DE4213185A1

DE4213185A1 - Uebertraeger

Info

Publication number: DE4213185A1
Application number: DE19924213185
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl Ing Plehn; Joerg Adami
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-12-21
Filing date: 1992-04-22
Publication date: 1993-06-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Übertrager zur Übertragung elektrischer Signale nach dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.

Bei der Verarbeitung elektrischer Signale ist es vielfach erforderlich, diese möglichst verlustfrei von einem unsym metrischen (Leitungs-)System auf ein symmetrisches (Lei tungs-)System zu transformieren. Ein solcher Anwendungs fall ist z. B. bei einem doppelt balancierten Mischer gemäß den Fig. 1 und Fig. 2 gegeben. Bei derartigen Mischern werden zwei unsymmetrisch, z. B. in Koax-Kabeln, geführte Signale, die mit LO und RF bezeichnet sind, zunächst je weils einem Übertrager zugeführt. An deren Ausgängen entstehen symmetrisch geführte Signale, die für Diodenan ordnungen D, D′ benötigt werden, in welchen eine Mischung der Signale LO mit RF erfolgt. Als Mischprodukt entsteht z. B. ein Zwischenfrequenzsignal IF, das ebenfalls als un symmetrisch geführtes Signal vorliegen soll. Bei niedrigen Frequenzen, z. B. bis ungefähr 2 GHz, kann die Umwandlung von einem unsymmetrischen System auf ein symmetrisches Sy stem z. B. mit Hilfe von Wicklungsübertragern (Spulen) er folgen, wie dieses in Fig. 1 für ringförmig angeordnete Dioden und in Fig. 2 für gekreuzt angeordnete Dioden dar gestellt ist. In allen Fällen treten an den mit einem Kreis und einem Pfeil gekennzeichneten Stellen Leitungs kreuzungen auf, die insbesondere in einem hohen Frequenz bereich, d. h. größer gleich 2 GHz, zu nicht vernachläs sigbaren Störungen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs gemäßen Übertrager anzugeben, der bei hohen Frequenzen einsetzbar ist und bei dem Störungen infolge von Leitungs kreuzungen vermieden werden. Der Übertrager soll außerdem kostengünstig und zuverlässig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Übertra ger vollständig in planarer Technologie ohne zusätzliche diskrete Bauelemente, z. B. Spulen, Kondensatoren, gebon dete Leitungen, herstellbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs beispieles unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3 einen beispielhaften Übertrager UE entsprechend dem gestrichelt dargestellten Teil in den Fig. 1 und 2.

Fig. 4 eine weitere Darstellung des Übertragers entspre chend Fig. 3 zur Erläuterung der Funktionsweise.

Im folgenden werden englischsprachige Fachausdrücke ver wendet, da diese dem hier angesprochenem Fachmann geläufig sind und somit lediglich einer klaren Darstellung dienen. Der im folgenden beschriebene Übertrager UE ist für eine Mittenfrequenz von ungefähr 4 GHz ausgelegt. Bei derartig hohen Frequenzen sind die eingangs erwähnten Wicklungs übertrager (Spulen) nicht brauchbar. Diese werden ersetzt durch sogenannte Symmetrierglieder ("baluns"), die vorteil hafterweise vollständig aus Leitungsstrukturen herstellbar sind. Diese Symmetrierglieder haben die Aufgabe, Signal energie im Gegentakt-Mode zu erzeugen und einen möglicher weise vorhandenen Gleichtakt-Mode möglichst vollständig zu unterdrücken. Ein solcher auf einem Symmetrierglied basie render Übertrager wird nachfolgend beschrieben.

Fig. 3 und 4 zeigen ein elektrisch isolierendes Substrat, z. B. ein plattenförmiges Substrat aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) mit einer Schichtdicke von ungefähr 0,25 mm. Die ses Substrat hat bei der erwähnten Mittenfrequenz von 4 GHz eine effektive Permittivitätszahl ε_r,eff ≃ 4. Auf die sem Substrat sind beidseitig Leiterstrukturen aufgebracht, z. B. aus Kupfer und/oder Gold mit einer Schichtdicke von ungefähr 5 µm. Die eine Seite, die im folgenden auch Ober seite genannt wird, des Substrates ist z. B. durch Ätzen so strukturiert, daß ein unbalancierter Anschluß 1 als Kopla nar-Struktur entsteht. Da dieser unbalancierte Anschluß 1 eine unsymmetrische Struktur darstellt, sind an diesen vorteilhafterweise in einfacher Weise weitere elektrische Bauelemente, z. B. ein Koaxialkabel anschließbar. Diese Ko planar-Struktur ist eine leerlaufende Koplanarleitung, die im zugehörigen elektrischen Ersatzschaltbild, Fig. 5, eine zu dem RF-Eingang in Reihe geschaltete Kapazität Z_c dar stellt. Seitlich an die Koplanarleitung und rechtwinklig zu dieser befindet sich eine Slotline 2. Diese besitzt zu ihrem Ausgang, der mit Dioden-Quad bezeichnet ist, hin sich verjüngende Metallisierungshalbebenen. Somit ergibt sich hier ein Übergang zu einer voll symmetrischen Zweibandleitung, auf der sich Signalenergie im Gegentakt mode einer Quasi-TEM-Welle ausbreiten kann. Die Slotline 2 ist einseitig kurzgeschlossen durch ein Leiterstück 3. Die einseitig kurzgeschlossene Slotline 2 stellt im Ersatz schaltbild, Fig. 5, eine Parallelinduktivität Z_L dar. Die Koplanarleitung und die Slotline haben jeweils eine Lei tungslänge von λ/4, wobei λ die zu der erwähnten Mitten frequenz f_o gehörende Wellenlänge ist. Diese Anordnung hat für eine Frequenz f an der mit RF bezeichneten Stelle (Fig. 1, Fig. 2) einen komplexen Eingangswiderstand Z _IN gemäß der Formel

