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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Verbinden
einer ersten Hochfrequenzübertragungsleitung,
wie z. B. einer vielschichtigen Leiterplatte mit einer Leiterbahn
oder Mikro-Leiterbahn, und einer zweiten Hochfrequenzübertragungsleitung,
wie z. B. ein Koaxialkabel oder eine vielschichtige Leiterplatte,
während
dazwischen eine gute Impedanzanpassung erfolgt.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Die
kürzlichen
technologischen Fortschritte in der IT (Informationstechnologie)
führten
zu einem massiven Anwachsen von Informationskommunikationsnetzwerken,
die elektrische Signale in einem Frequenzbereich von einigen hundert
MHz bis in den GHz-Bereich verarbeiten. Zum Beispiel werden Funkwellen
in dem GHz-Frequenzband von Informations- und Kommunikationsvorrichtungen
und -Instrumenten verwendet, wie z. B. von Mobiltelefonen und an
drahtlose lokale Netzwerke (wireless LAN – Local Area Network) angeschlossene
Terminals und dem ITS (Intelligent Transportation System – intelligentes Übertragungssystem).
Um den ansteigenden Bedürfnissen
für mehr
und mehr Funkwellen für
viele unterschiedliche Arten von Kommunikationsvorrichtungen zu
begegnen, werden diese Vorrichtungen und Instrumente durch höhere Frequenzen
von einigen GHz bis zu 10 GHz und höher erweitert.
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Um
Teile innerhalb von Hochfrequenzvorrichtungen und/oder -Instrumenten
zu verbinden und auch um Verbindungen zwischen Hochfrequenzvorrichtungen
und -Instrumenten zu schaffen, ist es an vielen Orten nötig, zwei
unterschiedliche Hochfrequenzübertragungsleitungen
zu verbinden.
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Hochfrequenzvorrichtungen
und -Instrumente oder Hochfrequenzübertragungsleitungen auf vielschichtigen
Leiterplatten werden normalerweise durch Hochfrequenz-Koaxialverbinder
zum Anlegen/Ausgeben von Signalen verbunden. Jedoch steigen durch
die Verwendung von Hochfrequenz-Koaxialverbindern die Kosten des
Systems.
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23 der
begleitenden Zeichnungen zeigt einen Verbindungsaufbau nach einem
ersten Stand der Technik zur Verbindung eines Koaxialkabels 6 und
einer vielschichtigen Leiterplatte 2 mit einer sich darauf
befindlichen Leiterbahn ohne Verwendung eines Koaxialverbinders,
wie er in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2001-102817 offenbart ist, in einer perspektivischen Explosionsdarstellung.
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In 23 sind
leitende Schichten der vielschichtigen Leiterplatte 2 schattiert
gezeigt. In einigen der begleitenden Zeichnungen sind alle leitenden
Schichten von Leiterplatten schattiert gezeigt, um diese klar zu
unterscheiden.
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24 der
begleitenden Zeichnungen zeigt einen Bereich der in 23 dargestellten
Verbindungsstruktur in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung.
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In
den 23 und 24 ist
ein Mittelleiter 8 eines Koaxialkabels 6 in ein
Durchgangsloch 4 einer vielschichtigen Leiterplatte 2 eingesetzt,
auf der eine dreischichtige Leiterbahn angeordnet ist, wobei der
Mittelleiter 8 durch einen Lötkörper 10 elektrisch mit
dem Durchgangsloch 4 verbunden ist. Die vielschichtige
Leiterplatte 2 weist ein oberes Erdungsmuster (Erdleiter) 12 auf,
das durch einen Lötkörper 16 elektrisch
mit einem Außenleiter 14 des
Koaxialkabels 6 verbunden ist.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 2 weist ebenfalls ein unteres
Erdungsmuster 20 auf, das über ein Erdungs-Durchgangsloch 22 elektrisch
mit dem oberen Erdungsmuster 12 verbunden ist.
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Der
hier verwendete Ausdruck „Durchgangsloch" bezeichnet ein mit
Leiterflächen
beschichtetes Durchgangsloch, dass leitende Schichten einer vielschichtigen
Leiterplatte verbindet.
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Mit
dem in den 23 und 24 gezeigten Verbindungsaufbau
werden der Mittelleiter 8 des Koaxialkabels 6 und
ein Signalleiter 24, welcher als eine Signalleitung der
vielschichtigen Leiterplatte 2 dient, elektrisch miteinander
verbunden und der Außenleiter 14 des
Koaxialkabels 6 und die Erdungsmuster 12, 20 der
vielschichtigen Leiterplatte 2 werden elektrisch miteinander
verbunden.
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25 der
begleitenden Zeichnungen zeigt einen Verbindungsaufbau nach einem
zweiten Stand der Technik zum Verbinden eines Koaxialkabels 6 und
einer vielschichtigen Leiterplatte 32, auf dem eine Mikro-Leiterbahn
angeordnet ist, ohne Verwendung eines Koaxialverbinders, in einer
perspektivischen Explosionsdarstellung.
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26 der
begleitenden Zeichnungen zeigt einen Teil des in 25 dargestellten
Verbindungsaufbaus in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung.
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Wie
in den 25 und 26 gezeigt,
ist ein Leiterende eines Mittelleiters 8 eines Koaxialkabels 6 über einen
Lötkörper 36 elektrisch
mit dem Muster eines Signalleiters 34 einer vielschichtigen Leiterplatte 32 verbunden.
Die vielschichtige Leiterplatte 32 weist ein mittels eines
Lötkörpers 16 elektrisch
an einen Außenleiter 14 des
Koaxialkabels 6 angeschlossenes Erdungsmuster 38 auf.
Die vielschichtige Leiterplatte 2 weist ebenfalls ein anderes Erdungsmuster 40 auf,
das über
Erdungs- Durchgangslöcher 42 elektrisch
mit dem Erdungsmuster 38 verbunden ist.
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Nach
dem ersten Stand der Technik und dem zweiten Stand der Technik werden
keine teueren Koaxialverbinder verwendet, um das Koaxialkabel 6 und
den Signalleiter 24 und die Erde 12 der vielschichtigen
Leiterplatte 2 oder das Koaxialkabel 6 und den
Signalleiter 34 und die Erde 38 der vielschichtigen
Leiterplatte 32 zu verbinden.
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Jedoch
weisen die Hochfrequenzübertragungsleitungs-Verbindungssysteme
nach dem ersten Stand der Technik und dem zweiten Stand der Technik
nachfolgend beschriebene verschiedene Probleme auf.
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Zunächst weist
das Hochfrequenzübertragungsleitungs-Verbindungssystem
nach dem in 23 und 24 gezeigten
ersten Stand der Technik die folgenden Nachteile auf:
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Da
es der Mittelleiter 8 des Koaxialkabels 6 benötigt, dass
eine bestimmte Länge
seines blanken Drahtleiters verlötet
wird, erzeugt der blanke Drahtleiter eine große Streuinduktanz, wodurch
eine Impedanz-Fehlanpassung erfolgt, und bewirkt ebenfalls einen
großen
Reflexionsverlust.
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Da
die vielschichtige Leiterplatte 2 das Durchgangsloch 4 aufweist,
in das der Mittelleiter 8 des Koaxialkabels 6 eingesetzt
ist, wird in der Nähe des
Durchgangslochs 4 ebenfalls eine große Streu-Kapazität zwischen
dem Durchgangsloch 4 und den Erdungsmustern gebildet. Die
große Streu-Kapazität führt ebenfalls
zu einer Impedanz-Fehlanpassung und führt zu einem großen Reflexionsverlust.
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Der
Mittelleiter 8 des Koaxialkabels 6 sollte zum
Einsetzen in das Durchgangsloch 4 in einem rechten Winkel
abgeknickt sein.
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Demzufolge
ist es wahrscheinlich, dass der Mittelleiter 8 verschiedene
unterschiedliche Knickformen aufweist. Es ist ebenfalls schwierig,
den blanken Drahtleiter des Mittelleiters 8 bei der Befestigung
des Koaxialkabels 6 auf der vielschichtigen Leiterplatte 2 in
einer konstanten Länge
zu halten. Im Ergebnis ist es schwierig, die Verbindung zwischen
dem Koaxialkabel 6 und der vielschichtigen Leiterplatte 2 in
einer konstanten physikalischen Konfiguration zu halten und konstante
elektrische Eigenschaften zu erhalten. In anderen Worten werden
Fertigkeit und Kompetenz benötigt,
um die Verbindung zwischen dem Koaxialkabel 6 und der vielschichtigen
Leiterplatte 2 in einem konstanten physikalischen Aufbau
auszuführen.
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Ähnlich müssen der
Mittelleiter 8 und das Durchgangsloch 4 mit Fertigkeit
und Kompetenz verlötet
werden, da der für
das Verlöten
vorhandene Platz nicht ausreicht.
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Das
Koaxialkabel 6 kann sich aufgrund seiner zylindrischen
Form frei auf der flachen Oberfläche
der vielschichtigen Leiterplatte 2 bewegen, Demzufolge
ist es schwierig, das Koaxialkabel 6 zu positionieren und
anzulöten.
Es ist ebenfalls schwierig, die Verbindung zwischen dem Koaxialkabel 6 und
der vielschichtigen Leiterplatte 2 in einer einheitlichen Verbindungsqualität auszuführen. Die
Fixierung des Koaxialkabels 6 weist eine relativ schwache
mechanische Stärke
auf.
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Der
Verbindungsaufbau nach dem ersten Stand der Technik kann innerhalb
eines Frequenzbereichs von wenigstens einigen GHz verwendet werden.
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Das
Hochfrequenzübertragungsleitungs-Verbindungssystem
nach dem zweiten Stand der Technik weist die folgenden Nachteile
auf:
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Da
in der vielschichtigen Leiterplatte 32 kein Durchgangsloch
vorgesehen ist und die durch den Verbindungaufbau erzeugte Streu-Kapazität viel kleiner
ist, als bei dem ersten Stand der Technik, kann eine Impedanzanpassung
leichter erfolgen. Da jedoch Lötmittel
verwendet wird, um den Mittelleiter 8 und den Signalleiter 34 miteinander
zu verbinden, ohne dass ein Fixierungsmechanismus verwendet wird,
ist eine komplizierte handwerkliche Ausführung nötig, um eine geeignete Menge
Lötmittel
auf einer geeigneten Fläche
aufzubringen, um zuverlässige und ökonomische
Lötverbindungen
auszuführen.
In anderen Worten ist die Effizienz niedrig, mit der der Verbindungsaufbau
zusammengefügt
wird, und die zum Zusammenbau des Verbindungsaufbaus benötigte Zeit
ist lang, wodurch eine verminderte Ausbeute entsteht.
