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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gedruckte Leiterplatte
(PCB), um ein Hochfrequenz (HF)-Bandpassfilter (BPF) darauf anzubringen,
und ein Verfahren zu Herstellung desselben. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf eine PCB, die so beschaffen ist, dass ein
BPF, das ein dielektrisches Filter ist, auf der PCB bei minimalen Änderungen
der Filtereigenschaften angebracht werden kann, und auf Verfahren
zur Herstellung einer PCB.
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Die
Elemente eines Hochfrequenz-Kommunikationssystems sind normalerweise
auf einer PCB angebracht. Beispielsweise liegt ein HF-BPF separat
vor und wird auf einer PCB mit anderen Komponenten während der
Herstellung des Hochfrequenz-Kommunikationssystems angebracht.
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1A und 1B sind
Perspektivansichten, die die Oberseite bzw. die Unterseite eines
HF-BPF darstellen, auf das die vorliegende Erfindung angewendet
werden kann. Beispielsweise ist das HF-BPF, das in der folgenden
Beschreibung erläutert
und berücksichtigt
wird, ein dielektrisches Filter.
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Während der
Herstellung von Hochfrequenz-Kommunikationssystemen wird das HF-BPF
normalerweise durch Löten
auf der PCB angebracht, wie es in der Aufsicht von 2 dargestellt
ist. Eine PCB besteht normalerweise aus einer nicht leitfähigen Folie,
auf der sich in ausgewählten
Bereichen leitfähige
Bereiche befinden. Die leitfähigen
Bereiche sind durch nicht leitfähige
Bereiche getrennt, die normalerweise aus freiliegenden Bereichen
der nicht leitfähigen
Folie bestehen.
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Das
HF-BPF, das in 1A, 1B dargestellt
ist, enthält
einen Eingangsanschluss (EIN) 10, einen Ausgangsanschluss
(AUS) 20 und drei Masse-(GND-) Anschlüsse (GND) 31, 32, 33.
Die Masseanschlüsse 31, 32, 33 des
BPF können
durch ei nen flachen Masseleiter 30 miteinander verbunden
sein, der sich auf der Oberfläche
des BPF befindet.
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Die
Anschlüsse
des BPF sind jeweils auf EIN-Lötauge 40,
ein AUS-Lötauge 50 und
drei Masse-(GND-) Lötaugen 61, 62, 63 der
PCB gelötet,
wodurch das HF-BPF
auf der PCB angebracht ist. "Anbringen" des BPF auf der
PCB beinhaltet das elektrische Anschließen des BPF. Die mechanische
Halterung am BPF kann mit Hilfe der Lötanschlüsse oder durch andere Einrichtungen,
wie etwa einer mechanische Klemme, erfolgen.
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Jedes
Lötauge
besteht aus einem leitfähigen
Bereich der PCB und ist von den anderen Lötaugen durch einen nicht leitfähigen Bereich,
wie etwa einen Bereich der nicht leitfähigen Folie der PCB, getrennt.
Die drei Masselötaugen 61, 62, 63 der
PCB können
durch einen Masseleiter 60 miteinander verbunden sein,
der als leitfähiger
Bereich der PCB ausgebildet ist.
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Wenn
das HF-BPF, wie es in 1A und 1B dargestellt
ist, auf der PCB von 2 wie beschrieben angebracht
ist, existiert eine parasitäre
Kapazitanzkomponente zwischen dem EIN-Anschluss/Lötauge 10/40 und
einem benachbarten Masseanschluss/Lötauge 31/61 wie
auch benachbarten Bereichen der Masseleiter 30, 60.
Eine ähnliche
parasitäre
Kapazitanzkomponente existiert zwischen dem AUS-Anschluss/Lötauge 20/50 und
einem benachbarten Masseanschluss/Lötauge 31/61 sowie
benachbarten Bereichen des Masseleiters 30, 60.
Diese parasitären
Kapazitanzen ändern
die Eigenschaften des BPF.
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Obwohl
das BPF so aufgebaut ist, dass es bestimmte Eigenschaftsanforderungen
erfüllt,
kann das BPF gemäß dieser
festgelegten Anforderungen nicht zuverlässig funktionieren, wenn es
auf der PCB angebracht ist. Der Grund hierfür sind die Auswirkungen der
parasitären
Kapazitanzen, wobei diese Auswirkungen erhöhte Verluste und geänderte Mittenfrequenzen
beinhalten können.