wobei R den Abschlußwiderstand der Slotline bedeutet. Die ser Abschlußwiderstand ist z. B. gleich dem Widerstand der Dioden (Fig. 1, Fig. 2) bei der Frequenz f. Ist z. B. Z_IN = R = 50 Ω, so ergibt sich für die Slotline 2 der Wert Z_L ≈ 83 Ω, der ebenfalls für das Leiterstück 3 gilt. Der Wert für Z_C berechnet sich gemäß der Formel R² = Z_C*Z_L.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Mittelanzapfung MA, beispielsweise zur Auskopplung einer Zwischenfrequenz IF, wird nun gemäß Fig. 3 und Fig. 4 dadurch verwirklicht, daß auf der Unterseite des Substrates im Bereich der Slotline 2 eine u-förmige Leiterstruktur 4 angebracht ist. Die par allelen Leiterstrukturen 5, 6 verlaufen unterhalb und par allel zu den (Ausgangs-)Leiterstrukturen der Slotline 2. Die parallelen Leiterstrukturen 5, 6 sind zur Koplanarlei tung hin durch ein bogenförmiges Leitungsstück 7 verbun den, dessen Scheitel mit einem geradlinigen Leitungsstück 8 verbunden ist. Letzteres verläuft senkrecht zu den par allelen Leiterstrukturen 5, 6. In Fig. 4 sind aus darstel lerischen Gründen die Strukturen auf der Oberseite zum Teil entfernt, so daß die erwähnte Leiterstruktur der Un terseite besser sichtbar wird. Diese u-förmige Leiter struktur 4 stellt eine sogenannte Broadside-Coupled-Sus pended-Stripline (BCSSL) dar, die im Bereich der Slotline 2 durch das bogenförmige Leiterstück 7 kurzgeschlossen ist. Der Wellenwiderstand der BCSSL beträgt beispielsweise ebenfalls 50 Ω. Das geradlinige Leitungsstück 8, das den erwähnten Mittelabgriff bildet, ist als Mikrostreifen-Lei tung ausgebildet und besitzt z. B. ebenfalls einen Wellen widerstand von 50 Ω. Die an dem unbalancierten Anschluß und an dem balancierten Anschluß anliegenden (Eingangs-)Signa le werden vorteilhafterweise gut von dem Ausgang (IF-Port) getrennt (isoliert), da die (Eingangs-)Signale in der Mittelanzapfung kurzgeschlossen werden. Die Unter drückung der (Eingangs-)Signale beträgt ungefähr +20 dB.

Der beschriebene Übertrager ist vorteilhafterweise ver wendbar in einem doppelt balancierten Diodenmischer, der nahezu vollständig in planarer Technologie herstellbar ist und der am gleichen Anmeldetag unter dem amtlichen Akten zeichen P .. .. . . . (internes Aktenzeichen UL 91/59BA) beim Deutschen Patentamt angemeldet worden ist.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend bar.

Claims

1. Übertrager zur Übertragung elektrischer Signale von einem unsymmetrischen in ein symmetrisches System oder um gekehrt, wobei auf der Seite des symmetrischen Systems eine Mittelanzapfung vorhanden ist, dadurch gekennzeich net,

- daß auf einer Seite eines elektrisch isolierenden Substrates in planarer Technologie eine Balun-Struk tur, bestehend aus einem unbalancierten An schluß (1) und einem balancierten Anschluß (5, 6), vorhanden ist,
- daß der unbalancierte Anschluß (1) als koplanare Struktur für das unsymmetrische System ausgebildet ist,
- daß der balancierte Anschluß (5, 6) als voll symme trische Zweibandleitung in Slotline-Technologie ausgebildet ist,
- daß auf der anderen Seite des Substrates im Be reich des balancierten Anschlusses (5, 6) eine u-förmige Leiterstruktur (4) vorhanden ist,
- daß die Leiterstruktur (4) und die Zweibandleitung eine Broadside-Coupled-Suspended-Stripline bilden und
- daß an den bogenförmigen Teil der u-förmigen Lei terstruktur eine Anzapfung (8), die als Mi krostreifenleitung ausgebildet ist, angeschlossen ist.

2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zweibandleitung ausgebildete Slotline (2) ein seitig durch ein Kurzschlußleiterstück (3) kurzgeschlossen ist.

3. Übertrager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Slotline (2) und die koplanare Struktur des unbalancierten Anschlusses (1) jeweils eine Länge von λ/4 haben, wobei λ die Mittenfrequenz bedeutet.

4. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine effektive Permittivität ε_r,eff besitzt, die in einem Bereich von 2 bis 8 liegt.

5. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Substrat vorhan denen Leiterstrukturen für einen Frequenzbereich größer 2 GHz ausgelegt sind.

6. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelanzapfung (8) unter halb der Slotline (2) an den bogenförmigen Teil der u-för migen Leiterstruktur (4) angeschlossen ist so daß die aus dem unsymmetrischen Anschluß (1) und dem symmetrischen An schluß (5, 6) herrührenden Signale in der Mittelanzapfung (8) kurzgeschlossen werden.

7. Übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der unbalancierte Anschluß (1), der balancierte Anschluß (5, 6) sowie der Mikrostrei fenanschluß (8) jeweils für einen Wellenwiderstand von 50 Ω ausgelegt sind bei der verwendeten Mittenfrequenz.