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Nach
dem zweiten Stand der Technik stieß man bei der Positionierung
und dem Anlöten
des Koaxialkabels 6 auf Schwierigkeiten, wie bei dem ersten Stand
der Technik, da das Koaxialkabel 6 auf der flachen Oberfläche der
physischen Leiterplatte 2 positioniert und daran befestigt
werden muss, wodurch es schwierig ist, eine einheitliche Verbindungsqualität aufrechtzuerhalten.
Weiter weist die Fixierung des an den Signalleiter 34 gelöteten Mittelleiters 8 eine
relativ schwache mechanische Stärke
auf, da der Mittelleiter 8 an den Signalleiter 34 der
vielschichtigen Leiterplatte 32 gelötet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist demzufolge eine dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein
System und ein Verfahren zum günstigen,
einfachen und genauen Verbinden von einer ersten und einer zweiten
Hochfrequenzübertragungsleitung
mit einer starken mechanischen Verbindung entsprechend einer hoch
reproduzierbaren Verbindungstechnik (Fixierungstechnik), welche
geeignet ist, exzellente Hochfrequenzeigenschaften zu realisieren,
anzugeben, während
eine gute Impedanzanpassung in einem weiten Frequenzbereich oberhalb
von 10 GHz an der dazwischenliegenden Verbindung erreicht wird.
Die hoch reproduzierbare Technik bezieht sich auf ein Verfahren,
eine einheitliche Verbindungsqualität in wiederholten Zyklen der
Verbindung von ersten und zweiten Übertragungsleitungen zu erhalten.
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Nach
dieser Erfindung ist ein System zum elektrischen Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
angegeben, umfassend eine erste Übertragungsleitung,
die eine vielschichtige Leiterplatte mit einem Erdungsmuster und
einer ersten Signalleitung umfasst, welche zusammen eine Leiterbahn
oder Mikro-Leiterbahn
bilden, und eine zweite Übertragungsleitung
mit einer zweiten Signalleitung und einer an die zweiten Signalleitung
elektrisch angeschlossenen Elektrode, wobei die erste Übertragungsleitung
ein Teil-Durchgangsloch aufweist, das an einem Ende der vielschichtigen
Leiterplatte definiert und an die erste Signalleitung der Leiterbahn oder
der Mikro-Leiterbahn
angeschlossen ist, wobei das Teil-Durchgangsloch durch das Stanzen
eines Durchgangslochs gebildet ist, die erste Übertragungsleitung einen Zwischenraum
aufweist, der zwischen dem Teil-Durchgangsloch und dem Erdungsmuster
definiert ist, um eine Impedanzanpassung zwischen charakteristischen
Impedanzen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung zu gewährleisten,
das Teil-Durchgangsloch der ersten Übertragungsleitung und die
Elektrode der zweiten Übertragungsleitung
miteinander verbunden sind, wobei die erste und die zweite Übertragungsleitung
miteinander verbundene Erdleiter aufweisen.
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Wie
zuvor beschrieben, ist das Teil-Durchgangsloch an die erste Signalleitung
angeschlossen und an dem Ende der vielschichtigen Leiterplatte definiert,
wobei zwischen dem Teil-Durchgangsloch
und dem Erdungsmuster ein Zwischenraum definiert ist, um eine Impedanzanpassung
zwischen charakteristischen Impedanzen der ersten und der zweiten Übertragungslei tung
zu gewährleisten.
Das Teil-Durchgangsloch der ersten Übertragungsleitung und die
Elektrode der zweiten Übertragungsleitung sind
miteinander verbunden und die Erdungsleiter der ersten und zweiten Übertragungsleitung
sind miteinander verbunden.
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Bei
der obigen Anordnung ist es möglich,
an der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung
eine gute Impedanzanpassung in einem weiten Frequenzbereich oberhalb
von 10 GHz zu erreichen.
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Das
außerhalb
des obigen Zwischenraums angeordnete Erdungsmuster bildet Hülsen, die
voneinander beabstandet sind und sich nach außen ausdehnen, wobei das Teil-Durchgangsloch
dazwischen angeordnet ist.
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Die
zweite Übertragungsleitung
kann in eine Lücke
zwischen den Hülsen
eingesetzt werden. Die Hülsen
erlauben eine kolineare Ausrichtung der Signalleitungen der ersten
und der zweiten Übertragungsleitung
zueinander und können
ebenfalls als eine Ausrichtungsführung
für die
gemeinsame Richtung dienen, in der die erste und die zweite Übertragungsleitung
verbunden werden sollen.
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Umfasst
die zweite Übertragungsleitung
ein Koaxialkabel mit einem Außenleiter
und einem darin als die zweite Signalleitung angeordneten Mittelleiter, so
kann die Weite der Lücke
gleich zu einem Wert sein, der dazu korrespondiert, dass der Durchmesser des
Außenleiters
zu den Hülsen
passt. Der Mittelleiter weist einen kurzen Drahtleiter auf, der
als die an das Teil-Durchgangsloch
angeschlossene Elektrode dient, und der in die Lücke zwischen den Hülsen eingesetzte
Außenleiter
wird direkt mit den Hülsen
verbunden.
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Mit
der obigen Anordnung können
der Mittelleiter des Koaxialkabels und die erste Signalleitung der
ersten Übertragungsleitung
zuverlässig
in einer ko-linearen Ausrichtung zueinander positioniert werden.
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Der
kurze Drahtleiter des Mittelleiters des Koaxialkabels kann eine
kurze Länge
und Größe aufweisen,
wodurch in der Nähe
des Teil-Durchgangslochs Streu-Induktivität minimiert und Streu-Kapazitäten vermindert
werden. Demzufolge wird zwischen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung
eine bessere Impedanzanpassung erreicht und jegliche Reflexionsverluste
zwischen der ersten und zweiten Übertragungsleitung
werden reduziert.
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Da
der Mittelleiter des Koaxialkabels nicht geknickt werden muss, ist
keine spezielle Begabung nötig,
um die erste und die zweite Übertragungsleitung
miteinander zu verbinden. Da der zur Verbindung der ersten und der
zweiten Übertragungsleitung zur
Verfügung
stehende Umgebungsbereich groß ist, bleibt
der Verbindungsvorgang zwischen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung
einheitlich und variiert nicht von Werkstück zu Werkstück, wodurch eine
einheitliche Verbindungsqualität
entsteht. Da das Koaxialkabel nur in einer Mitte zwischen den Hülsen an
dem Ende der vielschichtigen Leiterplatte angeordnet werden muss,
kann das Koaxialkabel leicht positioniert werden und dessen Außenleiter
kann leicht und eng an den Hülsen
fixiert werden, d. h. an der vielschichtigen Leiterplatte.
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Das
System umfasst weiter zwei leitende Anschlussstücke, die den Außenleiter
des Koaxialkabels und das Erdungsmuster der ersten Übertragungsleitung
verbinden, wobei die leitenden Anschlusstücke jeweils auf einer oberen
und einer unteren Seite einer vielschichtigen Platte angeordnet sind,
die die erste Übertragungsleitung
umfasst, und gegen jeweilige Bereiche des Außenleiters gedrückt und
damit in Kontakt gehalten werden, und mit dem Erdungsmuster der
ersten Übertragungsleitung
verbunden sind. Die Fixierung des Koaxialkabels als die zweite Übertragungsleitung
mit der ersten Übertragungsleitung
weist eine weiter erhöhte
mechanische Stärke
auf.
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Umfasst
die zweite Übertragungsleitung
eine vielschichtige Leiterplatte mit einem Erdungsmuster und der
zweiten Signalleitung, welche zusammen eine Leiterbahn oder eine
Mikro-Leiterbahn
bilden, so weist die zweite Signalleitung ein in einem ihrer Enden
definiertes Durchgangsloch auf und die zweite Signalleitung weist
einen zwischen dem Durchgangsloch und dem Erdungsmuster definierten
Abstand auf, um eine Impedanzanpassung zwischen charakteristischen
Impedanzen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung zu gewährleisten.
Die Elektrode umfasst einen Anschlussstift, der in das Durchgangsloch
eingesetzt ist. Die erste Übertragungsleitung
ist so auf der zweiten Übertragungsleitung
angeordnet, dass das Teil-Durchgangsloch
eine innere Wand aufweist, die einer äußeren Umfangsoberfläche der
Elektrode gegenübersteht
und diese kontaktiert, wobei die Elektrode und die innere Wand des
Teil-Durchgangslochs
miteinander verbunden sind.
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Mit
der obigen Anordnung können
die vielschichtigen Leiterplatten, die jede eine Leiterbahn oder
Mikro-Leiterbahn umfassen, effizient und günstig mit einer guten Impedanzanpassung
miteinander verbunden werden.
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Das
Erdungsmuster der zweiten Übertragungsleitung
weist einen Erdungs-Anschlussstift auf und die erste Übertragungsleitung
weist ein Erdungs-Teil-Durchgangsloch auf, das an einem von deren
Enden definiert ist, an dem das Teil-Durchgangsloch definiert ist.
Das Erdungs-Teil-Durchgangsloch weist eine Aussparung auf, die komplementär zu einer äußeren Umfangsoberfläche des
Erdungs-Anschlussstifts geformt ist. Die erste Übertragungsleitung ist so auf
der zweiten Übertragungsleitung
po sitioniert, dass das Teil-Durchgangsloch eine innere Wand aufweist,
die einer äußeren Umfangsoberfläche der
Elektrode gegenübersteht
und diese kontaktiert, wobei die Elektrode und die innere Wand des
Teil-Durchgangslochs miteinander verbunden sind. Die erste Übertragungsleitung
ist ebenfalls so auf der zweiten Übertragungsleitung angeordnet, dass
das Erdungs-Teil-Durchgangsloch
eine Aussparung aufweist, die der äußeren Umfangsoberfläche des
Erdungs-Anschlussstifts gegenübersteht
und diese kontaktiert, wobei der Erdungs-Anschlussstift und eine
innere Wand des Erdungs-Teil-Durchgangslochs miteinander verbunden
sind. Mit der obigen Anordnung können
die vielschichtigen Leiterplatten der ersten und der zweiten Übertragungsleitung
leichter zueinander positioniert werden, um eine höhere Effizienz
zu erreichen.
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Das
System umfasst weiter ein elastisches Element, um die Erdungsmuster
und die Signalleitungen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung bei
dem Verbinden der ersten Übertragungsleitung mit
der zweiten Übertragungsleitung
durch dessen Federkräfte
verbunden zu halten. Auf diese Weise ist keine Verlötung notwendig,
um die Erdungsmuster und die Signalleitungen der ersten und der
zweiten Übertragungsleitung
zu verbinden.
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Vorzugsweise
umfasst das System weiter eine Erhebung, die zwischen dem Erdungsmuster der
ersten Übertragungsleitung
und dem diesem gegenüberliegenden
Erdungsmuster der zweiten Übertragungsleitung
angeordnet ist, um eine Position zu bestimmen, in der die Erdungsmuster
miteinander verbunden sind und den Kontaktwiderstand zwischen den
Erdungsmustern zu verringern.