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3 ist
ein Smith-Diagramm, das die HF-BPF-Eigenschaften eines nicht angebrachten
HF-BPF zeigt, die festgelegte Anforderungen erfüllen. Die Impedanz be findet
sich an einem Induktanzort, wie es mit einer Kurve "A" gezeigt ist, und die Frequenzbandbreite
ist groß,
wie es mit einer Kurve "B" in 3 gezeigt
ist.
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4 ist
ein Smith-Diagramm, das die Eigenschaften eines HF-BPF, wie jenes
aus 3 zeigt, das jedoch auf einer PCB angebracht ist.
Das angebrachte HF-BPF
erfüllt
nicht länger
die festgelegten Anforderungen. Die Impedanz ändert sich derart, dass sie
mehr Kapazitanzkomponenten hat, wie es mit der Kurve "A" gezeigt ist, und die Frequenzbandbreite
wird schmaler, wie es mit der Kurve "B" gezeigt
ist.
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Obwohl
es gewünscht
ist, dass das HF-BPF die Eigenschaften von 3 auch dann
aufweist, wenn es auf der PCB angebracht ist, ändern sich die Eigenschaften
des HF-BPF tatsächlich,
wenn es auf der PCB angebracht ist, wie es in 4 gezeigt
ist. Diese Änderung
ist auf die parasitären
Kapazitanzkomponenten zurückzuführen. Die Änderungen
der BPF-Eigenschaften bei einer Anbringung auf der PCB könnten durch eine
Neuentwicklung des BPF kompensiert werden, was jedoch einem Entwickler
starke Einschränkungen
auferlegen würde.
Darüber
hinaus würde
ein neu entwickeltes BPF lediglich die Änderungen der BPF-Eigenschaften für die Anbringung
auf einem bestimmten Typ einer PCB kompensieren. Würde das
neu entwickelte BPF auf einer anderen PCB angebracht, würden sich
die Eigenschaften des BPF erneut von den geforderten Eigenschaften ändern.
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Die
parasitären
Kapazitanzen, die durch die Anbringung des HF-BPF auf der PCB erzeugt
werden, nehmen infolge der relativ hohen dielektrischen Konstante εr (relative
Permittivität)
der nicht leitfähigen
Schicht der PCB zu, die in den nicht leitfähigen Bereichen zwischen den
Lötaugen,
den Anschlüssen
und den Masseleitern vorhanden ist.
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Der
relevante Stand der Technik, der die Merkmale des Oberbegriffes
von Anspruch 1 beschreibt, ist in der Druckschrift JP-A-02 295 183
enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt, eine PCB anzugeben, auf der
ein HF-BPF angebracht werden kann, ohne dass die HF-BPF-Eigenschaften
deutlich geändert werden.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt zudem, ein Verfahren zur
Herstellung einer derartigen PCB anzugeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine gedruckte Leiterplatte
(PCB) angegeben, um ein Hochfrequenz (HF-) Bandpassfilter (BPF)
darauf anzubringen, wobei das Filter einen Eingangsanschluss, einen
Ausgangsanschluss und mindestens einen Masseanschluss aufweist und
die PCB enthält:
ein
erstes Lötauge,
um den Eingangsanschluss des HF-BPF darauf anzubringen;
ein
zweites Lötauge,
um den Ausgangsanschluss des HF-BPF darauf anzubringen; und
wenigstens
ein Masselötauge,
um mindestens einen Masseanschluss des HF-BPF darauf anzubringen;
gekennzeichnet durch
eine Vielzahl von Löchern, die in einer Dickenrichtung
durch die PCB ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Löchern umfasst:
ein
erstes Loch, das zwischen dem ersten Lötauge und dem mindestens einen
Masselötauge
durch die PCB ausgebildet ist; und
ein zweites Loch, das zwischen
dem zweiten Lötauge
und dem mindestens einen Massenlötauge
durch die PCB ausgebildet ist; wobei
ein Durchmesser des ersten
und des zweiten Loches jeweils gleich oder größer als eine Breite der PCB
zwischen dem ersten Lötauge
und dem mindestens einen Masselötauge
bzw. zwischen dem zweiten Lötauge
und dem mindestens einen Masselötauge
ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen einer PCB für
