DE3927114A1

DE3927114A1 - Koppler fuer den mikrowellenbereich

Info

Publication number: DE3927114A1
Application number: DE19893927114
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Callsen
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1989-08-17
Filing date: 1989-08-17
Publication date: 1991-02-21

Description

Die Erfindung betrifft einen Koppler für den Mikrowellen bereich gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Einen solchen Koppler in Form eines in Finleitungstechnik reali sierten 3dB-Hybrides ("Finline-Coupler") ist beispiels weise aus dem Artikel von S. Robertson: "The Ultra-band width Finline Coupler", in: IRE Transactions-Microwave Theory and Techniques, Dez. 1955, Seiten 45-48 bekannt.

Koppler der genannten Art werden beispielsweise als Lei stungsteiler in Mischern, Phasenschiebern, Monopulskompa ratoren usw. eingesetzt.

Aufgrund ihrer Einsatzfähigkeit im Millimeterwellenbereich werden sie insbesondere in den Bereichen der Satelliten- Kommunikations- und Radartechnik verwendet.

Bei dem bekannten Koppler handelt es sich um einen Finlei tungskoppler, bestehend aus zwei unilateralen, keilförmig zusammenlaufenden und sich nicht berührenden symmetrischen Fins. An der Stelle des kleinsten gegenseitigen Abstandes winkeln beide Fins radial unter einem Winkel von π/2 ab und laufen anschließend keilförmig auseinander.

Einfallende Hohlleiterwellen werden auf den Fins in Fin leitungswellen umgewandelt. Im Bereich des kleinsten ge genseitigen Abstandes koppelt ein Teil der Finleitungs welle aus und breitet sich in koaxialer Richtung aus. Der verbleibende Anteil wird in dem sich abwinkelnden Schlitz umgelenkt und in den keilförmig auseinanderlaufenden Fins in Hohlleiterwellen zurückgewandelt.

Mithin ist es notwendig, relativ viel Platz auf der Sub stratfläche für die metallischen Strukturen und im späte ren Endgerät für den Koppler bereitzustellen.

Ein Koppler in Mikrostreifenleitungstechnik ist beispiels weise aus dem Artikel von H. Atwater: "Impedance Transfor mations for the Generalized Reflection Modulator", in: IEEE Transactions on Mikrowave Theory and Techniques, MTT- 29, No. 3, März 1981, Seiten 229-234 bekannt.

Koppler der genannten Art werden beispielsweise als Pha senschieber, Amplitudenmodulatoren usw. eingesetzt. Da sie außerhalb eines Hohlleiters betrieben werden, können sie in Mikrowellenschaltungen integriert werden, unter anderem für den Bereich der Radartechnik.

Bei diesem bekannten Koppler handelt es sich um einen Mi krostreifenleitungskoppler, bestehend aus zwei parallelen Längsstegen, an deren Enden sich jeweils zwei Mikrostrei fenleitungstore gegenüberliegen und die durch mindestens zwei Querstege miteinander metallisch verbunden sind.

Mikrowellen werden an einem der Mikrostreifenleitungstore eingespeist und teilen sich in den einzelnen Querstegen in Mikrostreifenleitungsteilwellen auf. Diese Mikrostreifen leitungsteilwellen überlagern sich an den einzelnen Mi krostreifenleitungstoren und führen zur Entkopplung der einzelnen Mikrostreifenleitungstore.

Mithin sind in Mikrostreifenleitungstechnik zwar platzspa rende Koppler realisierbar, die jedoch im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen Finline-Coupler nur über aufwen dige, verlustbehaftete Übergänge zwischen Mikrostreifen leitung und Hohlleitung auf planaren Schaltungen in Hohl leitern betrieben werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Koppler für planare Schaltungen in Hohlleitern der eingangs ge nannten Art zu schaffen, der die Vorteile von Mikrostrei fen- und Fin-Leitungstechnik miteinander verbindet.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in Pa tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevorzugte An wendungen der Erfindung aufgeführt.

Der erfindungsgemäße Koppler besteht aus der Kombination einer Finleitungsstruktur mit einer Mikrostreifen leitungsstruktur. Die Finleitungs- und Mikroleitungs strukturen befinden sich auf einem gemeinsamen Substrat das in einem Hohlleiter montiert ist.

Die Finleitungsstruktur des Kopplers besteht aus einer er sten Fin auf der Substratoberseite, die zu einer zweiten Fin auf der Substratunterseite antipodal angeordnet ist. Die zweite Fin überlappt die erste Fin vorzugsweise teil weise auf der zugehörigen Substratseite und bildet für die Mikrostreifenleitungsstruktur, die an das erste Fin ange koppelt ist, die Grundmetallisierung.