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Nach
dieser Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren angegeben zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen
in einem System zum elektrischen Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen,
das eine erste Übertragungsleitung, die
eine vielschichtige Leiterplatte mit einem Erdungsmuster und einer ersten
Signalleitung, welche zusammen eine Leiterbahn oder Mikro-Leiterbahn bilden,
und eine zweite Übertragungsleitung
mit einer zweiten Signalleitung und einer an die zweiten Signalleitung
elektrisch angeschlossene Elektrode umfasst, das Verfahren umfasst
die Schritte: definieren eines Teil-Durchgangslochs an einem Ende der vielschichtigen
Leiterplatte, wobei das Teil-Durchgangsloch an die erste Signalleitung
der Leiterbahn oder der Mikro-Leiterbahn angeschlossen ist, wobei
das Teil-Durchgangsloch als eine Elektrode dient, die eine teilweise
geschnittene Form eines Durchgangslochs aufweist, vorsehen eines
Zwischenraums zwischen dem Teil-Durchgangsloch
und dem Erdungsmuster, um eine Impedanzanpassung zwischen charakteristischen
Impedanzen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung zu gewährleisten,
und verbinden des Teil-Durchgangslochs der ersten Übertragungsleitung
und der Elektrode der zweiten Übertragungsleitung
miteinander, und verbinden von Erdleitern der ersten und der zweiten Übertragungsleitung miteinander.
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Das
obige Verfahren ermöglicht
es, an der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung
eine gute Impedanzanpassung in einem weiten Frequenzbereich oberhalb
von 10 GHz zu erhalten.
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Die
obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
werden anhand der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
weiter verdeutlicht, in denen bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung anhand
eines illustrativen Beispiels gezeigt werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertra gungsleitungen
nach einer Ausführungsform
dieser Erfindung;
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2 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Teils des in 1 gezeigten
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen;
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3 zeigt
eine Vorderaufsicht auf einen Teil einer vielschichtigen Leiterplatte
nahe einem Durchgangsloch, wobei die Ansicht auch ein im Zusammenhang
mit dem Durchgangsloch stehendes Streuelementmodell zeigt;
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4 zeigt
ein Diagram, das gemessene Änderungen
einer charakteristischen Impedanz mit unterschiedlichen Durchmessern
des Abstands zeigt;
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5 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach einer anderen Ausführungsform
dieser Erfindung;
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6 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Teils des in 5 gezeigten
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen;
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7 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
dieser Erfindung;
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8 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Teils des in 7 gezeigten
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen;
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9 zeigt
eine vergrößerte Teilansicht
einer Verbindung zwischen einem Koaxialkabel und einem Teil-Durchgangsloch;
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10 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen,
welche jeweils eine Mikro-Leiterbahn und ein Koaxialkabel umfassen;
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11 zeigt
ein Diagramm, das die Gewinne zeigt, um die Übertragungscharakteristiken
des in 8 gezeigten Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
und die Übertragungscharakteristiken
des in 23 gezeigten herkömmlichen
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen zu vergleichen;
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12 zeigt
eine perspektivische Explosions-Teilschnittdarstellung
eines Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen nach noch
einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung;
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13 zeigt
eine perspektivische Explosions-Teilschnittdarstellung
eines Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen nach noch
einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung;
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14 zeigt
eine perspektivische und transparente Teilschnittdarstellung eines
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen nach einer
weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung;
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15 zeigt
eine perspektivische Explosions-Teilschnittsdarstellung
eines Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen nach noch
einer weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung,
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16 zeigt
eine Querschnittsdarstellung des in 15 gezeigten
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen, bei der
die Darstellung teilweise weggelassen wurde;
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17 zeigt
eine Querschnittsdarstellung, die eine Schwäche darstellt, welche durch
eine Erhebung verursacht wurde, die zu weit vorsteht;
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18 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht eines Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung;
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19 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Teils des in 18 gezeigten
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen;
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20 zeigt
eine Querschnittsdarstellung eines Verbindungsaufbaus mit einer
geneigten Elektrode;
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21 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung;
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22 zeigt
eine Querschnittsdarstellung eines Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung, bei der die Darstellung teilweise weggelassen
wurde;
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23 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht eines Verbindungsaufbaus
nach dem ersten Stand der Technik;
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24 zeigt
eine perspektivische Teilschnittsdarstellung eines Teils des in 23 gezeigten
Verbindungsaufbaus;
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25 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Verbindungsaufbaus
nach dem zweiten Stand der Technik; und
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26 zeigt
eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Teils des in 25 gezeigten
Verbindungsaufbaus.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
nach dieser Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die Teile der in den 1 bis 22 gezeigten
Ausführungsformen,
welche identisch zu den in 23 bis 26 gezeigten
sind, sind mit identischen Bezugszeichen bezeichnet und werden nachfolgend
nicht mehr detailliert beschrieben.
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1 zeigt
ein System 100 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach einer Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung
und 2 zeigt ein Teil des in 1 gezeigten
Systems zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen in einer
perspektivischen Teilschnittsdarstellung.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst das System 100 zum
Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
eine erste Übertragungsleitung 108 und
eine zweite Übertragungsleitung 114,
welche elektrisch mit der ersten Übertragungsleitung 108 verbunden
ist.
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Die
erste Übertragungsleitung 108 umfasst eine
vielschichtige Leiterplatte 106 eines geschichteten Aufbaus,
die drei leitende Schichten und zwei dielektrische Schichten umfasst,
welche zusammen eine Leiterbahn bilden, die Erdungsmuster 102 und eine
erste Signalleitung 104 umfasst, welche einen Signalleiter
aufweist.
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Die
zweite Übertragungsleitung 114 umfasst eine
vielschichtige Leiterplatte 124 eines geschichteten Aufbaus
mit drei leitenden Schichten und zwei dielektrischen Schichten,
welche zusammen eine Leiterbahn bilden, die Erdungsmuster 122 und
eine zweite Signalleitung 110 umfasst, welche einen Signalleiter
aufweist. Die zweite Übertragungsleitung 114 weist
eine Elektrode 112 auf, die einen metallischen Anschlussstift
umfasst, der in einem Durchgangsloch 126 befestigt ist,
welches an einem Ende der zweiten Signalleitung 110 definiert
ist.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 106 weist ein an einem ihrer
Enden definiertes Teil-Durchgangsloch 116 auf, welches
als eine an die erste Signalleitung 104 angeschlossene
Elektrode dient, wobei das Teil-Durchgangsloch 116 als
eine halbzylindrische Form ausgestaltet ist, die durch obere und
untere halbkreisförmige
Leiterstücke
gedeckelt ist, indem ein Durchgangsloch teilweise geschnitten wird.
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Zwischen
einer halbkreisförmigen
Leiterfläche 118 des
Teil-Durchgangslochs 116 und
den Erdungsmustern 102 ist ein Abstand 120 vorgesehen, der
als eine Lücke
dient, um eine Anpassung an einem Verbindungsende zwischen den charakteristischen
Impedanzen der ersten und der zweiten Übertragungsleitung 108, 114 zu
gewährleisten.
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Das
Teil-Durchgangsloch 116 der ersten Übertragungsleitung 108 und
die Elektrode 112 der zweiten Übertragungsleitung 114 sind
elektrisch miteinander verbunden und gegenüberliegende Ober flächen der
Erdungsmuster 102, 122 der ersten und der zweiten Übertragungsleitung 108, 114 sind
elektrisch miteinander verbunden, wodurch die erste und die zweite Übertragungsleitung 108, 114 elektrisch miteinander
verbunden sind.
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In
der zuvor beschriebenen und in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
umfasst die zweite Übertragungsleitung 114 die
vielschichtige Leiterplatte 124 mit den Erdungsmustern 122 auf
ihren beiden Oberflächen
und die dazwischen liegende zweite Signalleitung 110, welche
zusammen die Leiterbahn bilden, wobei die zweite Signalleitung 110 an ihrem
Ende das Durchgangsloch 126 aufweist. Zwischen einem Leiterstück 128 des
Durchgangslochs 126 und dem Erdungsmuster 122 ist
an einem Verbindungsende ein Abstand 130 zum Gewährleisten einer
Anpassung zwischen den charakteristischen Impedanzen der ersten
und der zweiten Übertragungsleitungen 108, 114 gebildet.
Der metallische Anschlussstift ist in das Durchgangsloch 126 eingesetzt
und bildet die Elektrode 112.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 106 (die erste Übertragungsleitung 108)
ist so auf der vielschichtigen Leiterplatte 124 (der zweiten Übertragungsleitung 114)
angeordnet, dass die innere halbzylindrische Wand 132 des
Teil-Durchgangslochs 116 der vielschichtigen Leiterplatte 106 einer äußeren Oberfläche des
metallischen Anschlussstifts der Elektrode 112 gegenübersteht,
und dann wird der metallische Anschlussstift der Elektrode 112 an
die innere Wand 132 des Teil-Durchgangslochs 116 angeschlossen.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 106 und die vielschichtige
Leiterplatte 124 weisen Erdungs-Durchgangslöcher 134, 136 auf,
welche deren Erdungsmuster miteinander verbinden.
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In
dem System 100 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
können
die Elektrode 112 und das Durchgangsloch 126 durch Löten, Verkleben
mit leitendem Klebstoff, eine Presspassung oder einer beliebigen
anderen Verbindungstechnik verbunden werden, wenn dadurch die Elektrode 112 und
das Durchgangsloch 126 zuverlässig elektrisch miteinander
verbunden werden können.
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Werden
die Elektrode 112 und das Durchgangsloch 126 durch
Löten oder
Kleben mit einem leitenden Klebstoff miteinander auf der vielschichtigen
Leiterplatte 124 verbunden, so werden sie von der Rückseite
des Durchgangslochs 126, die deren Vorderseite gegenüber liegt,
wo die Elektrode 112 eingesetzt ist, miteinander verbunden,
so dass sich kein Lot oder Klebstoff auf der oberen Oberfläche der vielschichtigen
Leiterplatte 124 ansammelt.
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In
der 1 weist eine Aufsicht auf das Teil-Durchgangsloch 116 in
der ersten Übertragungsleitung 108 eine
halbkreisförmige
Form auf. Jedoch kann das Teil-Durchgangsloch 116 auch
eine teil-rechteckige Form, eine bogenförmige Form oder eine beliebige
andere Form aufweisen, solange hierdurch die stabile Verbindung
des Teil-Durchgangslochs 116 mit der Elektrode 112 mit
einem geringen Widerstand gewährleistet
wird.