die Anbringung eines HF-BPF angegeben, das über einen Eingangsanschluss,
einen Ausgangsanschluss und einen Masseleiter mit wenigstens einem
Anschluss verfügt,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ausbilden eines
ersten Lötauges,
eines zweiten Lötauges
und wenigstens eines Masselötauges
auf der PCB an Orten, die den Orten der entsprechenden Anschlüsse des
HF-BPF entsprechen, um jeweils die Anschlüsse des HF-BPF darauf anzubringen;
gekennzeichnet durch:
das Ausbilden von Löchern durch die PCB in einer
Dickenrichtung an wenigstens den folgenden Orten:
ein erstes
Loch zwischen dem ersten Lötauge
und dem mindestens einen Masselötauge;
und
ein zweites Loch zwischen dem mindestens einen Masselötauge und
dem zweiten Lötauge;
wobei
jeweils ein Durchmesser des ersten Loches gleich oder
größer ist
als eine Breite der PCB zwischen dem ersten Lötauge und dem mindestens einen
Masselötauge
bzw. zwischen dem zweiten Lötauge
und dem einen Masselötauge.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung setzen voraus, dass die dielektrische
Konstante der nicht leitenden Bereiche einen verringerten Einfluss
auf die Eigenschaften eines HF-BPF hat, das auf der PCB angebracht
werden kann.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung setzen voraus, dass ein HF-BPF mit einer
minimalen Änderung
der Impedanz oder der Frequenzbandbreite des HF-BPF auf der PCB
angebracht werden kann.
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Somit
beseitigt eine PCB gemäß der vorliegenden
Erfindung, auf der ein HF-BPF ohne Änderung seiner Eigenschaften
angebracht werden kann, den Bedarf der Neuentwicklung der BPF, um
die Änderungen
der Eigenschaften des HF-BPF zu kompensieren, wenn dieses auf einer
PCB angebracht ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1A und 1B sind.
Perspektivansichten, die den oberen bzw. den unteren Außenaufbau
eines HF-BPF beschreiben, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet
werden kann;
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2 ist
eine Aufsicht einer herkömmlichen
PCB, auf der das HF-BPF von 1A und 1B auf herkömmliche
Weise angebracht werden kann;
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3 ist
ein Smith-Diagramm, das die Eigenschaften eines nicht angebrachten
HF-BPF, wie etwa jenem, das in 1A und 1B gezeigt
ist, darstellt;
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4 ist
ein Smith-Diagramm, das die Eigenschaften eines HF-BPF, wie etwa
jenem, das bei 3 verwendet wird, darstellt,
das jedoch auf einer herkömmlichen
PCB, wie etwa jener, die in 2 gezeigt
ist, angebracht ist;
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5 ist
eine Aufsicht, die eine PCB gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, auf der das HF-BPF von 1A und 1B angebracht
werden kann; und
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6 ist
ein Smith-Diagramm, das die Eigenschaften eines HF-BPF, wie etwa
jenem, das in 3 und 4 verwendet
wird und in 1A und 1B gezeigt
ist, darstellt, das auf der PCB von 5 angebracht
ist.
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5 zeigt
eine PCB gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, auf der ein HF-BPF, wie etwa jenes,
das in 1A und 1B gezeigt
ist, durch Löten
angebracht werden kann.
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Die
PCB hat ein EIN-Lötauge,
eine AUS-Lötauge 50 und
drei Masselötaugen 61, 62, 63.
Die Masselötaugen
können
mit einem Masseleiter 60 miteinander verbunden sein, der
auf der Oberfläche
der PCB ausgebildet ist.
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Der
EIN-Anschluss 10, der AUS-Anschluss 20 und die
Masseanschlüsse 31, 32, 33 des
HF-BPF sind beispielsweise durch Löten auf dem EIN-Lötauge 40,
dem AUS-Lötauge 50 bzw.
den Masselötaugen 61, 62, 63 der
PCB angebracht.
