DE68910856T2

DE68910856T2 - Mikrowellen-Anpassungsvorrichtung für einen Übergang zwischen einem Hohlleiter und einer Planarleitung.

Info

Publication number: DE68910856T2
Application number: DE89104976T
Authority: DE
Inventors: Mustafa Gurgan; Patrick Menuge
Original assignee: Alcatel Telspace SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2009-03-21
Also published as: FR2629276A1; DE68910856D1; EP0334270B1; EP0334270A1; JPH01297903A; FR2629276B1; US4970477A

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Einstelleinrichtung für einen Übergang zwischen einem Wellenleiter und einer planarleitung.
Die Erfindung betrifft den Aufbau einer Struktur, die eine Anpassung bzw. Einstellung der lmpedanz der planarleitungen ermöglicht und bei der es erforderlich ist, das Substrat am Eingang zu durchqueren.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in allen Hochfrequenzbereichen, insbesondere im Bereich der Mikrowellen und der Mikrostreifentechnologie ("microstrip") verwendbar.
So ist es beim Senden oder Empfangen von Mikrowellensignalen oft erforderlich, von einem Wellenleiter auf eine planarleitung überzugehen, beispielsweise auf ein Mikroband.
Dies geschieht üblicherweise über einen Koaxialleiter, dessen Innenleiter durch eine Antenne verlängert wird (die parallel zum elektrischen Feld TE&sub1;&sub0; des Rechteckwellenleiters oder zum elektrischen Feld TE&sub1;&sub1; des kreisförmigen Wellenleiters verläuft), um eine elektrische Kopplung zu schaffen, oder auch über eine magnetische Kopplungsschleife, die auf der Schmalseite des Wellenleiters angeordnet ist, wobei sich das andere Ende des Innenleiters senkrecht an einer Fläche des Substrates befindet, auf der es angelötet ist. Bei Einrichtungen, in denen gleichzeitig das Senden und Empfangen erfolgt oder zwei orthogonal polarisierte Wellen vorliegen, kann es aus mechanischen Merstellungsgründen erforderlich sein, durch das Substrat zu gehen. Eine entsprechende Lösung ist im Dokument US-A-4 679 249 veröffentlicht.
Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung dieser Art im Sinne der Vergrößerung des Frequenzbereiches zu verbessern.
Die Erfindung schlägt also eine Mikrowelleneinstelleinrichtung für einen Übergang zwischen einem Wellenleiter und einer planarleitung vor, die einen koaxialen Zwischenleiter umfaßt, dessen Innenleiter mit seinem ersten Ende in den Wellenleiter einmündet und in einer Antenne endet, und dessen zweites Ende das Substrat durchquert, auf dem die Planarleitung angeordnet ist, um elektrisch an den gedruckten Leiter der Planarleitung angeschlossen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein gebogenes Metallband mit einem ersten Ende am zweiten Ende dieses Innenleiters angeschlossen ist und eine Schraube auf das zweite Ende des Bandes drückt, derart, daß sie den Abstand zur Leitung bestimmt, wobei das Band eine Länge von ungefähr λ/2 besitzt und X die Länge der in der Leitung geführten Welle ist.
Die Erfindung bietet eine Lösung der Probleme der Anpassung zwischen einem Eingangskoaxialleiter und einer Planarleitung, da sie nur sehr geringe Verluste erzeugt (die Verluste im Band Ku liegen unter 0,4 dB; die Reflexionsverluste liegen unter -20 dB).
Vorteilhafterweise ist der Wellenleiter ein Rechteckleiter. Der Innenleiter, der parallel zu zwei Seiten dieses Wellenleiters verläuft, durchquert das Substrat senkrecht zu seinen beiden Flächen. Das Substrat, das auf seiner Oberfläche metallisiert ist, die derjenigen entgegengesetzt liegt, auf der die Leitung angeordnet ist, weist an der Stelle des Durchtritts des Innenleiters eine metallfreie Zone auf. Der Koaxialleiter besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten: Der dem Planarleiter näherliegende Abschnitt enthält Luft als Dielektrikum. Eine Abschirmung ist an der Seite des Substrats angeordnet, auf dem die Planarleitung angeordnet ist, wobei die aus isoliermaterial bestehende Schraube fest mit der Abschirmung verbunden ist.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht den Übergang von einem Ausbreitungsmodus zum anderen und behält dabei das beste stationärwellenverhältnis bei, was für Vorverstärkeranwendungen zu einem sehr guten Rauschfaktor über ein sehr breites Band von beispielsweise 10,7 GHz bis 12,75 GHz führt.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen im übrigen aus der nachfolgenden beispielshalber und ohne Beschränkungsabsicht abgefaßten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren hervor.