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Die
Elektrode 112 weist die Form einer Niete auf, die einen
zylindrischen Kopf 112A und einen sich von dem Kopf 112A mit
einem geringeren Durchmesser als der Kopf 112A nach unten
ausdehnenden Schaft 112B aufweist. Der Kopf 112A weist
einen Durchmesser auf, der etwas kleiner ist, als der Durchmesser
des Teil-Durchgangslochs 116, so dass der Kopf 112A zuverlässig in
Kontakt mit dem Teil-Durchgangsloch 116 gehalten werden
kann. Weiter vorzugsweise sollten der Durchmesser des Kopfs 112A und
der Durchmesser des Teil-Durchgangslochs 116 im Wesentlichen
miteinander gleich sein, um die gesamte innere Wand 132 des Teil-Durchgangslochs 116 in
Kontakt mit der äußeren Umfangsoberfläche des
Kopfs 112A der Elektrode 112 zu halten.
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Der
Kopf 112A der Elektrode 112 weist eine axiale
Länge auf,
die größer ist,
als die Dicke der vielschichtigen Leiterplatte 106. Jedoch
sollte die Länge des
Bereichs des Kopfs 112A, die von der Oberfläche der
vielschichtigen Leiterplatte 106 hervorsteht, vorzugsweise
gleich oder geringer sein, als 1/10 der Wellenlänge eines höchsten Frequenzsignals, das durch
die erste und die zweite Übertragungsleitung 108, 114 übertragen
werden soll.
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Das
Teil-Durchgangsloch 116 der ersten Übertragungsleitung 108 und
die Elektrode 112 der zweiten Übertragungsleitung 114,
d. h. die Signalleitungen, und die Erdungsmuster 102 und
die Erdungsmuster 122, d. h. die Erdungsmuster, können miteinander
durch Löten,
Verkleben mit leitendem Klebstoff, einen mechanischen Kontakt oder
einer beliebigen anderen Verbindungstechnik verbunden werden, solange
die Signalleitungen und die Erdungsmuster dadurch stabil elektrisch
verbunden werden.
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Die
Erdungs-Durchgangslöcher 134 der
vielschichtigen Leiterplatte 106 sind nahe an dem Teil-Durchgangsloch 116 angeordnet,
um eine bessere Impedanzanpassung zu gewährleisten.
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In
dem in den 1 und 2 gezeigten System 100 zum
Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
passt die Elektrode 116 mit dem konvexen Aufbau und dem
kleineren Durchmesser in das Teil-Durchgangsloch 116 mit
dem konkaven Aufbau und dem etwas größeren Durchmesser. Demzufolge
können
das Teil-Durchgangsloch 116 und
die Elektrode 112 aufgrund der Form und den Abmessungen
des Teil-Durchgangslochs 116 und der Elektrode 112 ohne
jegliche Schwierigkeiten verbunden werden.
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Die
erste Übertragungsleitung 108 und
die zweite Übertragungsleitung 114 können in
einer Vorrichtungsmessanwendung verwendet werden. Zum Beispiel ist
ein Signalgenerator an die zweite Übertragungsleitung 114 angeschlossen
und eine Testvorrichtung, wie z. B. eine Leuchtdiode oder eine integrierte
Schaltung, ist auf der ersten Übertragungsleitung 108 angeordnet,
welche als ein Nebenträger verwendet
wird. Das Teil-Durchgangsloch 116 wird
in Kontakt mit der Elektrode 112 gehalten und die Erdungsmuster
werden ebenfalls miteinander in Kontakt gehalten, um die Testvorrichtung
zu vermessen. Die Testvorrichtung kann beim Austausch in einem verkürzten Zeitabschnitt
gemessen werden und die erste Übertragungsleitung 108,
die als eine kleine vielschichtige Leiterplatte aufgebaut ist, kann
die Kosten reduzieren.
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In
dem zuvor beschriebenen in den 1 und 2 gezeigten
System 100 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
ist das Teil-Durchgangsloch 116 an dem Ende der vielschichtigen
Leiterplatte 106 definiert, wobei die Aufsicht des Teil-Durchgangslochs 116 als
ein halbkreisförmiger
Teil eines Durchgangslochs geformt ist. Der Abstand 120,
der als eine Lücke
zum Gewährleisten einer
Anpassung zwischen den charakteristischen Impedanzen der ersten
und der zweiten Übertragungsleitung 108, 114 dient,
ist zwischen der halbkreisförmigen
Leiterfläche 118 des
Teil-Durchgangslochs 116 und den Erdungsmustern 102 vorgesehen. Das
Teil-Durchgangsloch 116 der ersten Übertragungsleitung 108 und
die Elektrode 112 der zweiten Übertragungsleitung 114 sind
miteinander verbunden und die Erdungsmuster 102, 122 der
ersten und der zweiten Übertragungsleitung 108, 114 sind
miteinander verbunden.
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Die
obige Anordnung kann an der Verbindung zwischen der ersten und der
zweiten Übertragungsleitung 108, 114 wirksam
eine gute Impedanzanpassung in einem weiten Frequenzbereich oberhalb
von 10 GHz gewährleisten.
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Das
in den 1 und 2 gezeigte System 100 wird
verwendet, um Leiterbahnen miteinander zu verbinden. Jedoch kann
das System 100 verwendet werden, Mikro-Leiterbahnen oder
eine Leiterbahn und eine Mikro-Leiterbahn miteinander zu verbinden.
Ein System zum Verbinden einer Leiterbahn oder einer Mikro-Leiterbahn
und eines Koaxialkabels wird nachfolgend noch beschrieben.
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Die
Gründe,
den Abstand 120 zwischen der halbkreisförmigen Leiterfläche 118 des
Teil-Durchgangslochs 116 und den Erdungsmustern 102 der ersten Übertragungsleitung 108 und
den Abstand 130 zwischen der Leiterfläche 128 des Durchgangslochs 126 und
den Erdungsmustern 122 der zweiten Übertragungsleitung 114 vorzusehen
und die Bestimmung der Abmessungen der Abstände 120, 130, werden
nachfolgend z. B. in Bezug auf die vielschichtige Leiterplatte 124 beschrieben.
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Die 3 zeigt
einen Teil der vielschichtigen Leiterplatte 124 nahe dem
Durchgangsloch 126 in einer Vorderaufsicht.
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Zwischen
dem Durchgangsloch 126 und dem Erdungsmuster 122 tritt
eine Streukapazität
C auf (der Kapazitätswert
ist ebenfalls durch C dargestellt), die als eine schematische Darstellung
einer Größenkonstanten
dargestellt ist. Die Streukapazität C variiert abhängig von
der Lücke
zwischen der äußeren Umfangskante
der Leiterfläche 128 und
der inneren Umfangskante des Erdungsmusters 122, d. h. der
Breite des Abstandes 130.
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Wird
der Durchmesser des Abstands 130 erhöht, so vergrößert sich
ein Bereich der zweiten Signalleitung 110, der dem oberen
dem unteren Erdungsmuster 122 nicht vertikal gegenübersteht,
so dass die verteilte Kapazität
des dreilagigen Aufbaus reduziert wird. Gleichzeitig wird die gesamte
Streukapazität
C reduziert, da ein ansteigender Abstand zwischen den Elektroden
des Durchgangslochs 126 und dem Erdungsmuster 122 zu
einer Verminderung eines Streukondensators zwischen den Elektroden beiträgt. Andererseits
erhöht
sich eine Streuinduktanz L (der Induktanzwert wird ebenfalls durch
L dargestellt), die als ei ne schematisch Darstellung einer konzentrierten
Konstanten abgebildet ist.
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Die
charakteristische Impedanz nahe dem Durchgangsloch 126 kann
zu (L/C)1/2 bestimmt werden. Demzufolge
kann eine charakteristische Impedanzanpassung erreicht werden, indem
der Durchmesser des Abstands 130 eingestellt wird.
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4 zeigt
gemessene Änderungen 140 einer
charakteristischen Impedanz mit unterschiedlichen Durchmessern des
Abstands. Insbesondere stellen die dargestellten Daten Reflexionseigenschaften
eines Übertragungssystems
dar, die mittels einer Zeitdomänen-Reflexionsamplitude
auf Grundlage von TDR (Time Domain Reflectometry – Zeitdomänen-Reflektrometrie)
gemessen wurden. In 4 stellt die horizontale Achse
eine relative Verzögerungszeit
[psek] dar, wobei die Mittelposition des Durchgangslochs 126 bei
0 normalisiert ist, und die vertikale Achse stellt eine charakteristische
Impedanz [Ω]
dar.
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Die
Anstiegszeit eines gemessenen Pulses der TDR wurde auf 30 [psek]
gesetzt. Die Anstiegszeit korrespondiert zu der Grenzfrequenz von
etwa 12 GHz und die illustrierten Daten stellen Frequenzeigenschaften
der Impedanz in einem Frequenzbereich bis zu 10 GHz dar.
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Die
in 4 gezeigten Daten wurden erhalten, als ein innerer
Durchmesser des Durchgangslochs 126 0,6 [mm] betrug, ein äußerer Durchmesser der
Leiterfläche 128 1,0
[mm] betrug und der äußere Durchmesser
des Abstands 130 in dem Bereich von 1,4 bis 3,0 [mm] geändert wurde.
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Da
sich die Streuinduktanz L und die Streukapazität C mit der Änderung
des Außendurchmessers
des Abstands 130 ändern,
kann eine optimale Abmessung des Abstands 130 für 50 [Ω] aus den
gemessenen Änderungen 140 bestimmt
werden. In dem in 4 gezeigten Beispiel ist der
optimale Außendurchmesser
des Abstands 130 zu 2,2 [mm] bestimmt. Demzufolge kann
eine Verbindung zwischen der ersten Übertragungsleitung 108 und
der zweiten Übertragungsleitung 114 erhalten
werden, während dazwischen
eine charakteristische Impedanzanpassung erfolgt.
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Die 5 zeigt
ein System 200 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung und
die 6 zeigt ein Teil des in 5 gezeigten Systems 200 zum
Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung.
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Die
Teile der in den 5, 6 gezeigten Ausführungsform,
die identisch zu den in den 23 bis 26 und 1 bis 4 gezeigten
sind, sind mit identischen Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend
nicht mehr detailliert beschrieben. Ähnlich werden die Teile von
anderen Ausführungsformen,
welche identisch mit den in den vorigen Ausführungsformen beschriebenen
sind, mit identischen Bezugszeichen versehen und werden nachfolgend nicht
mehr ausführlich
beschrieben.
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Das
in den 5 und 6 gezeigte System 200 weist
eine erste Übertragungsleitung 208 auf,
die eine vielschichtige Leiterplatte 206 umfasst, welche
ein Paar Hülsen
(ebenfalls als Erdungshülsen bezeichnet) 202 aufweist,
die mit einem Abstand W lateral voneinander beabstandet sind und
sich von einem Ende des Erdungsmusters 102 auf beiden Seiten
des Endes (linkes Ende in 5) des Teil-Durchgangslochs 116 nach
außen
ausdehnen, wobei eine auf jeder Seite des Abstands 120 abgeordnet
ist, der außerhalb
des Teil-Durchgangslochs 116 an dem Ende der vielschichtigen
Leiterplatte 206 der ersten Übertragungsleitung 208 angeordnet
ist.