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Wie
es in 5 gezeigt ist, sind die unterschiedlichen Lötaugen 40, 50, 61, 62, 63 und
der Masseleiter 60 voneinander durch nicht leitfähige Bereiche
vorbestimmter Breiten getrennt. Die vorbestimmten Breiten sind bis
zu einem gewissen Grad durch die Anordnung der Anschlüsse des
HF-BPF bestimmt. Bei der Ausführungsform,
die in 5 gezeigt ist, ist das EIN-Lötauge 40 vom Masselötauge 61 und
von einem Abschnitt des Masseleiters 60 durch einen nicht
leitfähigen
Bereich einer vorbestimmten Breite getrennt. In ähnlicher Weise ist das AUS-Lötauge 50 vom Masselötauge 61 und
von einem Abschnitt des Masseleiters 60 durch einen nicht leitfähigen Bereich
einer vorbestimmten Breite getrennt. Die vorbestimmten Breiten können für jeden
nicht leitfähigen
Bereich dieselben oder unterschiedlich sein. Die Lötaugen 40, 61, 50 sind
jeweils auf einer Linie angeordnet; die Lötaugen 40, 50, 63, 62 sind
jeweils an den Ecken eines Rechtecks angeordnet. Die Lötaugen 61, 62, 63 sind
durch einen Masseleiter 60 miteinander verbunden, der das
Rechteck an anderen Orten als die Lötaugen oder die nicht leitfähigen Bereiche
der vorbestimmten Breite einnimmt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
die PCB der Ausführungsform
weiterhin Löcher 81 bis 84, die
durch die PCB in einer Dickenrichtung der PCB verlaufen. Das erste
Loch 81 ist zwischen dem EIN-Lötauge 40 und dem ersten
Masselötauge 61 angeordnet.
Das zweite Loch 82 befindet sich zwischen dem AUS-Lötauge 50 und dem ersten
Masselötauge 61.
Das dritte Loch 83 ist zwischen dem EIN-Lötauge 40 und
dem zweiten Masselötauge 62 angeordnet.
Das vierte Loch 84 ist zwischen dem AUS-Lötauge 50 und
dem dritten Masselötauge 63 angeordnet.
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Ist
ein Masseleiter 60 vorgesehen, sind das dritte und vierte
Loch 83, 84 vorzugsweise zwischen dem EIN-Lötauge 40 und
dem Masseleiter 60 bzw. dem AUS-Lötauge
und dem Masseleiter 60 angeordnet.
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Hier
sind die nicht leitfähigen
Bereiche der vorbestimmten Breiten zwischen dem EIN-Lötauge 40 und jeweils
dem ersten und dem zweiten Lötauge 61 und 62 (sowie
dem Masseleiter 60, sofern vorhanden) angeordnet. Weiterhin
sind nicht leitfähige
Bereiche einer vorbestimmten Breite zwischen dem AUS-Lötauge 50 und jeweils
dem ersten und dritten Masselötauge 61 und 63 (sowie
dem Masseleiter 60, sofern vorhanden) angeordnet.
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Die
Durchmesser des ersten bis vierten Loches 81 bis 84 sind
jeweils gleich oder größer als
die Breite der entsprechenden nicht leitfähigen Bereiche.
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Das
erste bis vierte Loch 81 bis 84 dienen dazu, das
nicht leitfähige
PCB-Material zwischen dem EIN-Lötauge 40 und
jeweils dem ersten und zweiten Masselötauge 61 und 62,
sowie zwischen dem AUS-Lötauge 50 und
jeweils dem ersten und dritten Masselötauge 61 und 63 zu
entfernen. Dadurch wird eine Zunahme der parasitären Kapazitanzkomponenten vermieden,
die durch die hohe dielektrische Konstante εr des nicht
leitfähigen
Materials der PCB verursacht werden.
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Die
dielektrische Konstante des nicht leitfähigen Materials der PCB (er
= 4,5) wird durch die von Luft (er = 1) zwischen dem EIN-Anschluss/-Lötauge und
dem benachbarten Masseanschluss/-Lötauge/-Leitern sowie dem AUS-Anschluss/-Lötauge und dem benachbarten
Masseanschluss/-Lötauge/-Leitern
ersetzt. Infolgedessen können
parasitäre
Kapazitanzkomponenten minimiert werden.
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6 ist
ein Smith-Diagramm, das die Eigenschaften eines HF-BPF, wie etwa
jenes, das über
die Eigenschaften aus 3 und 4 verfügt, darstellt,
das auf einer PCB der Erfindung, wie in 5 gezeigt, angebracht
ist.
