-
-
Als planare Struktur aufgebaute Schaltungsanordnung
-
Die Erfindung betrifft eine als planare Struktur aufgebaute Schaltungsanordnung
mit wenigstens einer durchgehenden flächenhaften Masseleitung, bei der wenigstens
ein Schlitz in der Masseleitung vorgesehen ist.
-
Strukturen der vorgenannten Art sind beispielsweise aus den Aufsätzen
"Slot Line on a Dielectric Substrate" in der Zeitschrift IEEE Transactions on Microwave
Theory and Techniques, Nr. 10, 1969, Seiten 768 bis 778 bzw.
-
auch aus der Zeitschrift A.E.Ü., Band 12, 1978, Heft 12 unter dem
Titel "Microstrip Lines with Partially Removed Ground Metallization, Theory and
Applications" auf den Seiten 485 bis 492 bekannt geworden. Im erstgenannten Aufsatz
werden solche Strukturen direkt als Schlitzleitungen bezeichnet und es sind die
Schlitze dort so angeordnet, daß sie eine unmittelbare Beeinflussung anderer Leitungsstrukturen
zur Folge haben.
-
Beispielsweise verlaufen die Schlitze unmittelbar senkrecht zu den
Leitungsstrukturen, also auch senkrecht zu den Strompfaden, oder sie bewirken unmittelbar
eine zusätzliche Verkopplung.
-
Ähnliche Anordnungen werden auch im zweitgenannten Aufsatz beschrieben,
wo es ebenfalls darum geht, die Schlitze in einer solchen Weise einzubringen, daß
sie zwingend eine Beeinflussung der Schaltungseigenschaften zur Folge haben. Beispielsweise
wird durch teilweises Entfernen der Metallisierung auf der Substratunterseite der
Kapazitätsbelag reduziert, was auch eine Veränderung des Wellenwiderstandes der
Leiterstrukturen bewirkt,
auch wenn die Schlitze gegebenenfalls
so angebracht sein können, daß sie parallel zu den Strompfaden verlaufen.
-
Beim Aufbau von Mikrowellenschaltungen zeigt sich jedoch folgendes.
Bei räumlich eng benachbarten planaren Leiterstrukturen, wie z.B. Resonatoren in
Filtern, kann es zu unerwünschten Verkopplungen kommen, weil auf dem Metallbelag
der Leiterplattenrückseite die Rückströme von zwei oder mehr Leitern, insbesondere
auch Leitungsresonatoren, an den endlichen Verlustwiderständen von gemeinsamen Strompfaden
Spannungsabfälle aufbauen, die zu Verkopplungen führen. Solche Verkopplungen können
durch die bekannten Berechnungsverfahren nicht erfaßt werden und sind vielfach unerwünscht,
insbesondere bei Leitern bzw. Filterstrukturen, die praktisch als entkoppelt gelten
sollen.
-
Bisher wurden solche Verkopplungen vermieden, indem beim Entwurf der
Leiteranordnungen durch entsprechende Schaltungsstrukturen die rückseitigen Strompfade
so gelegt waren, daß sie in genügendem räumlichen Abstand verlaufen konnten, was
jedoch einen erhöhten Platzbedarf zur Folge hat.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, für Mikrowellenschaltungen aus planaren
Strukturen Ausgestaltungen anzugeben, nach denen man benachbarte Strukturen gegeneinander
möglichst entkoppeln kann, ohne daß es eines zusätzlichen Aufwandes bedürfte und
ohne daß der auf einem Schaltungssubstrat zur Verfügung stehende Platz gewissermaßen
verschwendet wird.
-
Ausgehend von der einleitend genannten planaren Struktur wird diese
Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Schlitz in seiner Längenausdehnung
parallel zu den Strompfaden der Leitungsstruktur verläuft
und derart
angeordnet ist, daß die übrigen Eigenschaften der Schaltung, wie beispielsweise
der Wellenwiderstand von Leitungen, sich gegenüber den ursprünglichen Eigenschaften
nicht verändern.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch
näher erläutert. Es zeigen in der Zeichnung Fig. 1 eine Anordnung unter Verwendung
von konzentrierten Schaltelementen, Fig. 2 eine Anordnung unter Verwendung von Leitungsresonatoren.
-
Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist zu erkennen ein Substrat S,
dessen Rückwandmetallisierung schraffiert kenntlich gemacht ist. Gezeigt ist ein
zweikreisiges Filter, das aus den Resonanzkreisen mit der Spule 1 und dem Kondensator
2 bzw. der Spule 3 und dem Kondensator 4 besteht. Die Induktivitäten können als
konzentrierte Schaltelemente oder auch in Form gedruckter Leitungen~ ausgebildet
sein, die Kapazitäten 2 und 4 ebenfalls in einer dem jeweiligen Anwendungszweck
geeigneten Weise.
-
Diese beiden Resonanzkreise werden über eine Koppelkapazität 6 miteinander
verkoppelt, die in Abhängigkeit von der Frequenz ebenfalls in geeigneter Form ausgebildet
sein kann. Weiterhin ist zu erkennen eine elektrische Schirmwand 5, die ebenfalls
der Entkopplung der Resonanzkreise dient. In der Regel wird eine Schaltung nach
Fig. 1 auch in ein Gehäuse eingebaut werden, was aber zur besseren Übersicht nicht
dargestellt ist. Selbstverständlich muß dann darauf geachtet werden, daß die Schirmwand
5 mit diesem Gehäuse verbunden ist.