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Die
in den 5 und 6 gezeigte zweite Übertragungsleitung 114 ist
identisch zu der zweiten Übertragungsleitung 114 nach
der in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsform.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 206 und die vielschichtige
Leiterplatte 124 weisen Erdungs-Durchgangslöcher 134, 136 auf,
welche deren Erdungsschichten oder -Muster miteinander verbinden.
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Bei
dem obigen System 200 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
weisen die Erdungshülsen 202,
die voneinander mit einer Lücke 210 beabstandet
sind, Oberflächen
auf, die der vielschichtigen Leiterplatte 124 gegenüberstehen,
d. h. unteren Erdungsleiteroberflächen der vielschichtigen Leiterplatte 206,
und diese Oberflächen
sind mit den Erdungsmustern 122 der vielschichtigen Leiterplatte 124 verbunden.
Demzufolge kann es verhindert werden, dass die Erdungsmuster mit
der Elektrode 112 kurzgeschlossen werden, die an die Signalleitungen 104, 110 angeschlossen
ist.
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Ein
Verbindungsmittel, wie z. B. ein Lötkörper, kann an der unteren Oberfläche der
vielschichtigen Leiterplatte 206 auf die Erdungshülsen 202 aufgebracht
werden, um die Erdungsmuster der ersten und der zweiten Übertragungsleitung 208, 114 in
der Nähe
der Elektrode 112 zuverlässig miteinander zu verbinden.
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Wie
nur später
beschrieben, können
die Erdungshülsen 202 durch
Andruckelemente, wie z. B. Federn oder Ähnliches, nach unten gedrückt werden, um
die Erdungsmuster der ersten und der zweiten Übertragungsleitung 108, 114 in
der Nähe
der Elektrode 112 zuverlässig zu verbinden.
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Die
Spaltbreite W zwischen den Erdungshülsen 202 ist größer, als
der Außendurchmesser
des Abstands 120. Demzufolge beein flussen die auf der ersten Übertragungsleitung 208 vorgesehenen
Erdungshülsen 202 nicht
deren charakteristische Impedanz.
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In
der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform
werden die Erdungshülsen 202 und
das Teil-Durchgangsloch 116 gleichzeitig gebildet, wenn
der Bereich der vielschichtigen Leiterplatte 206, welcher
zu der Lücke 210 korrespondiert,
abgeschnitten wird.
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7 zeigt
ein System 300 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung und 8 zeigt
einen Teil des in 7 gezeigten Systems 300 zum
Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung.
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Das
in 7 und 8 dargestellte System 300 umfasst
ein Koaxialkabel 302 als eine zweite Übertragungsleitung 304,
welche an die erste Übertragungsleitung 208 angeschlossen
ist, die die vielschichtige Leiterplatte 206 umfasst, welche
die Erdungshülsen 202 auf
beiden Seiten des Teil-Durchgangslochs 116 aufweist, wie
es in den 5 und 6 gezeigt
ist.
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Das
Koaxialkabel 203 umfasst ein sogenanntes halbstarres Kabel
mit einem Außenleiter 306 in
Form einer Kupferröhre,
eine dielektrische Schicht aus Polytetrafluorethylen, die in dem
Außenleiter 306 angeordnet
ist, und einen Mittelleiter 310, der aus einem starren
Draht oder verdrillten Drähten
aus Kupfer besteht und in der dielektrischen Schicht angeordnet
ist. Die charakteristische Impedanz des Koaxialkabels ist 50 [Ω].
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Die
Erdungshülsen 202 sind
mit dem Abstand WA, der durch einen Spalt 309 gewährleistet wird,
der etwas größer ist,
als der Außendurchmesser
des Außenleiters 306 des
Koaxialkabels 302, lateral voneinander beabstandet, so
dass der Außenleiter 306 zwischen
die Erdungshülsen 202 gelegt werden
kann.
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Wie
in 7 gezeigt ist, weist der Mittelleiter 310 des
Koaxialkabels 302, welches als eine zweite Signalleitung 308 der
zweiten Übertragungsleitung 304 dient,
einen blanken Drahtleiter auf, der als eine Elektrode 312 freigelegt
ist. Wie in 8 gezeigt ist, ist der Außenleiter 306 des
Koaxialkabels 302 in den Spalt 309 zwischen den
Erdungshülsen 202 eingesetzt.
Der Außenleiter 306 und
die Erdungsmuster 102 der Erdungshülsen 202 sind vorzugsweise
an vier Orten durch Lötkörper 314 miteinander
verbunden, d. h. an oberen und unteren Punkten an beiden Seiten
des Außenleiters 306,
und die Elektrode 312, die aus dem blanken Drahtleiter
des Mittelleiters 310 besteht, ist ebenfalls durch Löten oder Ähnliches
mit dem Teil-Durchgangsloch 116 der ersten Übertragungsleitung 208 verbunden.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 206 weist Erdungs-Durchgangslöcher 134 auf,
welche deren oberes und unteres Erdungsmuster miteinander verbinden.
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Mit
dem obigen System 300 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
sollten die erste Signalleitung 104 des Signalleiters und
der Mittelleiter 310 des Koaxialkabels 302 vorzugsweise ko-linear
miteinander verbunden sein. Jedoch entsteht kein Problem, wenn das
Koaxialkabel 302 innerhalb der Länge des Teil-Durchgangslochs 116 vertikal
verschoben ist und an die erste Signalleitung 104 angeschlossen
ist, insoweit, wie gewünschte Übertragungscharakteristiken
beibehalten werden.
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9 zeigt
Teile der Verbindung zwischen dem Koaxialkabel 302 und
dem Teil-Durchgangsloch 116 in einem vergrößerten Maßstab. Wie
in 9 gezeigt, weist das Teil-Durchgangsloch 116 eine
Aussparung (Loch) 320 mit einem Durchmesser WB auf, welcher
so groß ist,
dass der Mittelleiter 310 des Koaxialkabels 302 in
die Aussparung 320 aufgenommen werden kann. Der Mittelleiter 310 des
Koaxialkabels 302 ist demzufolge raumfest in der Aussparung 320 angeordnet.
Da der sehr kurze Mittelleiter 310 raumfest in der Aussparung 320 angeordnet
ist, treten keine zusätzliche
Streuinduktanz und Streukapazität
an dem Mittelleiter 310 der zweiten Signalleitung auf,
wodurch eine charakteristische Impedanzanpassung zwischen der ersten
und der zweiten Übertragungsleitung 208, 304 leicht
erreicht werden kann.
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Das
Teil-Durchgangsloch 116 und der Mittelleiter 310 können durch
Löten oder
Kleben mit leitendem Klebstoff miteinander verbunden werden.
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Wie
in 8 gezeigt ist, können die Erdungshülsen 202 und
der Außenleiter 306 eher
durch einen leitenden Klebstoff miteinander verbunden werden, als
durch die Lötkörper 314,
um eine thermische Deformation der zweiten Übertragungsleitung 304 durch
hohe Temperatur zu vermeiden.
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Da
die Erdungshülsen 202 und
der Außenleiter 306 an
vier Orten miteinander verbunden sind, d. h. an oberen und unteren
Punkten an beiden Seiten des Außenleiters 306,
erreicht die Verbindung zwischen den Erdungshülsen 202 und dem Außenleiter 306 eine
große
mechanische Stärke.
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Die
Lücke WA
zwischen den Erdungshülsen 202 ist
im Wesentlichen gleich, wie der Außendurchmesser des Außenleiters 306 des
Koaxialkabels 302, um eine leichte Positionierung des Koaxialkabels 302 hinsichtlich
der ersten Übertragungsleitung 208 mit dem
Teil-Durchgangsloch 116 zu ermöglichen und weiter eine leichte
Positionierung des Mittelleiters 310 des Koaxialkabels 302 hinsichtlich
der Aussparung 320 in dem Teil-Durchgangsloch 116 in
der ersten Übertragungsleitung 208 zu
ermöglichen.
Demzufolge können
die erste und die zweite Übertragungsleitung 208, 304 mit
einer besseren Reproduzierbarkeit und hocheffizient ohne besondere
Fertigkeit und Kompetenz verbunden werden. Demzufolge kann das System 300 mit
reduzierten Kosten hergestellt werden.
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Weiter
ist die Leiterlänge
des Mittelleiters 310 des Koaxialkabels 302 viel
kürzer,
als bei den in 24 und 26 gezeigten
herkömmlichen
Anordnungen. Demzufolge ist das System 300 gegenüber äußeren elektromagnetischen
Interferenzen im Wesentlichen unempfindlich.
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10 zeigt
ein System 344 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen,
welche jeweils eine Mikro-Leiterbahn als eine erste Übertragungsleitung 336 und
das Koaxialkabel 302 als die zweite Übertragungsleitung 304 aufweisen,
in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung.
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Wie
in 10 gezeigt, ist das Koaxialkabel 302 als
die zweite Übertragungsleitung 304 an
die erste Übertragungsleitung 336 angeschlossen,
welche eine vielschichtige Leiterplatte 334 als eine doppelte
Mikro-Leiterbahn umfasst, die eine erste Signalleitung 330 als
einen Oberflächenleiter,
der einen Signalleiter umfasst, eine dielektrische Schicht 332 und
ein Erdungsmuster 335 als einen Rückseitenleiter umfasst.
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11 zeigt
Gewinne zum Vergleich zwischen den Übertragungscharakteristiken 340 des
in 8 gezeigten Systems 300 zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen
und den Übertragungscharakteristiken 342 des
in 23 gezeigten herkömmlichen Systems zum Verbinden
von Hochfrequenzübertragungsleitungen.
Die Übertragungscharakteristiken 340, 342 werden
durch einen magnetischen Sensor, d. h. eine abgeschirmte Schlaufenspule
mit einem Verbindungsaufbau, gebildet durch ein gedruck tes Muster,
als eine Testvorrichtung in der Form eines Anschlussendes einer
Leiterbahn gemessen, die in einem einheitlichen Magnetfeld angeordnet
ist, welches von einer offenendigen TEM (transverse electromagnetic – transversalen elektromagnetischen)
Zelle erzeugt ist. Die offenendige TEM Zelle wird in einer vernachlässigbaren
Frequenzabhängigkeit
von einem Signal getrieben, das von einem Netzwerkanalysator ausgegeben
wird und der magnetische Sensor führt als ein Eingangssignal an
den Netzwerkanalysator ein Signal zu, das ein detektiertes magnetisches
Feld darstellt. Das Verhältnis des
angelegten Signals (ausgegeben von dem magnetischen Sensor) zu dem
ausgegebenen Signal (an die offenseitige TEM Zelle angelegt) wird
gemessen und als die Übertragungscharakteristiken 340, 342 von
dem Netzwerkanalysator berechnet.