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Vergleicht
man 6 mit 4, so kehrt die Impedanz des
BPF zum Induktanzort zurück,
wie es mit der Kurve "A" von 6 gezeigt
ist, wobei die Frequenzbandbreite desselben groß wird, wie es mit der Kurve "B" von 6 gezeigt
ist.
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Tabelle
1 zeigt im folgenden die Impedanzeigenschaften in drei Fällen: beim
nicht angebrachten HF-BPF, dem HF-BPF, das auf der herkömmlichen
PCB von
2 angebracht ist; und dem HF-BPF,
das auf der PCB der vorliegenden Erfindung angebracht ist, wie es
in
5 gezeigt ist. Die Messungen basieren auf den
Smith-Diagrammen, die in
3,
4 und
6 gezeigt
sind. Tabelle
1
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Die
Bezugzeichen 1, 2 und 3 kennzeichnen Punkte auf den Kurven "A" von 3, 4 und 6.
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Tabelle
1 zeigt, dass die Impedanz des HF-BPF weitaus größere Kapazitanzkomponenten
(17,9370, –7,1318
und –49,3240
W) hat, wenn es auf einer herkömmlichen
PCB angebracht ist. Die Impedanz (–3,3867, –4,9453 und –1,7773
W) des HF-BPF, wenn es auf der PCB der vorliegenden Erfindung angebracht
ist, liegt dichter an jener des nicht angebrachten HF-BPF, verglichen
mit dem HF-BPF, das auf der herkömmlichen
PCB angebracht ist.
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Wie
es oben erläutert
wurde, werden die Kapazitanzkomponenten zwischen einem Eingangsanschluss
und einem Masseanschluss und zwischen einem Ausgangsanschluss und
einem Masseanschluss in einem HF-BPF, wie etwa einem dielektrischen
Filter, verringert, wenn eine PCB der vorliegenden Erfindung für die Anbringung
verwendet wird. Die Impedanzeigenschaften des BPF, das auf der PCB
der vorliegenden Erfindung angebracht ist, sind beinahe jene des
BPF an sich. Daher ist eine zusätzliche
Entwicklung eines Schaltkreise für
die Kompensation der geänderten
Eigenschaften des HF-BPF, das auf einer PCB angebracht ist, nicht
erforderlich, wenn eine PCB gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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Wenngleich
die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf spezielle
Ausführungsformen beschrieben
wurde, versteht es sich, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen
dem Fachmann verständlich
sein werden.
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Beispielsweise
können
die Löcher,
die in der PCB ausgebildet sind, gebohrt, geschnitten oder in einer beliebigen
gewünschten
Form gestanzt sein. Es können
ein oder mehrere Löcher
in jedem nicht leitenden Bereich vorgesehen sein. Es kann von Vorteil
sein, dass die Löcher
die Form des nicht leitenden Bereiches zwischen den betreffenden
Lötaugen
replizieren. Wenngleich sie nur im Bezug auf einseitige PCBs beschrieben wurde,
kann die Erfindung auf einfache Weise auf zweiseitige oder mehrschichtige
PCBs angewendet werden. Für
den Fall von mehrschichtigen PCBs können die Löcher nicht die gesamte Dicke
der PCB durchdringen, sondern lediglich die Schicht enthalten, die
die betreffenden Lötaugen
umfasst.
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Wenngleich
sie lediglich in Beziehung auf die kapazitive Kopplung mit Masse
beschrieben wurde, können
des Verfahren und die PCB der vorliegenden Erfindung angewendet
werden, um parasitäre
Kapazitanzen bei einer beliebigen Anwendung einer PCB zu verringern,
bei der eine kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Leitern auftritt,
die Lötaugen
oder andere Leiter sein können.
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Wenngleich
sie lediglich unter Bezugnahme auf das HF-BPF beschrieben wurde,
kann die vorliegende Anmeldung auf PCBs angewendet werden, die über beliebige
Komponenten verfügen,
die für
eine parasitäre Kapazitanz
empfindlich sind.
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Wenngleich
es lediglich unter Bezugnahme auf die Löcher als Bereich mit einer
niedrigen dielektrischen Konstante beschrieben wurde, kann jedes
beliebige geeignete Material einer niedrigen Permittivität verwendet
werden.