Die Mikrostreifenleitungsstruktur ist im krümmungsfreien Bereich der ersten Fin auf das Substrat aufgebracht und mit der antipodalen Finleitung vorzugsweise an mindestens zwei Punkten durch metallischen Kontakt mit der ersten Fin verkoppelt oder aber über einen metallfreien Koppelbe reich durch elektromagnetische Feldkopplung mit der anti podalen Finleitung verkoppelt. Die Mikrostreifenleitungs struktur weist mindestens ein erstes Mikrostreifenlei tungstor auf, an dem weitere Mikrostreifenstrukturen sowie Halbleiter bzw. Zuleitungen anschließbar sind. Die Finlei tungsstruktur weist ein erstes und ein zweites Finlei tungstor auf.

Die erste Fin ist einige Substratdicken D breit. Die Ab stände zwischen den Fins vergrößern sich zu den Enden des Substrates hin und bilden den Übergang zwischen Fin- und Hohlleitung. Am jeweiligen Substratende beträgt dieser Ab stand vorzugsweise Hohlleiterhöhe.

Durch die Kombination von Finleitungs- und Mikrostreifen leitungsstruktur ist es nunmehr möglich, einen raum- und materialsparenden verlustarmen Koppler aufzubauen, der leicht herstellbar und als planare Schaltung in einem Hohlleiter betreibbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht und das Schnittbild einer vor teilhaften Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Kopplers mit metallischer Verbindung zwi schen Finleitungs- und Mikrostreifenlei tungsstruktur;

Fig. 2-5 die Draufsicht auf einen Ausschnitt verschie dener vorteilhafter Weiterbildungen des Kopplers gemäß Fig. 1;

Fig. 6 die Draufsicht auf einen Ausschnitt einer vor teilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Kopplers mit metallfreiem Koppelbereich zwischen Finleitungs- und Mikrostreifenleitungsstruktur;

Fig. 7 die Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Koppler nach Fig. 1 als Teil eines Phasen- oder Amplitudenmodulators;

Fig. 8 die Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Koppler nach Fig. 1 als Teil eines Gegentaktmischers;

Fig. 9 die Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Koppler nach Fig. 6 als Teil eines Monitordetektors für Reflexionskontrolle vorzugsweise für automati sche Verstärkungsregelungs-Systeme ("Automatic- Gain-Control");

Fig. 10 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Wei terbildung des Kopplers nach Fig. 6;

Fig. 11 die Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Kopp ler als Teil eines Oberwellenmischer vorzugs weise als Abwärtsmischer für Phasenregelschleifen.

Der Koppler nach Fig. 1 bis 5 und seine vorteilhaften Wei terbildungen in Fig. 6-11 bestehen jeweils aus der Kombination einer Mikrostreifenleitungsstruktur 4 und ei ner Finleitungsstruktur 30, 31, die auf einem Substrat 2 aufgebracht sind.

Das Substrat 2 befindet sich in einem Hohlleiter 1, in dem es in zwei vorzugsweise gleichtiefen Nuten entlang seiner beiden Längskanten an zwei sich gegenüberliegenden Hohl leiterinnenwänden befestigt ist. Durch Isolations-Folien erfolgt wenn nötig galvanische Trennung zwischen den Leitungsstrukturen und den Hohlleiterinnenwänden. Die Finleitungsstruktur besteht aus einer ersten Fin 31, das auf der Substratoberseite ausgebildet ist, und einer zweiten Fin 30, das zum ersten Fin 31 antipodal auf der Substratunterseite angeordnet ist und dieses zum Beispiel teilweise sowie die Mikrostreifenleitungsstruktur 4 voll ständig überlappt. Die Finleitungsstruktur 30, 31 weist ein erstes und ein zweites Finleitungstor 32, 33 auf. Die Mikrostreifenleitungsstruktur 4 besteht aus zwei Mi krostreifenleitungen 44, 45 (auch Quersteg genannt), die im krümmungsfreien Bereich der ersten Fins 31 mit diesem metallisch verbunden sind. Die Querstege 44, 45 sind or thogonal zur ersten Fin 31 angeordnet und an ihren freien Enden mit einer Mikrostreifenleitung 41 (auch Längssteg genannt) metallisch verbunden. Der Längssteg 41 verläuft senkrecht zu den Querstegen 44, 45 und weist an einem Ende ein erstes Mikrostreifenleitungstor 42 auf. Seine Abmes sungen sind so gewählt, daß es den gleichen Wellenwider stand Z_o wie das erste Finleitungstor 33 aufweist. Die Querstege 44, 45 sind jeweils in etwa λ/4 lang und weisen einen gegenseitigen Abstand von in etwa λ/4 auf, wobei λ die mittlere Wellenlänge des Signals auf der Mi krostreifenleitung ist. Der Längssteg 41 weist an seinem dem ersten Mikrostreifenleitungstor 42 gegenüberliegenden Ende - im weiteren Verlauf nur gegenüberliegendes Ende ge nannt - ein zweites Mikrostreifenleitungstor 43 auf, des sen Abmessungen so gewählt sind, daß es ebenfalls die gleiche Wellenwiderstandsimpedanz Z_o wie das erste Finlei tungstor 33 besitzt.

