat mit dem Hohlleiter mindestens fuer HF-Energie leitend verbunden ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen, reflexionsarmen Uebergang geringer Baulaenge von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung zu schaffen. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass sich an die Schlitz- oder Flossenleiterstufung eine oder mehrere den Hohlleiter dielektrisch belastende Uebergangsstufen anschliessen, welche als nichtmetallisierte Bereiche auf dem Substrat ausgebildet sind, die sich ber die ganze H!he des Hohlleiters erstrecken und bis an den in den Hohlleiter hineinweisenden Rand des Substrats reichen. ...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft einen Übergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung in Form einer gestuften Erweiterung der Schlitz- oder Flossenleiterbreite, wobei das Substrat, auf dem die Schlitz- oder Flossenleltung mit dem gestuften Übergang angeordnet Ist, parallel zur E-Ebtme im Hohlleiter aufgestellt !stund die Schlitz- oder Flossenleitung sich in Ausbreitungsrichtung des Hohlleiters fortsetzt, und wobei die metallisierte Fläche auf dem Substrat r.-.rt dem Hohlleiter mindestens für HF-Energie leitend verbunden Ist.

Beim Übergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung muß für eine möglichst reflexions-

freie Anpassung zwischen diesen L-.iden unterschiedlichen Leitungstypen gesorgt werden. Aus »Paul J. Meier:

Prlnted-Clrcult balanced mixer for the 4- and 5-mm-bands, IEEE 1979 MTT Symposium, pp 84, 85« Ist ein __ getaperter Übergang auf eine Flossenleitung (Fin-llne) bekannt. Die Flossenleitung und der davor gesetzte Taper

befinden sich auf einem Substrat, das in den Hohlleiter hineinragt. Dabei steht das Substrat parallel zum E-FeId des Hohlleiters und verläuft in Richtung der Hohlleiterlängsachse. Es 1st bekannt, daß derartige Taper eine umso breitbandlgere Anpassung bewirken je allmählicher der Übergang vom breiten auf den schmalen Querschnitt erfolgt. Dies bringt eine sehr große Baulänge des Übergangs mit sich, was aber gerade, unerwünscht 1st im Hinblick auf eine große Integrationsdichte planarer Strukturen auf einem Substrat. An der Substratkante, die in den Hohlleiter hineinweist, tritt eine störende Reflexion der Hohlleiterwelle auf, deren Stärke mit der Dicke des Substrats und mit wachsender Dielektrizitätskonstante ε, zunimmt. Mit einem Taper kann aber keine rückläufige Welle erzeugt werden, die die an der Kante reflektierte Welle kompensiert. Der getaperte Übergang mit der anschließenden Flossenleltung 1st daher, wie aus der oben erwähnten Schrift hervorgeht, auf einem sehr dünnen (d — 0,12 mm) Substrat mit geringem ζ, (ε, = 2,35) aufgebracht, um die Reflexion an der Substratkante möglichst gering zu halten. Für eine hohe Integrationsdichte von planaren Schaltungstellen auf dem Substrat ist dagegen ein Material mit relativ hoher Dielektrizitätskonstante (ε, - 10) gefordert. Um hierbei die nötige mechanische Festigkeit zu gewährleisten, 1st ein dickeres Substrat zu wählen (d ^. 0,4 mm).

Für eine breltbandlge Kompensation der Reflexion selbst an einer breiten Substratkante 1st ein gestufter Übergang zwischen dem Hohlleiter und der Schlitz- oder Flossenleltung geeignet. Er erzeugt nämlich an seinen Stufungen rücklaufende Wellen, die über ein breites Frequenzband die an der Substratkante reflektierten Wellen kompensieren. Ein derartiger gestufter Schlitzleitungsübergang geht aus der DE-OS 21 62 196 hervor. Die Schlitzleitung erfährt, wie dort die F1 g. 7 zeigt, In Richtung des Hohlleiterinneren eine gestufte Erweiterung ihrer Breite. Man erhält eine breltbandlge Impedanzanpassung zwischen dem Hohlleiter und der Schlitzleitung, wenn die Übersetzungsverhältnisse nicht zu groß gewählt werden. Vor allem Ist es entscheidend, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Weilenwiderstand des Hohlleiters und der ersten Übergangsstufe auf dem Substrat nicht zu sehr von 1 abweicht. Beim Übergang aus der DE-OS 21 62 196 direkt vom Hohlleiter auf die erste Schlitzleiterstufe liegt ein ziemlich großer Wellenwiderstandssprung vor, der die gesamte Anpassung schmalbandlg werden läßt.

Aus der DE-OS 27 38 326 Ist ein Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleiterstruktur mit stufenweise sich verbreiternden strelfenförmlgen Leitern bekannt, bei dem sich an die Strelfenlelterstufung eine den Hohlleiter dielektrisch belastende Übergangsstufe anschließt, die als nlchtmetalllslerter Bereich auf dem Strelfenleltersubstrat ausgebildet Ist und die sich über die ganze Hohe des Hohlleiters erstreckt und bis an oen In den Hohlleiter hineinweisenden Rand des Substrates reicht.

