DE4136110C1

DE4136110C1 - Transition piece between waveguide and microstrip conductor - has substrate in housing with short circuiting wall in region of bridging piece leading from fin conductor to microstrip

Info

Publication number: DE4136110C1
Application number: DE19914136110
Authority: DE
Inventors: Hardial Singh Dr. 7150 Backnang De Gill
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Telent GmbH
Priority date: 1991-11-02
Filing date: 1991-11-02
Publication date: 1992-12-10
Anticipated expiration: 2011-11-03

Abstract

Transmission from a waveguide (4) to a microstrip conductor (7,8) is achieved via a lead (5,6) which crosses over into the microstrip conductor fin. The fin lead (5,6) is disposed on the substrate (2) and is coupled to the waveguide. The substrate is connected in a housing (1) which has an input (3) connectable to the waveguide. A tubular conductor transition part (10) is inserted on the substrate in contact with the input (3). The transition part (10) ends with a short circuit at the transition between the waveguide and the microstrip and has an inlet opening (12) in the short circuit wall (11) for the strip conductor. The cross section of the latter is selected such that the waveguide field cannot spread out inside the housing (1) but the field dispersing over the microstrip conductor is not affected. ADVANTAGE - Simple construction which has large h.f. density over wide frequency band.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Übergang von einem Hohlleiter auf eine Mikrostreifenleitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention is based on a transition from one Waveguide on a microstrip line according to the Preamble of claim 1.

Ein derartiger Übergang ist z. B. aus der DE 25 06 425 C2 und der EP 92 874 B1 bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik ist das Substrat in den Hohlleiter eingesetzt, wozu dieser in zwei Halbschalen aufgeteilt ist, welche das Substrat zwischen sich aufnehmen. Hier sind aufwendige Chokestrukturen an den Übergängen zwischen den Hohlleiterhalbschalen und der Finleitung erforderlich, um einen breitbandigen Übergang zu schaffen. Was die Hochfrequenzdichtigkeit dieser bekannten Anordnungen angeht, erfüllen diese nicht sehr hohe Anforderungen.Such a transition is e.g. B. from DE 25 06 425 C2 and known from EP 92 874 B1. According to this state of the art the substrate is inserted into the waveguide, which is done in two Half shells is divided, which is the substrate between them record, tape. Here are elaborate choke structures on the Transitions between the waveguide half-shells and the Fin line required to make a broadband transition create. As for the high frequency tightness of this known As far as orders are concerned, they do not meet very high requirements Conditions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Übergang der eingangs genannten Art anzugeben, der mit konstruktiv einfachen Mitteln über ein breites Frequenzband eine große Hochfrequenzdichtigkeit aufweist.The invention is therefore based on the object of a transition of the type mentioned at the beginning, with constructive simple means over a wide frequency band a large one Has high-frequency tightness.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.This task is the subject of Claim 1 solved.

Mit der in Anspruch 2 angegebenen Kontaktierung zwischen dem Hohlleiterübergangsstück und der Finleitung läßt sich die Hochfrequenzdichtigkeit noch verbessern.With the contacting specified in claim 2 between the The waveguide transition piece and the fin line can be the Improve high-frequency tightness.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.Using one shown in the drawing The invention will now be explained in more detail by way of example.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Hohlleiter-Mikrostreifenleiter-Übergang, Fig. 1 shows a longitudinal section of a waveguide-microstrip line transition,

Fig. 2 zeigt eine in eine Mikrostreifenleitung übergehende Finleitung und Fig. 2 shows a merging into a microstrip line and fin line

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt A-A durch ein Hohlleiterübergangsstück. Fig. 3 shows a longitudinal section AA through a waveguide transition piece.