In der Fig. 2 bis 5 sind vorteilhafte Abwandlungen des er findungsgemäßen Kopplers nach Fig. 1 gezeigt. Die Quer stege 44, 45 des erfinderischen Kopplers nach Fig. 2 bzw. 3 sind jeweils in etwa λ/2 bzw. λ/4 lang und weisen einen gegenseitigen Abstand von in etwa λ/4 bzw. λ/2 auf. Die Querstege 44, 45 in Fig. 2 bzw. das erste Fin 31 und der Längssteg 41 in Fig. 3 sind durch einen parallel zum Längssteg 41 (Fig. 2) bzw. zu den Querstegen 44, 45 (Fig. 3) verlaufende weitere Mikrostreifenleitung 46 (auch Mit telsteg genannt) miteinander metallisch verbunden. Der Längssteg 41 weist an seinem gegenüberliegenden Ende wiederum ein zweites Mikrostreifenleitungstor 43 auf, dessen Abmessungen so gewählt sind, daß es die gleiche Wellenimpedanz Z_o wie das erste Finleitungstor 33 besitzt.

Die Querstege 44, 45 des erfindungsgemäßen Kopplers nach Fig. 4 bzw. 5 sind in etwa λ/4 bzw. λ/2 lang und weisen einen gegenseitigen Abstand von in etwa λ/2 bzw. λ/4 auf. In Fig. 4 ist in der Mitte zwischen den beiden Querstegen 44, 45 ein zweites Mikrostreifenleitungstor 43 ausgebil det. Dieses Mikrostreifenleitungstor 43 ist mit dem ersten Fin 31 verbunden. In Fig. 5 ist das zweite Mikrostreifen leitungstor 43 etwa in der Mitte des einen Quersteges 44 angeordnet.

Die Abmessung dieses Quersteges 43 sind in beiden Figuren so gewählt, daß das zweite Mikrostreifenleitungstor 43 die gleiche Wellenwiderstandsimpedanz Z_o aufweist, wie das erste Finleitungstor 33.

Hohlleiterwellen werden auf der Finleitungsstruktur 30, 31 in Finleitungswellen umgewandelt. Aufgrund der geometri schen Anordnung von Finleitungs- und Mikrostreifenlei tungsstruktur breiten sich diese Finleitungswellen in Form von Mikrostreifenleitungsteilwellen auf der angekoppelten Mikrostreifenleitungsstruktur 4 aus. An den jeweiligen Mi krostreifenleitungstoren 42, 43 überlagern sich diese Mi krostreifenleitungsteilwellen und führen zur Entkopplung der einzelnen Tore. Liegt z.B. am Finleitungstor 3 ein Si gnal an, dann überlagern sich die Mikrostreifenleitungs teilwellen derart, daß abhängig von der Wahl der Leitungs impedanzen eines der übrigen 3 Tore entkoppelt ist.

Der erfindungsgemäße Koppler nach Fig. 6 besteht ebenfalls aus der Kombination einer Mikrostreifenleitungsstruktur 4 und einer Finleitungsstruktur 30, 31, die auf einem ge meinsamen Substrat 2 aufgebracht sind.

Das Substrat 2 befindet sich ebenfalls in einem Hohllei ter, in dem es in zwei vorzugsweise gleichtiefen Nuten entlang seiner beiden Längskanten befestigt ist. Durch Ab schirm-/Isolations-Folien erfolgt eine niederfrequenz mäßige Isolation zwischen den Leitungsstrukturen und der Hohlleiterinnenwand.

Die Finleitungsstruktur besteht aus einem ersten Fin 31, das auf der Substratoberseite ausgebildet ist und an ein zweites Fin 30, das zum ersten Fin 31 antipodal angeordnet ist und dieses vorzugsweise teilweise sowie die Mi krostreifenleitungsstruktur 4 vollständig überlappt.

Parallel zum krümmungsfreien Bereich des ersten Fin 31 verläuft ein in etwa λ/4 langer Längssteg 40. Zwischen beiden ist ein in etwa λ/4 langer metallfreier Koppelbe reich ausgebildet. Die Finleitungsstruktur 30, 31, weist ein erstes und ein zweites Finleitungstor 32, 33 auf. Diese beranden auf der Finleitungsstruktur 30, 31 den me tallfreien Koppelbereich.