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Aus
dem in 11 gezeigten Gewinndiagramm
kann erkannt werden, dass die Übertragungscharakteristiken 342 des
herkömmlichen
Systems maximale Verlustspitzen von 12 [dB] nahe 3,4 [GHz] und 6,3
[GHz] aufweisen. Eine Analyse der Gewinne gegenüber den Frequenzen zeigt, dass
die Verlustspitzen durch Reflexionen verursacht werden, die an der
Verbindung zwischen den Hochfrequenzübertragungsleitungen erzeugt
werden, was eine schlechte Impedanzanpassung anzeigt. Aus der 11 kann
ebenfalls erkannt werden, dass die Übertragungscharakteristiken 340 des
Systems 300 nur kleine Gewinnvariationen von etwa 1 [dB]
in einem Frequenzbereich von 1 [GHz] bis 10 [GHz] aufweisen, was
eine beträchtlich
bessere Impedanzanpassung anzeigt, als die Übertragungscharakteristiken 342 des
herkömmlichen
Systems.
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12 zeigt
ein System 350 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosions-Teilschnittdarstellung.
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Das
System 350 weist obere und untere leitende Anschlussstücke 352 auf,
um den Erdungsleiter als den Außenleiter 306 des
Koaxialkabels 302 und die Erdungsmuster 102 der
vielschichtigen Leiterplatte 206 an den Erdungshülsen 202 der
ersten Übertragungsleitung 208 zu
verbinden. Die gleitenden Anschlussstücke 352 sind jeweils
auf der oberen und der unteren Seite der vielschichtigen Leiterplatte 206 angeordnet
und gegen jeweilige Bereiche des Außenleiters 306 des
Koaxialkabels 302 gedrückt und
damit in Kontakt gehalten, und sind an die Erdungsmuster 102 der
ersten Übertragungsleitung 208 angeschlossen.
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In 12 sind
die leitenden Anschlussstücke 352 als
von dem Koaxialkabel 302 und den Erdungshülsen 202 beabstandet
gezeigt, damit das System 350 besser verstanden werden
kann. Jedes der leitenden Anschlussstücke 352 umfasst einen halbzylindrischen
Steg 354, der komplementär zu der äußeren Umfangsform des Außenleiters 306 des
Koaxialkabels 302 geformt ist, und ein Paar Flügel 356, die
sich von gegenüberliegenden
Enden des halbzylindrischen Stegs 354 parallel zu der vielschichtigen Leiterplatte 206 nach
außen
ausdehnen.
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Die
leitenden Anschlussstücke 352 dienen als
Press-Anschlussstücke und
sind so dimensioniert, dass sie den Außenleiter 306 des
Koaxialkabels 302 und die Erdungshülsen 202 der vielschichtigen
Leiterplatte 206 in engen Kontakt bringen.
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In 12 sind
die leitenden Anschlussstücke 352,
die Erdungshülsen 202 und
der Außenleiter 306 durch
Löten oder Ähnliches
entlang der Umfangskanten der leitenden Anschlussstücke 352 elektrisch
miteinander verbunden, wie es durch die gestrichelten Linien dargestellt
ist. Die leitenden Anschlussstücke 352,
die Erdungshülsen 302 und
der Außenleiter 306 sind
so stabil elektrisch miteinander verbunden und die Verbindungen
dazwischen weisen eine hohe mechanische Stärke auf.
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Die
Flügel 356 der
leitenden Anschlussstücke 352 und
die vielschichtige Leiterplatte 206 können Schraubenlöcher aufweisen
und die leitenden Anschlussstücke 352 können durch
die vielschichtige glatte Platte 206 mittels Schrauben
und Muttern zum elektrischen und mechanischen Verbinden der leitenden
Anschlussstücke 352,
der Erdungshülsen 202 und
des Außenleiters 206 miteinander
zusammengeschraubt werden.
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Auch
wenn der Spalt WA (siehe 7) zwischen den Erdungshülsen 202 größer ist,
als der Durchmesser des Außenleiters 306 des
Koaxialkabels 302, wodurch Lücken zwischen dem Außenleiter 306 und
den Erdungshülsen 202 entstehen,
sind die leitenden Anschlussstücke 352 geeignet,
um den Außenleiter 306 mit
der vielschichtigen Leiterplatte 206 zu verbinden, ohne
die charakteristische Impedanz einer Signalverbindung 370 in
der Nähe
des Teil-Durchgangslochs 116 und der Elektrode 312 zu stören.
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Durch
das vorübergehenden
Befestigen der leitenden Anschlussstücke 352 mittels Schrauben und
Muttern an die vielschichtige Leiterplatte 206 kann die
Elektrode 312 als das blanke Ende des Mittelleiters 310 des
Koaxialkabels 302 leicht in dem Teil-Durchgangsloch 116 positioniert
werden, um das System 350 mit einer größeren Effizienz zusammenzubauen.
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13 zeigt
ein System 380 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosions-Teilschnittdarstellung.
Das System 380 weist leitende Anschlussstücke 372 auf,
die die Signalverbindung 370 abdecken können.
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Die
leitenden Anschlussstücke 372 sind
geeignet, die Signalverbindung 370 vollständig gegen äußere elektromagnetische
Wellen abzuschirmen. Der von den leitenden Anschlussstücken 372 bedeckte
Bereich sollte vorzugsweise von solch einer Größe sein, die die charakteristische
Impedanz der Signalverbindung 370 nicht stört.
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14 zeigt
ein System 390 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen und transparenten Teilschnittdarstellung.
Das System 390 weist ein leitendes Anschlussstück 372 auf,
welches eine Form aufweist, die geeignet ist, das Koaxialkabel 302 mit der
in 2 gezeigten vielschichtigen Leiterplatte 106 zu
verbinden, die keine Erdungshülsen 202 aufweist.
Das leitende Anschlussstück 372 ist
transparent nur mit seinen Umrandungen dargestellt, um das System 390 besser
verstehen zu können.
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15 zeigt
ein System 400 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosions-Teilschnittdarstellung
und 16 zeigt das in 15 gezeigte
System 400 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
im Querschnitt, wobei Teile von der Darstellung weggelassen wurden.
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Das
System 400 umfasst im Wesentlichen die erste Übertragungsleitung 108 und
die zweite Übertragungsleitung 114,
wie in 1 gezeigt, und zusätzlich zwei wellenförmige Federn 402,
die als Andrück-Anschlussstücke dienen
und durch Lötkörper 406 an
das Erdungsmuster 122 der vielschichtigen Leiterplatte 124 angeschlossene
Enden aufweisen. Die Federn 402 sollten vorzugsweise aus
einem hochelastischen und korrosionsbeständigen Material hergestellt
sein, wie z. B. aus Federbronze. Die Federn 402 können anstelle
von den Lötkörpern 406 durch
Schrauben und Muttern an der vielschichtigen Leiterplatte 124 befestigt
werden.
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Zwischen
dem Erdungsmuster 102 der vielschichtigen Leiterplatte 106 als
die erste Übertragungsleitung 108 und
einer dem Erdungsmuster 102 gegenüberstehenden Kontaktoberfläche 408 des
Erdungsmusters 122 der vielschichtigen Leiterplatte 124,
die als die zweite Übertragungsleitung 114 dient, sind
Erhebungen 404 zur Reduzierung des Kontaktwiderstands angeordnet.
Die Erhebungen 404 sind zu beiden Seiten der Elektrode 112 angeordnet
(siehe auch 15).
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In
dem in den 15, 16 gezeigten
System 400 ist die vielschichtige Leiterplatte 124 z.
B. starr angeordnet und die vielschichtige Leiterplatte 106 wird
in der durch den in 16 gezeigten Pfeil Bdargestellten
Richtung entlang des Erdungsmusters 122 der vielschichtigen
Leiterplatte 124 geschoben, bis die innere Wand 132 des
Teil-Durchgangslochs 116 gegen den Kopf 112A der
Elektrode 112 stößt und verbleibt
dann durch ein (nicht gezeigtes) elastisches Element in der durch
den Pfeil B angezeigten Richtung gespannt. Demzufolge sind die sich gegenüberliegenden
Erdungsmuster 102, 122 der vielschichtigen Leiterplatten 106, 124 unter
der durch die Federn 402 aufgebrachten nach unten gerichteten
Kraft elektrisch miteinander verbunden.
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Die
Erhebungen 404 erlauben es, dass die Erdungsmuster 102, 122 in
einer gewünschten
Position bei hohen Frequenzen in zuverlässigem Kontakt miteinander
gehalten werden, wodurch der Kontaktwiderstand dazwischen reduziert
wird.
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Die
Erhebungen 404 sollten vorzugsweise nahe der Elektrode 112 angeordnet
sein, um eine elektrisch stabile Verbindung beizubehalten.
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Die
Erhebungen 404 können
auf einer beliebigen der oberen und der unteren vielschichtigen
Leiterplatte 106, 124 oder auf beiden der oberen
und der unteren elektrischen Leiterplatte 106, 124 angeordnet
sein.
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Wie
in 17 gezeigt, kann die Verbindung zwischen der Elektrode 112 und
dem Teil-Durchgangsloch 116 unstabil werden, wenn zu große hervorstehende
Erhebungen 412 verwendet werden. Demzufolge sollten die
Erhebungen vorzugsweise nicht zu weit hervorstehen.
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Wie
in 16 gezeigt ist, wird bei dem Verbindungsaufbau
mit dem Mechanismus zum Andrücken
der vielschichtigen Leiterplatte 106 mit den Federn 402 nach
unten, jedes Mal, wenn die vielschichtige Leiterplatte 106 in
die durch den Pfeil B angezeigte Richtung eingeführt wird, ein auf der Oberfläche des
Erdungsmusters 102 der vielschichtigen Leiterplatte 106 gebildeter
Oxidfilm durch die Erhebungen 404 abgekratzt und die Oberflächen der
Erhebungen 404 werden von dem Erdungsmuster 102 gerieben,
wodurch ein Wiederauffrischungseffekt entsteht. Demzufolge werden
die Kontaktbereiche immer sauber gehalten, so dass der kleine Kontaktwiderstand
zwischen der oberen und der unteren vielschichtigen Leiterplatte 106, 124 stabil
beibehalten werden kann.
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18 zeigt
ein System 500 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer weiteren Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung und 19 zeigt
ein Teil des in 18 gezeigten Systems 500 zum
Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
in einer perspektivischen Teilschnittdarstellung.
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Das
in den 18 und 19 gezeigte
System 500 umfasst eine erste Übertragungsleitung 508, die
eine vielschichtige Leiterplatte 506 umfasst, welche Erdungsmuster 102 und
eine erste Signalleitung 104 aufweist, die einen Signalleiter
umfasst, wobei die Erdungsmuster 102 und die erste Signalleitung 104 zusammen
eine Leiterbahn bilden, und eine zweite Übertragungsleitung 514,
die eine vielschichtige Leiterplatte 524 umfasst, welche
ein Erdungsmuster 122 und eine zweite Signalleitung 110 umfasst,
die einen Signalleiter umfasst, wobei das Erdungsmuster 122 und
die zweite Signalleitung 110 zusammen eine Mikro-Leiterbahn bilden.