In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Gehäuses 1 dargestellt, in dem ein Substrat 2 untergebracht ist, das mit Mikrostreifenleitungen für integrierte Mikrowellenschaltungen beschichtet ist. Über einen Eingang 3 in einer Seitenwand des Gehäuses 1 ist ein Hohlleiter 4 an die Mikrowellenschaltungen auf dem Substrat 2 angekoppelt. Die Ankopplung des Hohlleiterfeldes an eine Mikrostreifenleitung auf dem Substrat 2 erfolgt unter Zwischenschaltung einer antipodalen Finleitung wie sie der Fig. 2 zu entnehmen ist, weil dadurch eine breitbandige Anpassung zwischen dem Hohlleiter und der Mikrostreifenleitung realisiert werden kann. In Fig. 1 shows a section of a casing 1 is shown, in which a substrate 2 is housed, which is coated with microstrip lines for microwave integrated circuits. A waveguide 4 is coupled to the microwave circuits on the substrate 2 via an input 3 in a side wall of the housing 1 . The coupling of the waveguide field to a microstrip line on the substrate 2 takes place with the interposition of an antipodal fin line as can be seen in FIG. 2, because this enables a broadband adaptation between the waveguide and the microstrip line to be realized.

Die antipodale Finleitung besteht aus zwei auf verschiedenen Substratseiten angeordneten Leiterebenen 5 und 6, die in der Fig. 2 durch verschieden gerichtete Schraffierungen gekennzeichnet sind.The antipodal fin line consists of two conductor planes 5 and 6 arranged on different sides of the substrate, which are characterized in FIG. 2 by hatching in different directions.

Die antipodale Finleitung geht, indem sich die beiden Leiterebenen 5 und 6 überlappen, in eine Mikrostreifenleitung 7, 8 über. Dabei bildet die Leiterebene 6 einen zur Mikrostreifenleitung gehörenden Streifenleiter 7 und die Leiterebene 5 auf der gegenüberliegenden Substratseite die zugehörige Masseleitung 8.The antipodal fin line merges into a microstrip line 7 , 8 in that the two conductor levels 5 and 6 overlap. The conductor level 6 forms a strip conductor 7 belonging to the microstrip line, and the conductor level 5 on the opposite side of the substrate forms the associated ground line 8 .

Vorausgesetzt, daß der Hohlleiter 4 einen Rechteckquerschnitt hat, in dem die elektrischen Feldlinien des TEO1 Modus senkrecht auf den Breitseiten stehen, so wird das Substrat 2 parallel zu den elektrischen Feldlinien angeordnet und zwar in der Mitte des Hohlleiters, dort wo die Feldstärke ein Maximum hat. Damit erreicht man die größtmögliche Ankopplung der Finleitung 5, 6 an den Hohlleiter 4. Durch diese Anordnung der Finleitung 5, 6 relativ zum Hohlleiter 4 wird die Anregung des Hohlleiterwellenmodus im Bereich der Finleitung unterdrückt und das gesamte Hohlleiterfeld wird sehr verlustarm an die Finleitung angekoppelt.Provided that the waveguide 4 has a rectangular cross-section in which the electric field lines of the TEO1 mode are perpendicular to the broad sides, the substrate 2 is arranged parallel to the electric field lines, in the middle of the waveguide, where the field strength has a maximum . This achieves the greatest possible coupling of the fin line 5 , 6 to the waveguide 4 . This arrangement of the fin line 5 , 6 relative to the waveguide 4 suppresses the excitation of the waveguide wave mode in the region of the fin line and the entire waveguide field is coupled to the fin line with very little loss.

Wie Fig. 2 zeigt, ist in der Leiterebene 6 der Finleitung ein Schlitz 9 vorgesehen, der erforderlich ist, um den Übergang von der Finleitung 5, 6 auf die Mikrostreifenleitung 7, 8 zu schaffen. Dieser Schlitz 9 erzeugt unter Umständen eine störende Resonanzfrequenz, die von dem Ort und den Abmessungen des Schlitzes abhängt. Ort und Abmessungen des Schlitzes 9 sind deshalb so zu wählen, daß die Resonanzfrequenz nicht in das Betriebsfrequenzband fällt. Das ist gewährleistet bei einer Länge L1 des Schlitzes 9 von etwa einem Viertel der Betriebswellenlänge. As shown in FIG. 2, a slot 9 is provided in the conductor level 6 of the fin line, which is necessary to create the transition from the fin line 5 , 6 to the microstrip line 7 , 8 . This slot 9 may generate a disturbing resonance frequency, which depends on the location and the dimensions of the slot. The location and dimensions of the slot 9 should therefore be chosen so that the resonance frequency does not fall within the operating frequency band. This is ensured with a length L 1 of the slot 9 of approximately a quarter of the operating wavelength.