-
Der Grundgedanke der Erfindung ist, anstelle der räumlichen Entfernung
zur Trennung der rückseitigen Strompfade diese Trennung durch Einführung von isolierenden
Spalten oder Schlitzen in der Rückseitenmetallisierung die Trennung der Strompfade
zu erzwingen. Si ist es z.B. in einer Schaltung nach Fig. 1 nur möglich, hohe Sperrdämpfungen
zu erreichen, wenn die rückseitigen Ströme von Resonanzkreis 1, 2 und 3, 4 durch
den Spalt 7 in der Metallisierung gezwungen, getrennt zum Gehäuse fließen.
-
In Fig. 1 ist also davon auszugehen, daß der Schlitz 7 derart angeordnet
ist, daß er parallel zu den Strompfaden der Anordnung verläuft. Auch erfolgt die
Anordnung in einer solchen Weise, daß sich die Eigenschaften der Schaltung nicht
ändern. Dies läßt sich beispielsweise in der Weise feststellen, daß man bei einer
Filterschaltung die Eigenschaften an sich empirisch erfassen kann und daß man weiterhin
eine möglichst gute Übereinstimmung der praktischen Schaltung mit den theoretischen
Vorschriften zu erreichen versucht. Es läßt sich also feststellen, daß der Schlitz
7 eine Wirkung hat, die eigentlich die Eigenschaft der Schaltung, wie beispielsweise
Wellenwiderstände von Leitungen, nicht beeinflußt, daß er jedoch gleichzeitig eine
erhebliche Vergrößerung der Entkopplung zwischen den Resonanzkreisen 1, 2 und 3,
4 bewirkt.
-
Eine weitere Ausgestaltung ist in Fig. 2 gezeigt. Es ist dabei eine
Draufsicht und eine Seitenansicht entlang dem Schnitt A-A' dargestellt, wobei Leitungsresonatoren
verwendet sind, die zur Realisierung von Mikrowellenfiltern geeignet sind. Auch
ist zu erkennen das Substrat S sowie die durchgehende Rückseiten metallisierung
M, auch die zugehörigen Leitungsstrukturen 1', 2' und 3'. Die Anordnung ist insgesamt
in
ein Gehäuse 8 eingebaut. Die Leitungsresonatoren 1' und 3' sind
als gerade durchgehende Leiterbahnen ausgebildet, während der Leitungsresonator
2' gewissermaßen gefaltet ist. Die Leiterstrukturen 1', 2' und 3' haben somit die
gemeinsame Rückwandmetallisierung M. Der Abstand der einzelnen Leiterstrukturen
ist selbstverständlich so gewählt, daß die theoretisch verlangten.
-
Filtereigenschaften möglichst vollständig erreicht werden. Auch hier
zeigt sich, daß die zwischen den planaren Leitungsresonatoren 1 und 3 wirksame Stromverkopplung,
die den gefalteten Resonator 2 überbrücken würde, durch den Schlitz 7 auf der Rückseite
unterdrückt wird.
-
Der Schlitz 7 liegt aber parallel zu den Resonatorkanten und zwischen
diesen, also parallel zu den Strompfaden, damit die. Resonanzströme selbst nicht
unterbrochen werden.
-
Mit anderen Worten heißt das, daß es auch bei der Anordnung nach Fig.
2 empirisch möglich ist, den Schlitz in einer solchen Weise auszubilden, daß einerseits
die Entkopplung zwischen den Resonanzkreisen 1' und 3' steigt, ohne daß die übrigen
Eigenschaften der Schaltung verändert werden.
-
In Fig. 2 ist eine in der Art einer MIC-(Microwave Integrated Circuit)-Anordnung
ausgebildete Filterschaltung dargestellt, die hier als Mikrostreifenleitung realisiert
ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, stattdessen die an sich bekannten Streifenleitungsstrukturen
zu verwenden. Wenn die Anordnung in ein metallisches Gehäuse 8 eingebaut wird, so
daß also an diesem Ende ein metallischer Kurzschluß erzeugt wird, ist es vorteilhaft,
dem Schlitz eine Länge zu geben, die etwa die Hälfte der zur mittleren Betriebsfrequenz
gehörigen Wellenlänge beträgt, wobei selbstverständlich die Eigenschaften des Substrates
berücksichtigt
werden müssen. Bei MIC-Schaltungen nach Fig. 2 ist
vorteilhaft, den Schlitz 7 so anzuordnen, daß seine Kanten wenigstens einen Abstand
von der benachbarten Leiterstruktur haben, der gleich der doppelten Substratdicke
ist. Dieser Abstand ist in Fig. 2 mit d bezeichnet.
-
Die vorstehend beschriebenen Anordnungen haben also den Vorteil, daß
die auf einem Substrat unterzubringenden Schaltungen eine relativ große Entkopplungsdämpfung
gegeneinander haben, ohne daß dabei zusätzlicher Raum zur Erzielung der Entkopplungsdämpfungverbraucht
werden muß. Es lassen sich somit MIC-Schaltungen in einer noch engeren Packungsdichte
realisieren, ohne daß Störungen durch unerwünschte Kopplungen auftreten.
-
5 Patentansprüche 2 Figuren
Leerseite