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Mit
dem in den 18 und 19 gezeigten System 500 können die
erste Signalleitung 104 und die zweite Signalleitung 110 durch
das Teil-Durchgangsloch 116, das in ihren jeweiligen Enden
definiert ist, und eine Elektrode 112, die in ein Durchgangsloch 126 eingesetzt
und darin fixiert ist, elektrisch miteinander verbunden werden.
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Da
die zweite Übertragungsleitung 514 jedoch
eine Mikro-Leiterbahn
ist, können
das untere Erdungsmuster 102 der vielschichtigen Leiterplatte 506 der
ersten Übertragungsleitung 508 und
das untere Erdungsmuster 122 der zweiten Übertragungsleitung 514 nicht
unter Verwendung der Federn 402 des in 15 gezeigten
Systems direkt miteinander verbunden werden.
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Entsprechend
der in den 18 und 19 gezeigten
Ausführungsform
weist das Erdungsmuster 122 der vielschichtigen Leiterplatte 524 der
zweiten Übertragungsleitung 514 ein
Erdungs-Durchgangsloch 526 auf
und ein Schaft 528B eines Erdungsanschlussstifts 528,
welche aus demselben Material und von derselben Form sind, wie die
Elektrode 112, ist in das Erdungs-Durchgangsloch 526 eingesetzt
und durch Löten
oder Ähnliches
damit verbunden. Obwohl der Erdungsanschlussstift 528 nicht aus
demselben Material und von derselben Form gebildet sein kann, wie
die Elektrode 112, können
die Kosten reduziert werden, wenn der Erdungsanschlussstift 528 aus
demselben Material und von derselben Form gebildet ist, wie die
Elektrode 112.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 506 der ersten Übertragungsleitung 508 weist
ein Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532, welches aufgrund von
keinen expliziten Leiterflächen
identisch mit seiner inneren Wand ist, an ihrem Ende definiert auf,
an dem das Teil-Durchgangsloch 116 vorgesehen ist, wobei
das Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532 eine Aussparung 530 aufweist,
deren Form komplementär zu
der äußeren Umfangsoberfläche eines
Kopfs 528A des Erdungsanschlussstifts 528 ist.
Das Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532 und
das Teil-Durchgangsloch 116 sind durch den Abstand 120 gegeneinander
isoliert.
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Die
vielschichtige Leiterplatte 506 der ersten Übertragungsleitung 508 ist
so auf der vielschichtigen Leiterplatte 524 der zweiten Übertragungsleitung 514 angeordnet,
dass die innere Wand 132 des Teil-Durchgangslochs 116 einem
Bereich der äußeren Umfangsoberfläche des
Kopfs 112A der Elektrode 112 gegenübersteht
und diesen kontaktiert. Danach werden die Elektrode 112 und
die innere Wand 132, d. h. das Teil-Durchgangsloch 116,
in Kontakt und miteinander verbunden gehalten.
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Gleichzeitig
wird die vielschichtige Leiterplatte 506 der ersten Übertragungsleitung 508 ebenfalls so
angeordnet, dass die Aussparung 530 des Erdungs-Teil-Durchgangslochs 532 einem
Bereich der äußeren Umfangsoberfläche des
Kopfs 528A des Erdungsanschlussstifts 528 gegenübersteht
und diesen kontaktiert. Danach werden der Erdungsanschluss 528 und
das Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532,
d. h. dessen innere Wand, in Kontakt miteinander und miteinander
verbunden gehalten.
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Wie
in den 18 und 19 gezeigt
ist, ist das System 500 mit dem Erdungsanschlussstift 528 und
dem Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532 zur
Verwendung in Fällen
geeignet, in denen Erdungsmuster nicht direkt miteinander verbunden
werden können,
z. B. bei der Verbindung der ersten Übertragungsleitung 508 als
eine Leiterbahn und der zweiten Übertragungsleitung 514 als
eine Mikro-Leiterbahn.
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Der
Erdungsanschlussstift 528 und das Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532 sind
auf der Seite der vielschichtigen Leiterplatte 506 angeordnet,
auf der das Teil-Durchgangsloch 116 angeordnet ist. Jedoch
können
der Erdungsanschlussstift 528 und das Erdungs-Teil-Durchgangsloch 532 auch
auf einer anderen Seite 540 oder 542 angeordnet
sein, welche sich senkrecht zu der Seite erstreckt, in der das Teil-Durchgangsloch 116 angeordnet
ist. In dieser Abwandlung muss die Breite der vielschichtigen Leiterplatte 506 um
eine Größe, die
zum Bilden des Erdungsanschlussstifts benötigt ist, kleiner sein, als
die Breite der vielschichtigen Leiterplatte 524. Das Erdungs-Teil-Durchgangsloch sollte
vorzugsweise so nahe wie möglich
an dem an die Signalleitung angeschlossenen Teil-Durchgangsloch 116 gebildet
sein.
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Wenn
die Elektrode 112 etwas geneigt ist, wobei ihr Kopf näher an dem
Teil-Durchgangsloch 116 angeordnet ist, und in der geneigten
Position fixiert ist, wie es in 20 gezeigt
ist, so erzeugt eine Kraft Fa, die aufgebracht wird, um die vielschichtige Leiterplatte 506 seitwärts zu drücken, eine
Kraft Fb, welche gleichzeitig auf der vielschichtigen Leiterplatte 506 nach
unten wirkt, wodurch die Elektrode 112 und das Teil-Durchgangsloch 116 in
zuverlässigen elektrischen
Kontakt miteinander gebracht werden. Ist die Elektrode 112 stark
geneigt, so wird die elektrische Verbindung durch einen engeren
Kantenkontakt zwischen der Elektrode 112 und dem Teil-Durchgangsloch 116 unstabil.
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21 zeigt
ein System 600 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einer perspektivischen Explosions-Teildarstellung.
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Das
in 21 gezeigte System 600 umfasst eine erste Übertragungsleitung 608,
die eine vielschichtige Leiterplatte 606 umfasst, welche
ein Rückseiten-Erdungsmuster 602,
ein Oberseiten-Erdungsmuster 738, das eine Erdungsanschlussfläche für ein Messobjekt
umfasst, und eine erste Signalleitung 604 umfasst, die
einen Signalübertragungsleiter
aufweist, wobei das Erdungsmuster 602 und die erste Signalleitung 604 zusammen
eine Mikro-Leiterbahn bilden, und eine zweite Übertragungsleitung 714,
die eine vielschichtige Leiterplatte 724 umfasst, welche Erdungsmuster 610 und
eine zweite Signalleitung 710 umfasst, die einen Signalübertragungsleiter
aufweist, wobei die Erdungsmuster 610 und die zweite Signalleitung 710 zusammen
eine Leiterbahn bilden.
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Eine
Testvorrichtung 730, wie z. B. eine integrierte Schaltung
oder Ähnliches,
wird nach oben ausgerichtet auf dem durch Durchgangslöcher 742 an
das Erdungsmuster 602 angeschlossenen Erdungsmuster 738 angelötet oder
angeklebt und mittels eines Golddrahts 732 an ein Ende
der ersten Signalleitung 604 angeschlossen, und an dem
anderen Ende der ersten Signalleitung 604 ist ein Teil-Durchgangsloch 716 definiert.
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Ein
Durchgangsloch 734 zum Aufnehmen einer Elektrode 112,
die darin eingesetzt und fixiert ist, ist an einem Ende der zweiten
Signalleitung 710 definiert und ein Teil-Durchgangsloch 746 ist
an dem anderen Ende der zweiten Signalleitung 710 definiert.
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Zwei
aus Federbronze oder Ähnlichem
gefertigte Federn 402 sind durch Lötkörper 406 an der Oberfläche der
vielschichtigen Leiterplatte 724 befestigt, um die andere
vielschichtige Leiterplatte 606 gegen die vielschichtige
Leiterplatte 724 nach unten zu drücken.
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Nahe
dem Durchgangsloch 734 sind Erhebungen 404 angeordnet.
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Auf
die vielschichtige Leiterplatte 606 wird in der durch den
Pfeil angezeigten Richtung mittels einer Feder 750, die
in 21 als eine Kompressionsspulenfeder gezeigt ist,
eine Kraft Fa aufgebracht.
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Die
Erdungsmuster 602, 610 werden durch die Erhebungen 404 gegeneinander
und elektrisch miteinander verbunden gehalten und die innere Wand
des Teil-Durchgangslochs 716 wird gegen die Elektrode 112 gehalten,
um die Signalleitungen durch die Federkräfte der Federn 402, 750 zu
verbinden.
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Bei
dem in 21 gezeigten System 600 sind
die Federn 402 auf der oberen Oberfläche der vielschichtigen Leiterplatte 606 angeordnet,
um in der Umgebung des Teil-Durchgangslochs 716 darauf nach
unten gerichtete Kräfte
aufzubringen. Alternativ kann ein Führungselement für die Erzeugung
einer vertikalen Druckkraft über
der vielschichtigen Leiterplatte 606 angeordnet sein und
die vielschichtige Leiterplatte 606 kann durch eine mit
dem Führungselement
kombinierte Spulenfeder oder Schraube nach unten gedrückt werden.
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In
der 21 wird die vielschichtige Leiterplatte 606 an
einem ihrer longitudinalen Enden durch die Federn 402 angedrückt, welche
Blattfedern aufweisen. Jedoch kann die vielschichtige Leiterplatte 606 auch
durch die in der Richtung geänderten
Federn 402 an ihren beiden transversalen Enden angedrückt werden.
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Da
die vielschichtige Leiterplatte 606 in der Umgebung des
Teil-Durchgangslochs 716 angedrückt wird, sind die Erdungsmuster
zuverlässig
miteinander verbunden. Im Ergebnis gewährleistet das System 600 eine
gute Hochfrequenz-Übertragungscharakteristik.
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Mit
dem System 600 nach der in 21 gezeigten
Ausführungsform,
wie auch mit der in 16 gezeigten Ausführungsform,
wird jedes Mal, wenn die vielschichtige Leiterplatte 606 eingesetzt
wird, ein auf der Oberfläche
des Erdungsmusters 602 der vielschichtigen Leiterplatte 606 gebildeter
Oxidfilm durch die Erhebungen 404 abgerieben und die Oberflächen der
Erhebungen 404 werden von dem Erdungsmuster 602 gerieben,
wodurch ein Auffrischungseffekt erreicht wird, da die Erhebungen 404 in
dem Verbindungsaufbau vorgesehen sind, welcher den Mechanismus zum
Drücken
der vielschichtigen Leiterplatte 606 mittels der Federn 402 nach
unten aufweist. Demzufolge werden die Kontaktbereiche immer sauber
gehalten, so dass der geringe Erdungs-Kontaktwiderstand zwischen der oberen
und der unteren vielschichtigen Leiterplatte 606, 724 stabil
beibehalten werden kann.