Ebenfalls ein Übergang von einem Hohlleller auf eine Streifenleitung Ist aus der DE-AS 10 75 690 bekannt. Dabei Ist die Masseleitung mit einer Hohlleiterwand und der Streifenleiter mit einem an einer Hohllelterinnenffs wand angeordneten leitenden Steg kontaktiert. Das die Streifenleitung tragende Substrat, welches senkrecht zum

E-FeId Im Hohlleiter ausgerichtet 1st, ragt mit seinem nichtmetalllsierten vorderen Bereich In den Hohlleiter hinein. Dieser als Wellenformwandler wirkende nlchtmetalllslerte Bereich des dielektrischen Substrats nimmt In seiner Dicke zum Hohlleiterinneren hin gestuft ab.

Der Erfindung Üegt die Aufgabe zugrunde, einen Übergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung der eingangs genannten Art anzugeben, der möglichst reflexionsarm ist und eine geringe Durchlaß- s dämpfung aufweist

Diese Aufgabe wird auf zwei verschiedene Arten durch die kennzeichnenden Merkmale der nebengeordneten Ansprache 1 und 2 gelöst. Eine zweckmäßige Ausführung der Erfindung geht aus dem Unteranspruch hervor.

Die erfindungsgemäßen Übergänge haben den Vorteil, daß sie eine geringe Baulänge besitzen. Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbelsplels wird nun die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines mit dem Übergang versehenen Substrats, das In einem Hohlleiter angeordnet ist,

F1 g. 2 einen Längsschnitt A-A durch den Hohlleiter mit dem darin gelagerten Substrat F1 g. 3 ein Substrat mit einer Aussparung, Fl g. 4 a, 4 b ein Substrat (Vorder- und Seltenansicht), das In seiner Dicke abgestuft 1st und Flg. 5 ein Leitungsersatzschaltbild des in den Flg. 1 und 2 dargestellten Hohlleiter-Schlltzleitungsübergangs.

In der Flg. 1 1st ein Rechteckhohlleiterstück 1 der Höhe b und der Breite α dargestellt, In dem In der Symmetrieebene parallel zum E-FeId ein Substrat 2 der Dicke d angeordnet 1st. Der Hohlleiter, der sich in Richtung aus der Zeichenebene heraus fortsetzt, ist auf Höhe der Substratkante abgeschnitten dargestellt, um die Lage des die Schlitzleiterstruktur tragenden Substrats zu zeigen. Das einseitig mit einer metall; v-^rten Schicht 3 (kreuzschraffiert gezeichnet) versehene Substrat 2 v/ird in Nuten 4 in den Hohlleiterwänden gehalter.

Der Flg. 2, weiche den Schnitt A-A durcn den Hohlleiter darstellt, 1st die aus der Metallisierung 3 herausgeätzte Schlitzleiterstruktur zu entnehmen. Auf die Schlitzleitung der Breite w, folgen zwei Übergangsstufen mit den Längen I₁ und I₂ und den Schlitzbreiten W₁ und W₁, wobei gilt: W₁ > W₁ > w_t. Der Stufe mit der Breite W₁ ist eine weitere, bis an den Substratraad reichende Stufe der Länge Λ und der Breite w_t vorangestellt. Sie besteht aus einem nichtmetaUislerten Bereich auf dem Substrat, dessen Breite w, gleich der Höhe b des Hohlleiters Ist. Diese Stufe stellt also eine rein dielektrische Belastung für den Hohlleiter dar. Das durch diese Stufe dielektrisch belastete Hohlleiterstück weist einen Wellenwiderstand Zi auf, der mit dem Wellenwiderstand Zo des unbelasteten, leeren Hohlleiters ein für die breltbandlge Anpassung gefordertes niedriges Transformationsverhältnis bildet. Ein noch niedrigeres Transformationsverhältnis läßt sich erreichen beispielsweise durch eine Aussparung ^M 5 Im Substrat 2 Im Bereich dieser Stufe, wie dies In Fl 3. 3 dargestellt 1st. Bei sehr hohen Anforderungen an die Bandbreite können weitere nlchtmetalllslerte Stufen mit Aussparungen abgestufter Breite eingefügt werden. Die gleiche Wirkung läßt sich durch Abstufungen der Substratdicke erreichen.

Die Flg. 4 a und 4 b zeigen die Vorder- und Seltenansicht eines Substrats 2, das z. B. mit drei Abstufungen 7, 8 und 9 versehen ist.