Die Enden des Längssteges 40 sind vorzugsweise abgewinkelt und gehen jeweils in einen Quersteg 42, 43 über.

Hohlleiterwellen werden auf der Finleitungsstruktur 30, 31 in Finleitungswellen umgewandelt. Aufgrund der Finlei tungsstruktur 30, 31 koppeln im Koppelbereich Anteile der Finleitungswellen auf den Längssteg 40 der Mikrostreifen leitungsstruktur 4 über und werden an ein erstes Mi krostreifenleitungstor 42 übertragen. Der zu Echowelle proportionale Anteil wird an ein zweites Mikrostreifenlei tungstor 43 übertragen.

Durch die Kombination von Finleitungs- und Mikrostreifen strukturen ist auch hier ein raum- und materialsparender und leicht herstellbarer Koppler realisiert worden. Des weiteren ist dieser Koppler direkt in einem Hohlleiter be treibbar.

Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Kopp lers nach Fig. 1 als Teil eines Phasen- oder Amplitudenmo dulatiors zeigt Fig. 7. An das Mikrostreifenleitungstor 42 ist kathodenseitig eine Diode 70 angeschlossen. Ist der Modulator als Phasenmodulator realisiert, so ist an das Mikrostreifenleitungstor 43 eine Diode 71 kathodenseitig angeschlossen. Ist der Modulator hingegen als Amplituden modulator realisiert, so ist an das Mikrostreifenleitungs tor 43 die Diode 71 anodenseitig angeschlossen. Die Anode der Diode 70 ist an eine mittels Mikrostreifenleitung 50 angepaßte Zuleitung 90 angeschlossen. An Diode 71 ist eine mittels Mikrostreifenleitung 51 angepaßte Zuleitung 91 an geschlossen, und zwar anodenseitig im Phasenmodulator bzw. kathodenseitig im Amplitudenmodulator. An die Mitte des Längssteges 41 ist eine dritte Zuleitung 92 ausgebildet.

Hohlleiterwellen werden in bereits beschriebener Weise im Koppler in Mikrostreifenleitungsteilwellen umgewandelt. Mittels der dritten Zuleitung 92 werden die Phase bzw. die Amplitude der einzelnen Mikrostreifenleitungsteilwellen moduliert. Diese überlagern sich an den Mi krostreifenleitungstoren 42, 43. Ist die Kathode bzw. An ode der jeweiligen Diode 70, 71 an das zugehörige Mi krostreifenleitungstor 42, 43 angeschlossen und liegen die mittels Mikrostreifenleitung 50, 51 angepaßten Zuleitungen 90, 91 vorzugsweise auf Massepotential, so bilden sich an den jeweiligen Mikrostreifenleitungstoren 42, 43 ein Leer lauf bzw. Kurzschluß aus. Hierdurch werden die an den Mi krostreifenleitungstoren 42, 43 überlagerten Mikrostrei fenleitungsteilwellen ungestört überlagert bzw. gegen Masse abgeleitet. Die auf diese Art und Weise sich ausbil denden modulierten Mikrostreifenleitungsteilwellen super ponieren am Finleitungstor 33, wo sie in Hohlleiterwellen umgewandelt sind.

Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Kopp lers nach Fig. 1 als Teil eines Gegentaktmischers zeigt Fig. 8. Das erste Mikrostreifenleitungstor 42 des erfin dungsgemäßen Kopplers ist in etwa λ/4 lang und verläuft beispielsweise um 180° abgeknickt zum größten Teil paral lel zum Längssteg 41. An dem Ende dieses Mikrostrei fenleitungstores 42 ist eine Diode 70 anodenseitig ange schlossen.

An dem anderen Ende des Längssteges 41 ist an diesem eine Diode 71 kathodenseitig angeschlossen. Die Kathode bzw. Anode der Diode 70 bzw. 71 ist jeweils an eine Mikrostrei fenleitung (Leitungsstruktur) 50 bzw. 51 und eine Zulei tung 90 bzw. 91 angeschlossen.

Hohlleiterwellen die von einem (nicht gezeigt) Überlage rungsoszillator bzw. von einer (nicht gezeigt) Signal quelle erzeugt werden, werden voneinander unabhängig je weils in eines der beiden Enden des Hohlleiters einge speist. Auf der Finleitungsstruktur 30, 31 werden diese jeweils in Finleitungswellen umgewandelt und liegen in dieser Form an Finleitungstor 33 bzw. 32 jeweils an. In dem Koppler werden sie, wie bereits beschrieben, überla gert und mittels der Dioden 70, 71 in eine Zwischenfre quenzlage (ZF-Lage) transformiert. Das transformierte Zwi schenfrequenzsignal wird zwischen den Zuleitungen 90, 91 abgegriffen.

Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Koppler als Teil eines Monitors für Reflexionskontrolle vorzugsweise für automatische Verstärkungsregelung Systemen ("Automatic Gain-Control") zeigt Fig. 9. Am Ende des ersten Quersteges 44 ist anodenseitig eine Diode und eine Stichleitung 52 angeschlossen. An die Kathode der Di ode 70 ist an eine erste Zuleitung 90 und eine Mikrostrei fenleitung 50 angeschlossen. Der zweite Quersteg 45 ist mit einer zweiten Zuleitung 91 verbunden. Außerdem ist auf diesem Quersteg 45 vorzugsweise ein Absorber 60 aufge bracht.

Hohlleiterwellen werden auf der Finleitungsstruktur 30, 31 in Finleitungswellen umgewandelt. Sie durchlaufen das er ste Finleitungstor 33, werden auf den Längssteg 41 teil weise ausgekoppelt, während der überwiegende Teil der Fin leitungswelle das zweite Finleitungstor 32 durchläuft und zum Testobjekt gelangt und von diesem reflektiert wird. Anschließend durchläuft der reflektierte Teil wieder das zweite Finleitungstor 32. Ein Teil wird wiederum auf dem Längssteg 41 ausgekoppelt. Sämtliche ausgekoppelte Anteile werden an der Anode der Diode 70 in dieser in einen zum reflektierten Signal proportionalen Diodengleichstrom um gewandelt und an die Zuleitung 90 abgeführt. Im Dioden gleichstrom enthaltene Millimeterwellen-Wechselstroman teile werden mittels der Mikrostreifenleitung 50 gegen Masse abgeleitet. Ein Betrieb in umgekehrter Richtung ist ebenfalls möglich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kopplers zeigt Fig. 10. Eine gekrümmte Leitung 49 ist über mehrere Wellenlängen langsam auf einen minimalen Abstand an die obere Fin 31 (auch erste Fin genannt) der Finlei tungsstruktur 30, 31 herangeführt und wird von dieser wi derum langsam weggeführt. Der kleinste Abstand zwischen der oberen Fin und der gekrümmten Leitung 49 beträgt vor zugsweise - analog zur Fig. 6 - einige wenige Substratdicken D.

Die Funktionsweise dieses Kopplers erfolgt analog zu jener nach Fig. 6.

Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Koppler nach Fig. 1 als Teil eines Phasenvergleichsmischers ("PLL- Mischer") zeigt Fig. 11. Er besteht aus einem in etwa n × λ_Lo2 langen Längssteg 49. λ_Lo ist die mittlere Wellen länge eines an Tor 97 angeschlossenen (nicht gezeigten) Lokaloszillators (LO). Die Leitung 49 ist als gebogene Mi krostreifenleitung ausgeführt, die von dem ersten Fin 31 beidseitig vorzugsweise analog zu Fig. 6 weggebogen ist und mit diesem einen mindestens λ/4 langen metallfreien Koppelbereich aufweist. An einem Ende des Längssteges 49 ist eine Zuleitung 91 mit Massepotential angeschlossen. Auf diesem Teil des Längssteges 49 ist ein Absorber 60 dergestalt aufgebracht, daß sich auf dem gesamten Längssteg 49 eine stehende Welle ausbilden kann. Am anderen Ende des Längssteges 49 sind eine Diode 70 an odenseitig und eine Stichleitung 52 angeschlossen. Die Ka thode dieser Diode 70 ist über eine in etwa λ_HF/2 langen Mikrostreifenleitung 50 mit einer weiteren Zuleitung 90 verbunden. λ_HF ist in etwa die mittlere Wellenlänge des im vorzugsweise ersten Finleitungstores 33 eingespeisten Si gnales. An dieser Zuleitung 90 ist ein Netzwerk ange schlossen. Dieses Netzwerk besteht aus einem Entkoppelkon densator C_o zwischen der weiteren Zuleitung 90 und einer Anschlußklemme 97. Zwischen dieser weiteren Zuleitung 90 und einer weiteren Anschlußklemme 98 liegt weiterhin vor zugsweise ein L-C-Tiefpaß.

Der zu stabilisierende Oszillator wird an das erste Fin leitungstor 33 angeschlossen, die Last wird an das zweite Finleitungstor 32 angeschlossen.