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Bei
dem in 21 gezeigten System 600 ist die
Feder 750, die in Form einer Kompressionsspulenfeder gezeigt
ist, vorgesehen, um die Kraft Fa aufzubringen, um das Ende der vielschichtigen
Leiterplatte 606 in Richtung der Elektrode 112 zu
drücken. Alternativ
kann ein Führungselement
vorgesehen sein und die vielschichtige Leiterplatte 606 kann durch
die Feder 750, eine Blattfeder, oder eine Pressschraube,
die mit dem Führungselement
kombiniert sind, angedrückt
werden.
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Wenn
das Führungselement
verwendet wird, um die vielschichtige Leiterplatte 606 korrekt
in Richtung der Elektrode 112 zu drücken, braucht die Feder 750 nicht
nach unten vorzustehen, d. h. in Richtung der vielschichtigen Leiterplatte 724.
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Damit
die vielschichtige Leiterplatte 606 leicht geradewegs in
Richtung der Elektrode 112 gedrückt wird, kann ein Führungsmechanismus
auf der Oberfläche
oder Seite der vielschichtigen Leiterplatte 724 angeordnet
sein, um die vielschichtige Lei terplatte 606 zu führen. Der
Führungsmechanismus
erlaubt, dass die vielschichtige Leiterplatte 606 daran entlang
geschoben und eingesetzt wird, wodurch eine gesteigerte Effizienz
bei der Verbindung der vielschichtigen Leiterplatten 606, 724 entsteht.
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Die
in 21 gezeigte Anordnung, in der die Testvorrichtung 730 auf
der vielschichtigen Leiterplatte 606 getragen wird, vereinfacht
es in Bezug auf die herkömmliche
Verbindungsanordnung, die einen Hochfrequenzverbinder verwendet,
die erste Übertragungsleitung 608 in
Form der vielschichtigen Leiterplatte 606 zu ersetzen.
Der Zeitabschnitt zwischen Zyklen des Messens der Testvorrichtung 730 kann
so reduziert werden und die Kosten des Messprozesses können reduziert
werden. Die Kosten der verwendeten Materialien können ebenfalls reduziert werden, da
kein Hochfrequenzverbinder verwendet wird und die kleine erste vielschichtige
Leiterplatte 606 nur mit der Vorrichtung 730 ersetzt
wird.
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22 zeigt
ein System 800 zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen
nach noch einer anderen Ausführungsform
nach dieser Erfindung in einem Querschnitt, in dessen Darstellung
Teile weggelassen wurden.
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In
dem in 22 gezeigten System 800 ist eine
Testvorrichtung 819 nach oben ausgerichtet auf einem Erdungsmuster
auf der Oberfläche
einer vielschichtigen Leiterplatte 806 befestigt, die als
eine erste Übertragungsleitung 808 dient,
und mittels eines Golddrahts 818 an einen Signalleiter 817 angeschlossen.
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Bei
dem in 22 gezeigten System 800 wird
ein Signal von einer zweiten Übertragungsleitung 810 angelegt,
die eine vielschichtige Leiterplatte 812 umfasst, und über eine
Elektrode 112, einen Teil-Durchgangsloch 816,
den Signalleiter 817 und den Golddraht 818 an
die Testvorrichtung 819 angelegt. Ein Ausgangssignal von
der Testvorrichtung 819 wird durch den Golddraht 818,
den Signalleiter 817, eine Teil-Durchgangsloch 816 und
eine Elektrode 112 an eine dritte Übertragungsleitung 820 übertragen,
die eine vielschichtige Leiterplatte 822 umfasst.
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Wenn
Leistungsquellenspannungen und/oder eine Vorspannung an die Testvorrichtung 819 angelegt
werden müssen,
so können
die Spannungen über
externe Anschlussstifte an Leiterflächen der Testvorrichtung 819 angelegt
werden.
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Um
die erste, zweite und dritte Übertragungsleitung 808, 810, 820 in
Kaskade zu verbinden, wird die zweite Übertragungsleitung 810 fest
positioniert und die erste und die dritte Übertragungsleitung 808, 820 werden
bewegbar ausgestaltet. Auf jeder der Seiten der vielschichtigen
Leiterplatten 806, 822 ist ein Führungsmechanismus
vorgesehen. Zunächst wird
die erste Übertragungsleitung 808 in
Bezug auf die zweite Übertragungsleitung 810 in
der durch den Pfeil D angezeigten Richtung geschoben und anschließend an
die zweite Übertragungsleitung 810 angeschlossen.
Danach wird die dritte Übertragungsleitung 820 im
Bezug auf die erste Übertragungsleitung 808 in
der durch den Pfeil D gezeigten Richtung geschoben und anschließend an
die erste Übertragungsleitung 808 angeschlossen.
Demzufolge können
die erste und die dritte Übertragungsleitung 808, 820 leicht
ohne Kurvenbewegungen geradewegs angedrückt werden, wodurch eine stabile
Signalleitungsverbindung zwischen der ersten, der zweiten und der
dritten Übertragungsleitung 808, 810, 820 erfolgt.
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Tatsächlich kann
die zuvor beschriebene Verbindungssequenz durch das einfache Aufbringen einer
Federkraft in der durch den Pfeil D angezeigten Richtung ausgeführt werden.
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Alternativ
kann der Ausgangsanschluss der ersten Übertragungsleitung 808 zunächst fest
mit der dritten Übertragungsleitung 820 verbunden
werden, wodurch eine Baueinheit entsteht. Anschließend kann
der Eingangsanschluss der ersten Übertragungsleitung 808 der
Baueinheit mit der zweiten Übertragungsleitung 810 verbunden
werden.
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In 22 ist
die erste Übertragungsleitung 808 durch
die Federn 402, die durch Lötkörper 406 in ihrer
Position festgehalten werden, elektrisch gegen die zweite und die
dritte Übertragungsleitung 810, 820 gedrückt, wodurch
die Erdungsmuster zuverlässig
miteinander verbunden werden.
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Mit
dem in 22 gezeigten System 800 können die
erste, die zweite und die dritte Übertragungsleitung 808, 810, 820 leicht
in Kaskade verbunden werden und eine gute Impedanzanpassung zwischen
den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen
der ersten Übertragungsleitung 808 kann
erreicht werden, um die Hochfrequenzcharakteristiken der Testvorrichtung 819 genau
zu evaluieren.
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Da
die erste Übertragungsleitung 808 leicht ersetzt
werden kann, kann der für
Vorbereitungsmaßnahmen
vor und nach der Messung der Testvorrichtung 819 mit hohen
Frequenzen benötigte
Zeitabschnitt verkürzt
werden. Demzufolge können
die Kosten des Messprozesses reduziert werden.
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Um
die erste, die zweite und die dritte Übertragungsleitung 808, 810, 820 in
Kaskade zu verbinden, wird an der Verbindungsstelle kein Hochfrequenzkonnektor
benötigt,
wie bei dem herkömmlichen
System. Die erste Übertragungsleitung 808 kann
als die vielschichtige Leiterplatte 806 ausgeführt sein,
die einen relativ kleinen Bereich aufweist. Demzufolge können die
Kosten der verwendeten Materialien reduziert werden.
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Das
in 22 gezeigte System 800 kann deshalb verwendet
werden, eine große
Anzahl von Testvorrichtungen 819 leicht innerhalb eines
kurzen Zeitabschnitts zu evaluieren.
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Das
System 800 wurde in Bezug auf die kaskadierte Verbindung
der ersten, der zweiten und der dritten Übertragungsleitung 808, 810, 820 beschrieben.
Jedoch können
die Prinzipien des Systems 800 auch verwendet werden, um
mehr als drei Übertragungsleitungen
in Kaskade zu verbinden.
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In
den Systemen zum Verbinden von Hochfrequenzübertragungsleitungen nach den
obigen Ausführungsformen
wurde eine dreischichtige Leiterbahn beschrieben, eine vielschichtige
Leiterplatte zu umfassen, welche eine gedruckte Leiterplatte mit
drei leitenden Schichten ist, und es wurde eine doppelte Mikro-Leiterbahn
beschrieben, eine vielschichtige Leiterplatte mit zwei leitenden
Schichten zu umfassen. Jedoch kann auch eine vielschichtige Leiterplatte
mit mehr Schichten als drei oder zwei Schichten verwendet werden,
solange ein dreilagiger oder doppellagiger Aufbau gewährleistet
ist.
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Die
vielschichtige Leiterplatte ist nicht auf eine Leiterplatte begrenzt,
die eine aus einem synthetischen Harz hergestellte dielektrische
Schicht aufweist, sondern kann auch ein Hochfrequenz-Schaltungssubstrat
umfassen, das in Aufbauten von integrierten Hochgeschwindigkeitsschaltungen
verwendet wird, wie z. B. ein Keramiksubstrat, ein Siliziumwafer
oder Ähnliches.
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Das
Koaxialkabel ist nicht auf ein halbstarres Kabel begrenzt, wie zuvor
beschrieben, sondern kann auch ein flexibles Koaxialkabel oder ein
durch Luft beabstandetes Koaxialröhrenkabel sein.
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In
den obigen Ausführungsformen
wurde eine einzige Signalleitung durch das Koaxialkabel oder auf
der vielschichtigen Lei terplatte vorgesehen. Jedoch ist diese Erfindung
auch in einem Aufbau anwendbar, um zwei oder mehr Signalleitungen
zu verbinden, wobei jeweilige Teil-Durchgangslöcher und Elektroden verwendet
werden, die zu den Signalleitungen korrespondieren.
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Die Übertragungsleitungen
sind in den dargestellten Ausführungsformen
ko-linear in Kaskade verbunden. Jedoch können die Übertragungsleitungen auch in
unterschiedlichen Richtungen in Kaskade verbunden sein.
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Nach
dieser Erfindung, wie sie zuvor beschrieben wurde, ist es möglich, an
einem Verbindungspunkt von Übertragungsleitungen
in einem weiten Frequenzbereich eine gute Impedanzanpassung zu erhalten.
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Es
ist ebenfalls möglich,
eine hoch reproduzierbare stabile Verbindungstechnik (Fixierungstechnik)
zu ermöglichen,
welche geeignet ist, Verbindungen zur Verwendung in einem Frequenzbereich
oberhalb von 10 GHz auszuführen.
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Es
ist weiter möglich,
eine starke mechanische Verbindung zu erhalten.
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Es
ist ebenfalls möglich,
Hochfrequenzübertragungsleitungen
billig, einfach, genau und hochcharakteristisch miteinander zu verbinden.