Fig. 1 zeigt schematisch die Einrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Einrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt entlang der Ebene II-II der Fig. 1; und
Fig. 3 zeigt eine Kurve, die die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Einrichtung ermöglicht die Herstellung eines Übergangs zwischen einem Wellenleiter 11 und einer planarleitung 10, beispielsweise einem Mikroband, durch Einfügen eines Koaxialleiters 12.
Der Wellenleiter 11 wird hier durch einen rechteckigen Hohlraum 13 gebildet, der in einem Gehäuse 14 geschaffen ist.
Der Planarleiter 10 wird unter Verwendung eines Substrats 15 hergestellt, dessen erste Seite 16 metallisiert ist, und dessen zweite Seite 17 die das Signal führende Leitung 18 trägt, wobei eine Abschirmung 19 über dieser Leitung angeordnet ist.
Der Koaxialleiter 12 besteht aus einem metallischen Innenleiter 20, der nacheinander das dielektrische Plättchen 22 und eine leere Zone 21 durchquert, um so einen luftgefüllten Koaxialleiter zu bilden. Dieser Innenleiter 20, der parallel zu den seitenflächen des Hohlraums 13 des Wellenleiters 11 verläuft, endet mit einem ersten Ende an einer Metallantenne 23, die im Hohlraum 13 angeordnet ist. Mit seinem zweiten Ende durchquert der Innenleiter 20 das Substrat 15 senkrecht zu dessen Flächen.
Die Antenne 23, der Innenleiter 20 und das Dielektrikum 22 bilden einen Übergang zwischen Wellenleiter und Koaxialleiter mit traditioneller elektrischer Kopplung. Es kann sich aber ebenso gut um einen Übergang mit magnetischer Kopplung handeln. Der Durchmesser des Innenleiters 20 braucht nicht über seine gesamte Länge gleich groß zu sein. Der Abschnitt des Innenleiters zwischen den Punkten A und B ist ein von Luft umgebener Koaxialleiter, der das Dielektrikum 22 daran hindert, auf das Substrat 15 zu drücken, indem er es bei der Herstellung verformt, und der durch seine Abmessungen die Abschwächung des Einflusses des diskontinuierlichen Übergangs Dielektrikum-Luft ermöglicht. Die Länge AB kann im übrigen variabel sein.
Im Bereich des Punktes B ist die erste Fläche 16 in der Ebene PP' des Substrates 15 über eine kreisförmige Zone 25 metallfrei gehalten, die deutlich in Fig. 2 sichtbar ist.
Der Innenleiter 20 des Koaxialleiters 12 ist auf der zweiten Fläche des metallisierten Substrates 15 angelötet.
Der Innenleiter 20 steht um eine bestimmte Länge 1 (1 ≤ λ/4) über die zweite Fläche 17 des metallisierten Substrates 15 vor (λ ist die Länge der geführten Wellen in der Leitung).
An das zweite Ende des Innenleiters ist ein erstes Ende eines gekrümmten Bandes 26 angelötet bzw. angeschraubt, dessen Breite von der gewünschten Impedanz abhängt und dessen Länge sich nur geringfügig von λ/2 unterscheidet.
An das zweite Ende D dieses Bandes 26 ist das Ende einer nichtleitenden Schraube 27 angeklebt oder angelötet, die die Justierung des Abstandes S zwischen der gedruckten Leitung 18 und dem leitenden Band 26 ermöglicht.
Die Abschirmung 19 gestattet die Verringerung der Strahlungsverluste. Zwei an der Seite der Leitung 18 angeordnete Fortsätze 28 erlauben die Feinabstimmung.
Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung gibt es nur geringe Verluste. Wie Fig. 3 darstellt, liegen sie zwischen -22 dB und -25 dB. Aufgrund der gewählten Geometrie ermöglicht nämlich die Einrichtung einen progressiven Übergang des TEM- Felds des Koaxialleiters 12 zum fast identischen Wellentyp TEM des senkrecht zum Koaxialleiter verlaufenden Planarleiters 10, indem gleichzeitig eine elektrische und eine magnetische Kopplung erfolgt.
Das Merkmal der geringen Verluste macht die Erfindung besonders für den Einsatz am Eingang von rauscharmen Verstärkern interessant.
In diesem Falle bietet die Erfindung einen zusätzlichen Vorteil, denn die Flexibilität der Justierung erlaubt es, sehr unterschiedliche Impedanzen einzustellen, wodurch das Einstellen der optimalen Quellenimpedanz bei minimalem Rauschen besonders leicht wird.
Die Ätzunregelmäßigkeiten der Schaltung 10 oder die mechanischen Toleranzen werden ebenfalls ohne Erzeugen zusätzlicher Verluste kompensiert.
Natürlich wurde die vorliegenden Erfindung nur als bevorzugtes Beispiel beschrieben und dargestellt. Ihre Bauelemente können durch äquivalente Elemente ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