Hohlleiterwellen werden analog zu dem Koppler nach Fig. 6 auf dem Längssteg 49 aufgrund periodischer Kopplung einge koppelt und gelangt zur Diode 70.

Der an der Diode 70 reflektierte Anteil der HF (Hochfre quenz) wird vom HF-Absorber 60 aufgenommen.

Für das LO-Signal (Lokaloszillatorsignal) ist die Leitung 49 eine halbe Wellenlänge lang. Der Kurzschluß für das LO- Signal an der Hohlleiterwand (1) wird zur Diode 70 trans formiert. Das gesamte LO-Signal liegt damit an der Diode 70 an.

Die Impedanzen der an dem jeweiligen Koppler (Fig. 1 bis 11) beteiligten Leitungen ist so gewählt, daß bei Speisung eines Tores sich die Leistungen auf zwei der drei übrigen Tore aufteilt. Bei diesen übrigen Toren handelt es sich je nach dem um Mikrostreifen- und/oder Finleitungstore.

Ein wesentlicher Vorteil des erfinderischen Kopplers ge genüber bisherigen Lösungen besteht darin, daß durch die Kombination von Mikrostreifenleitungsstrukturen und Fin leitungsstrukturen zwei voneinander entkoppelte Bereiche auf einem Substrat entstehen, das in einem Hohlleiter un tergebracht ist. Mit einer Fin als Masse kann somit in ei nem Hohlleiter eine Mikrostreifenleitungsstruktur, von der Finleitungsstruktur entkoppelt, integriert werden. Dadurch lassen sich recht komplexe Mikrowellenschaltungen raumspa rend in einem Hohlleiter unterbringen, wobei der Hohllei ter zusätzlich als mechanischer Schutz für diese Schaltun gen dient.

Claims

1. Koppler für den Mikrowellenbereich, mit auf ein di elektrisches Substrat aufgebrachten metallischen feldfüh renden Strukturen, die sich in einem Hohlleiter befinden, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Leistungsstruktur als Kombination einer Finleitungsstruktur (30, 31) und einer auf einer Substratoberseite (2) aufgebrachten Mikrostreifen leitungsstruktur (4) realisiert sind;
- daß die Finleitungsstruktur (30, 31) aus einer er sten Fin (31) auf der Substratoberseite (2) und einer hierzu antipodal angeordneten zweiten Fin (30) auf der zugehörigen Substratunterseite be steht;
- daß die erste Fin (31) nur einige Substratdicken (D) breit ist;
- daß die zweite Fin (30) mit ihrer Fläche die erste Fin (31) teilweise und die Mikrostreifenlei tungsstruktur (4) vollständig überlappt und für die Mikrostreifenleitungsstruktur (4) die Masse fläche bildet;
- daß sich die Abstände zwischen den Fins zu den Substratenden hin bis auf die Hohlleiterhöhe ver größern und einen Übergang zwischen Fin- und Hohl leitung bilden.

2. Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Leitung zwischen einem ersten Finleitungs tor (33) und einem zweiten Finleitungstor (32) aus einer antipodalen Finleitung besteht;
- daß die Leitung zwischen einem ersten Mi krostreifenleitungstor (42) und einem zweiten Mi krostreifenleitungstor (43) des Kopplers aus einer Mikrostreifenleitungsstruktur (4) besteht und mit der Finleitungsstruktur (30, 31) über ein Koppel netzwerk verbunden ist;
- daß die Mikrostreifenleitungsstruktur (4) im krüm mungsfreien Bereich des ersten Fins (31) auf das Substrat (2) aufgebracht ist und daß sie direkt metallisch mit der ersten Fin (31) verbunden ist oder zwischen Mikrostreifenleitungsstruktur (4) und dem ersten Fin (31) ein metallfreier elektro magnetischer Koppelbereich ausgebildet ist, indem die Mikrostreifenleitungsstruktur, über eine be stimmte Länge in kleinem Abstand, parallel zur Fin (31) geführt wird;
- daß die Mikrostreifenleitungsstruktur (4) minde stens ein erstes Mikrostreifenleitungstor (42) be sitzt, an das weitere Mikrostreifenleitungsstruk turen und/oder Halbleiter und/oder Zuleitungen an schließbar sind;
- daß die Finleitungsstruktur (30, 31) ein erstes (33) und ein zweites Finleitungstor (32) aufweist, und daß diese beiden Finleitungstore (32, 33) den metallischen Verbindungsbereich bzw. den metall freien Koppelbereich zwischen erstem Fin (31) und Mikrostreifenleitungsstruktur (4) auf der Finleitungsstruktur (30, 31) beranden.