Um eine gut leitende HF-Verbindung zwischen der metallisierten Schicht 3 auf dem Substrat und dem Hohlleiter 1 herzustellen, Ist auf bekannte Weise die Metallisierung an beiden Rändern mit einer kammartigen Leiterstruktur 6 versehen. Und zwar greift diese Kammstruktur, die beim In der FI g. 2 dargestellten Ausiilhrungsbelsptsl oberhalb und unterhalb der ersten Transformationsstufe mit der Breite w, verläuft, in den unteren Teil 3' der In die Hohlleiterwände eingelassenen Nuten 3 ein. Der untere Teil 3' der Nuten 3 1st etwas verbreitert, so daß die kammartige Leiterstruktur 6 keinen galvanischen Kontakt mit den Hohlleiterwänden eingeht. Die Zähne der Kammstruktur haben eine Länge, die etwa einem Viertel der Betriebswellenlänge der Anordnung entspricht. Sie bilden λ/4-Transformatoren, die die hohen Impedanzen an den offenen Enden auf eine niedrige Impedanz an der Stelle der oberen und unteren Hohlleiterwand transformieren. Dadurch Ist auch bei kleinen Abweichungen von der Idealen Läse des Substrats Im Hohlleiter ein einwandfreier HF-Kontakt zwischen den Hohlleiterwänden und der leitenden Fläche 3 auf dem Substrat gewährleistet.

Die Flg.S zeigt ein Leitungsersatzschaltbild der aus den Flg. 1 und 2 hervorgehenden Anordnung. Darin sind für die einzelnen Abschnitte der Wellenwiderstand und die Betriebswellenlänge aufgeführt: Zo, X₀ für den leeren, unbelasteten Hohlleiter, Z_x, λ, für den durch die erste Transformationsstufe dielektrisch belasteten Hohl-Ieiierabschnitt, Z₁, X₁ und Zj, Xj für die beiden weiteren Schlltzleltungs-TranMbrmatlonsstufen und Ζ«, JU für die eigentliche Schlltzlelfing. Die Induktivitäten Lsu, Ls₁₃ und Ls₃₄ treten an den Sprungstellen zwischen den Transformationsstufen auf.

Bei folgenden Abmessungen des Übergangs ergibt sich e.'ne guie reflexionsarme Anpassung zwischen dem Hohlleiter und de,- Schlitzleitung In einem Frequenzband von 18 bis 22 GHz:

Dicke des Substrats d = 0,381 mm Dielektrizitätskonstante des Substrats ε_Γ = 9,8 Länge und Breite der ersten Transformationsstufe ohne Aussparung I, = 3,25 mm, w, = 4,12 mm Lange und Breite der zweiten Transformationsstufe I₂ = 2,43 mm, W₁ = 1,58 mm Länge und Breite der dritten Transformationsstufe /₃ = 2,35 mm, w, = 0,4 mm Breite der Schlltzleltung _w, = 0.12 mm Die Impedanz der Schlltzleltung beträgt dabei 80 il und die des Rechteckhohlleiters 1700 i>. Für die Anordnung erhält man in dem erwähnten Frequenzbereich eine Reflexlonsdämpfung von ^ 23 dB

und eine DurchlaBdilmpfung von ca. 0,2 dB.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Übergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung In Form einer gestuften Erweiterung der Schlitz- oder Flossenleitcrbrelte, wobei das Substrat, auf dem die Schlitz- oder Flossenleitung mit dem gestuften Übergang angeordnet 1st, parallel zur Ε-Ebene Im Hohlleiter aufgestellt Ist und die Schlitzoder Flossenleltung sich in Ausbrettungsrichtung des Hohlleiters fortsetzt und wobei die metallisierte Fläche auf dem Substrat mit dem Hohlleiter mindestens für HF-Energie leitend verbunden Ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Schlitz- oder Flossenlelterstufung eine oder mehrere den Hohlleiter (1) dielektrisch belastende Übergangsstufen anschließen, welche als nichtmetallislerts Bereiche auf dem Substrat (2) ausgebildet sind, die sich über die ganze Hohe (&) des Hohlleiters erstrecken und bis an den In den Hohlleiter hineinweisenden Rand des Substrats reichen, und daß in der (den) Übergangsstufe(n) mindestens eine oder mehrere hintereinander liegende Aussparungen (S) mit abgestufter Breite vorhanden sind.

2. Übergang von einem Hohlleiter auf eine Schlitz- oder Flossenleitung In Form einer gestuften Erweiterung der Schlitz- oder Flossenlelterbrelte, wobei das Substrat, auf dem die Schlitz- oder Flossenleltung mit dem gestuften Übergang angeordnet 1st, parallel zur Ε-Ebene im Hohlleiter aufgestellt ist und die Schlitzoder Flossenleltung sich In Ausbreitungsrichtung des Hohlleiters fortsetzt und wobei die metallisierte Flache auf dem Substrat mit dem Hohlleiter mindestens fur HF-Energie leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Schlitz- oder Flossenlslterstufung eine oder mehrere den Hohlleiter (1) dielektrisch belastende C'bergangsstufen anschließen, welche als nlchtmetalllslerte Bereiche auf dem Substrat (2) ausgebildet sise, die sich über die ganze Höhe (£>) des Hohlleiters erstrecken und bis an den in den Hohlleiter hineinweisenden Rand des Substrats reichen, und daß die Substratdicke in der (den) Übergangsstufe(n) zum Hohllelterinnern hin gestuft abnimmt.

3. Übergang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlleiter (1) dielektrisch belastenden Übergangsstufen λ/4 lang sind.