Claims

1. Mikrowelleneinstelleinrichtung für einen Übergang zwischen einem Wellenleiter (11) und einer Planarleitung (10), mit einem Zwischenkoaxialleiter (12), der einen Innenleiter (20) aufweist, der mit seinem ersten Ende in den Wellenleiter einmündet und in einer Antenne (23) endet und der mit seinem zweiten Ende das Substrat (15) durchquert, auf dem die Planarleitung angeordnet ist, um schließlich elektrisch an den gedruckten Leiter der Planarleitung angeschlossen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein gebogenes Metallband (26) mit einem ersten Ende an das zweite Ende des Innenleiters (20) fest angeschlossen ist und daß eine Schraube (27) mit dem zweiten Ende des Bandes (26) fest verbunden ist, derart, daß sie den Abstand (s) zur Leitung (18) zu verändern vermag, wobei das Band eine Länge von ungefähr λ/2 besitzt und X die Länge der in der Leitung (10) geführten Welle ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (11) ein Rechteckwellenleiter ist, und daß der Innenleiter (20), der zu beiden Seiten dieses Wellenleiters (11) parallel verläuft, das Substrat (15) senkrecht zu seinen beiden Flächen durchdringt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (15) auf seiner Seite (16) metallisiert ist, die derjenigen entgegengesetzt liegt, auf der die Leitung (18) angeordnet ist, und daß das Substrat eine Zone (25) aufweist, die an der Stelle des Durchtritts des Innenleiters (20) metallfrei ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallfreie Zone (25) kreisförmig ist.

5. Einrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Koaxialleiter (12) aus zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten besteht, wobei der dem Planarleiter näher gelegene Abschnitt Luft als Dielektrikum enthält.

6. Einrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung (19) an derjenigen Seite des Substrats (15) angeordnet ist, auf der die gedruckte Leitung (18) angeordnet ist, wobei die Schraube (27) aus Isoliermaterial mit der Abschirmung (19) fest verbunden ist.

7. Einrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (20) aus der zweiten Fläche (17) des Substrats (15) um eine Länge vorsteht, die kleiner als λ/4 ist, wobei λ die Länge der in der Leitung (19) geführten Welle ist.