3. Koppler nach einer der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45) gleicher Impedanz und Länge (vorzugsweise in etwa λ/4) zwi schen dem zweiten Finleitungstor (32) und dem er sten Finleitungstor (33) die antipodale Finleitung und die Mikrostreifenleitung (41) zwischen dem er sten Mikrostreifenleitungstor (42) und dem zweiten Mikrostreifenleitungstor (43) , deren gegenseitiger Abstand in etwa λ/4 groß ist, miteinander metal lisch verbindet;
- daß die antipoldale Finleitung zwischen zwei Mi krostreifenleitungen (44, 45) die gleiche Impedanz aufweist wie die Mikrostreifenleitung (41) zwi schen den zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45);
- daß die Anschlußleitungen zu den Toren des Kopp lers (32, 33, 42 und 43) die gleiche Impedanz (Z_o) aufweisen.
- λ ist die mittlere sich ausbreitende Wellenlänge.

4. Koppler nach einer der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet,

- daß die Mikrostreifenleitung (41) und die antipo dale Finleitung durch zwei gleiche vorzugsweise in etwa λ/2 lange Leitungen (44, 45), im Abstand von vorzugsweise in etwa λ/4 miteinander verbunden sind;
- daß die zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45) ih rerseits mittig mit einer in etwa λ/4 langen wei teren Mikrostreifenleitung (46) verbunden sind;
- daß die Impedanzen der zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45) sowie der Mikrostreifenleitung (41) und jene Koplanarleitung zwischen dem zweiten Finlei tungstor (32) und (33), sowie dem ersten Finlei tungstor der weiteren Mikrostreifenleitung (46) sowie die Impedanz (Z_o) der Anschlußleitungen so gewählt sind, daß das erste Finleitungstor (32) und das zweite Finleitungstor (33) entkoppelt ist (Fig. 2) .

5. Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Mikrostreifenleitung (41) und die anti poldale Finleitung durch drei vorzugsweise in etwa λ/4 lange Verbindungsleitungen im Abstand von je weils in etwa λ/4 miteinander verbunden sind, wo bei die drei Verbindungsleitungen aus den zwei Mi krostreifenleitungen (44, 45) und der weiteren Mi krostreifenleitung (46) besteht;
- daß die zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45) gleich und zu der weiteren Mikrostreifenleitung (46) verschiedene Impedanz aufweisen;
- daß die Mikrostreifenleitung (41) und die antipo dale Finleitungen zwischen den zwei Mikrostreifen leitungen (44, 45) gleiche Impedanzen aufweisen (Fig. 3).

6. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet,

- daß die zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45), die Mikrostreifenleitung (41) und die antipodale Fin leitung die gleiche Impedanz (Z_o), wie die jewei ligen Zuleitungen zu den beiden Finleitungstoren (32, 33) und den beiden Mikroleitungstoren (42, 43) aufweisen;
- daß der Abstand zwischen dem zweiten Mikrolei tungstor (43) und einem der zwei Mikrostreifenlei tungen (44, 45) in etwa λ/4 lang ist;
- daß die Länge zwischen der antipodalen Finleitung und der Mikrostreifenleitung (41) in etwa λ/4 be trägt;
- daß die Länge der antipodalen Finleitung und der Mikrostreifenleitung (41) zwischen den zwei Mi krostreifenleitungen (44, 45) in etwa λ/4 beträgt (Fig. 4).

7. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet,

- daß die Länge der zwei Mikrostreifenleitungen (44, 45) zwischen der Mikrostreifenleitung (41) und der antipodalen Finleitung in etwa eine 1/2 Wellen länge beträgt;
- daß die Länge der Mikrostreifenleitung (41) und der antipodalen Finleitung zwischen den Verbin dungsleitungen in etwa eine 1/4 Wellenlänge beträgt;
- daß das zweite Mikrostreifenleitungstor (43) des Kopplers mittig an eine der zwei Mikrostreifenlei tungen (44, 45) angeschlossen ist und das erste Mikrostreifenleitungstor (42) an die Verbindungs stelle von Mikrostreifenleitung (41) und einer der zwei Mikrostreifenleitungen (44) angeschlossen ist (Fig. 5).

8. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet,

- daß die Länge der Mikrostreifenleitung (41) in etwa eine 1/4 Wellenlänge beträgt;
- daß die Mikrostreifenleitung (41) in kleinem Ab stand (0,1 bis 5 Substratdicke), parallel zur er sten Fin (31), geführt wird;
- daß das erste Mikrostreifenleitungstor (42) und das zweite Mikrostreifenleitungstor (43) vorzugs weise im rechten Winkel an die Enden von Mi krostreifenleitung (41) herangeführt sind (Fig. 6).

9. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einsatz in einem Phasen- und Amplitudenmodulator dadurch gekennzeichnet,

- daß die Impedanzverhältnisse so gewählt sind, daß die Finleitungstore (32, 33) nicht direkt mitein ander verkoppelt sind und die Leistungsaufteilung zwischen den beiden Mikrostreifenleitungstoren (42, 43) gleich ist und die entsprechende Phasenverschiebung 90° beträgt;
- daß die Länge der jeweiligen Leitungen zwischen Diodennetzwerk und Hohlleiterwand vorzugsweise in etwa 1/4-Wellenlänge beträgt und die jeweiligen Steuerleitungen in der Hohlleiterwand von dieser, vorzugsweise durch eine dünne Isolationfolie getrennt sind (Fig. 7).

10. Koppler nach einem der vorherigen Ansprüche zum Ein satz als Gegentaktmischer, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Impedanzverhältnisse der Leitungen so ge wählt sind, daß die Finleitungstore (31, 32) nicht direkt miteinander koppeln, die Leistungsauftei lung auf die beiden Mikrostreifenleitungstore (43, 42) gleich ist und die Phasenverschiebung zwischen dem ersten Mikrostreifenleitungstor (42) sowie dem zweiten Mikrostreifenleitungstor (43) 180° be trägt;
- daß von zwei Dioden (70, 71) eine kathodenseitig und eine anodenseitig mit den beiden Mikrostrei fenleitungstoren (43, 41) verbunden ist;
- daß das den Leitungsstrukturen (50, 51) die zwei Dioden (70, 71) an die Impedanz (Z_o) anpassen;
- daß über die beiden Leitungen (90, 91) ein ZF-Si gnal ausgekoppelt wird;
- daß die beiden Leitungen (90, 91) an der Hohllei terwand hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen sind (Fig. 8).

11. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einsatz in der Reflexions- und Leistungskontrolle, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Leitungsimpedanzen jeweils so gewählt sind, daß die Finleitungstore (31, 33) nur schwach mit den beiden Mikrostreifenleitungstoren (42, 43) gekoppelt sind;
- daß eines der beiden Mikrostreifenleitungstore (42, 43) vorzugsweise mit einem Absorber (60) ab geschlossen ist;
- daß an das erste Mikrostreifenleitungstor (42) eine Detektordiode (70) angeschlossen ist, die mit dem Netzwerk an die Impedanzen Z_o angepaßt ist;
- daß das zweite Mikrostreifenleitungstor (43) lei tenden Kontakt zur Hohlleiterwand aufweist;
- daß über eine bis zur Hohlleiterwand in etwa λ/4 lange Leitung (90) der Diodenstrom meßbar ist (Fig. 9).

12. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche da durch gekennzeichnet,

- daß die gekrümmte Leitung (49) über mehrere Wel lenlängen langsam auf einen minimalen Abstand an die ober Fin (31) der Finleitungsstruktur (30, 31) herangeführt und langsam wieder weggeführt wird (Fig. 10).

13. Koppler nach Anspruch 12 als subhormonisch gepumpter Mischer für PLL-Anwendungen dadurch gekennzeichnet,

- daß die Gesamtlänge der gekrümmten Leitung (49) eine halbe Wellenlänge der LO-Frequenz (Lokaloszillator-Frequenz) beträgt, die Mikrostreifenleitung am zweiten Mikrostreifenleitungstor (41) leitend mit der Hohlleiterwand verbunden ist und für die Hochfre quenz durch einen Absorber (60) angepaßt ist, die Leitung (50) vorzugsweise eine halbe Wellenlänge der Hochfrequenz aufweist und an der Hohlleiter- Wand für die Hochfrequenz kurzgeschlossen ist, so daß die Diode (70) über ein Anpassungsnetzwerk an das zweite Mikrostreifenleitungstor (43) angepaßt ist;
- daß die gekrümmte Leitung (49) schwach mit der an tipodalen Finleitung verkoppelt ist;
- daß die Diode (70) mit einer weiteren Zuleitung (90) zum Anschluß an ein Netzwerk verbunden ist;
- daß das Netzwerk vorzugsweise aus einem Hochpaß besteht, der mit einem LO-Tor (97) verbunden ist und daß das Netzwerk aus einem LC-Tiefpaß besteht über den das ZF-Signal einem ZF-Tor (98) zugeführt ist (Fig. 11).

14. Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet,

- daß die Impedanzen der am jeweiligen Koppler be teiligten Leitungen so gewählt sind, daß bei Speisung eines Tores sich die Leistungen auf zwei der drei übrigen Tore aufteilt;
- daß es sich bei diesen übrigen Toren um Mi krostreifen- und/oder Finleitungstore, sowie um jeweilige Kombinationen handelt.