Nicht nur der Schlitz 9 sondern überhaupt die Übergänge vom Hohlleiter auf die Finleitung und von dort auf die Mikrostreifenleitung lassen unerwünschte Resonanzwellenmoden entstehen, welche die Nutzbandbreite der Anordnung beschränken. Die Anregung unerwünschter Wellenmoden läßt sich durch eine geeignete Form und Dimensionierung der Leiterebenen 5 und 6 weitgehend reduzieren.Not only the slot 9 but also the transitions from the waveguide to the fin line and from there to the microstrip line give rise to undesired resonance wave modes which limit the useful bandwidth of the arrangement. The excitation of undesired wave modes can be largely reduced by a suitable shape and dimensioning of the conductor levels 5 and 6 .

Der Übergang von der Finleitung auf die Mikrostreifenleitung ist dazu in zwei aneinandergereihte Abschnitte diesseits und jenseits der Linie x, bei der die Überlappung der beiden Leiterebenen 5 und 6 beginnt, unterteilt. Der erste Abschnitt, in dem sich die beiden Leiterebenen überlappen und der den Übergang von der Finleitung auf die Streifenleitung darstellt, hat die Länge L2. In diesem Abschnitt soll die Impedanz der Mikrostreifenleitung an die Impedanz Zt an der Stelle x (den Beginn des Abschnitts) angepaßt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Länge L1 des ersten Abschnitts in etwa gleich der Betriebswellenlänge gewählt, und der Übergang von der Überlappungsbreite O bei x auf die endgültige Überlappungsbreite w kontinuierlich durchgeführt wird, wobei geeignete Taper-Verläufe (z. B. nach einer Exponential Funktion oder der cos²-Funktion) der beiden Leiterebenen 5, 6 zu bestimmen sind.For this purpose, the transition from the fin line to the microstrip line is subdivided into two sections arranged on one side and on the other side of line x, at which the two conductor levels 5 and 6 begin to overlap. The first section, in which the two conductor levels overlap and which represents the transition from the fin line to the strip line, has the length L 2 . In this section, the impedance of the microstrip line is to be matched to the impedance Zt at point x (the beginning of the section). This is achieved in that the length L 1 of the first section is approximately equal to the operating wavelength, and the transition from the overlap width O at x to the final overlap width w is carried out continuously, using suitable taper curves (e.g. after a Exponential function or the cos ² function) of the two conductor levels 5 , 6 are to be determined.

Desweiteren hat im zweiten Abschnitt mit der Länge L3 die Transformation der Impedanz Zt auf die Hohlleiterimpedanz zu erfolgen. Dazu wird die Länge L3 in etwa gleich der halben Betriebswellenlänge gewählt und für jede Leiterebene 5, 6 wird ein eigener geeigneter Taper-Verlauf realisiert. Der Taper-Ver lauf der Leiterebene 6 ist gleich dem im ersten Abschnitt der Länge L2, und für die Leiterebene 6 wird im zweiten Abschnitt der Taper-Verlauf so bestimmt, daß sich die gewünschte Impedanztransformation einstellt.Furthermore, the transformation of the impedance Zt to the waveguide impedance has to take place in the second section with the length L 3 . For this purpose, the length L 3 is selected to be approximately equal to half the operating wavelength and a suitable taper curve is implemented for each conductor level 5 , 6 . The taper Ver run of the conductor level 6 is equal to that in the first section of the length L 2 , and for the conductor level 6 , the taper course is determined in the second section so that the desired impedance transformation occurs.

Ein über ein breites Frequenzband sehr hochfrequenzdichter Übergang vom Hohlleiter 4 auf die Mikrostreifenleitung 7, 8 auf dem Substrat 2 wird dadurch erreicht, daß, wie Fig. 1 zeigt, auf das Substrat 2 in dem Gehäuse 1 im Anschluß an den Hohlleitereingang 3 ein Hohlleiterübergangsstück 10 aufgesetzt wird. Das Hohlleiterübergangsstück 10, von dem ein vergrößerter Längsschnitt A-A in Fig. 3 dargestellt ist, setzt den Hohlleiter 4 mit gleichem Querschnitt über der Finleitung fort und endet im Bereich des Übergangs zwischen der Finleitung und der Mikrostreifenleitung, im Ausführungsbeispiel nach der Länge L2 + L3, mit einem Kurzschluß. In der Kurzschlußwand 11 ist eine Durchtrittsöffnung 12 für die Mikrostreifenleitung vorgesehen. Der Querschnitt der Durchtrittsöffnung 12 ist so gewählt, daß einerseits das Hohlleiterfeld sich nicht in das Gehäuse 1 hinein ausbreiten kann und andererseits das sich über die Mikrostreifenleitung ausbreitende Feld nicht beeinflußt wird.A very high-frequency-tight transition from the waveguide 4 to the microstrip line 7 , 8 on the substrate 2 over a wide frequency band is achieved in that, as shown in FIG. 1, a waveguide transition piece 10 is connected to the substrate 2 in the housing 1 following the waveguide input 3 is put on. The waveguide transition piece 10 , of which an enlarged longitudinal section AA is shown in FIG. 3, continues the waveguide 4 with the same cross section over the fin line and ends in the region of the transition between the fin line and the microstrip line, in the exemplary embodiment according to the length L 2 + L 3 , with a short circuit. A passage opening 12 for the microstrip line is provided in the short-circuit wall 11 . The cross section of the passage opening 12 is selected such that, on the one hand, the waveguide field cannot spread into the housing 1 and, on the other hand, the field spreading over the microstrip line is not influenced.

Um eine hochfrequenzdichte Kontaktierung des Hohlleiterübergangsstücks 10 mit den Leiterebenen 5, 6 auf dem Substrat 2 zu verwirklichen, sind an den Rändern der Finleitung durchmetallisierte Schraubendurchgangslöcher 13 und in den Seitenwänden des Hohlleiterübergangsstücks 10 an entsprechenden Stellen ebenfalls Schraubendurchgangslöcher 14 vorgesehen, so daß eine Verschraubung des Hohlleiterübergangsstücks 10 mit dem Substrat 2 und dem Gehäuse 1 vorgenommen werden kann.In order to achieve high-frequency-tight contacting of the waveguide transition piece 10 with the conductor planes 5 , 6 on the substrate 2 , through-plated screw through holes 13 are provided on the edges of the fin line and screw through holes 14 are also provided at corresponding locations in the side walls of the waveguide transition piece 10 , so that the waveguide transition piece is screwed together 10 can be made with the substrate 2 and the housing 1 .

Das Hohlleiterübergangsstück 10 ist auch mit der Gehäuseseitenwand, in der sich der Hohlleitereingang 3 befindet, zusammengeschraubt (in der Zeichnung nicht dargestellt).The waveguide transition piece 10 is also screwed together with the housing side wall in which the waveguide input 3 is located (not shown in the drawing).

Claims

1. Transition from a waveguide ( 4 ) to a microstrip line ( 7 , 8 ), an antipodal fin line ( 5 , 6 ) located on a substrate ( 2 ) being coupled to the waveguide ( 4 ) and the antipodal fin line ( 5 , 6 ) merges into the microstrip line ( 7 , 8 ) in such a way that a conductor level ( 5 ) of the fin line located on one substrate side into a ground line ( 8 ) belonging to the microstrip line and the conductor level ( 6 ) of the fin line located on the other substrate side into one to the microstrip line (7, 8) is associated strip conductor (7), characterized in that
that the substrate ( 2 ) is accommodated in a housing ( 1 ) which has an input ( 3 ) which can be coupled to the waveguide ( 4 ), and
that on the substrate ( 2 ) in the housing ( 1 ) at the connection to the waveguide input ( 3 ) a waveguide ( 4 ) continuing waveguide transition piece ( 10 ) is placed, which in the area of the transition from the fin line ( 5 , 6 ) to the microstrip line ( 7 , 8 ) ends with a short circuit and has a passage opening ( 12 ) in the short circuit wall ( 11 ) for the strip conductor, the cross section of which is selected such that
that the waveguide field cannot spread into the housing ( 1 ), but the field spreading via the microstrip line ( 7 , 8 ) is not influenced.

2. Transition according to claim 1, characterized in that the waveguide transmission piece ( 10 ) is screwed to the substrate ( 2 ), wherein screw through holes ( 13 ) are inserted into the substrate, which for contacting the conductor levels ( 5 , 6 ) of the fin line with the Waveguide transition piece ( 10 ) are metallized.