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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für eine vertikale
Verbindung von Leitern in Vorrichtungen, vorzugsweise Schaltungsplatinen,
in dem Mikrowellenbereich. Es ist beabsichtigt, das Verfahren insbesondere
bei Antennenaufbauten anzuwenden.
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STAND DER TECHNIK
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Eine übliche Weise,
Schaltungsplatinen zu bauen, ist als das Mehrschichtverfahren bekannt, was
bedeutet, dass die Schaltungsplatine aus einer Zahl von Schichten
besteht, wobei Schichten, die ein Muster, das aus einem elektrisch
leitfähigen
Material hergestellt ist, aufweisen, auf Schichten eines dielektrischen
Materials angeordnet sind. Es kann ferner beabsichtigt sein, dass
bestimmte der Schichten eines elektrisch leitfähigen Materials als eine Masseebene
bzw. -platte verwendet sind, wobei in diesem Fall die Schicht gewöhnlich als
eine rechteckige Platte entworfen ist.
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Für das Funktionieren
der Schaltungsplatine kann es notwendig sein, bestimmte der verschiedenen
Schichten an Punkten, wo es wünschenswert
ist, einen elektrischen Kontakt zu haben, miteinander zu verbinden.
Die bekannten Weisen, diese Verbindungen herzustellen, umfassen
so genannte koplanare Verbindungen und nicht-galvanische Verbindungen. Diese
bekannten Weisen sind im Folgenden beschrieben.
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Koplanare
Verbindungen können
entweder durch leitfähige
Drähte
(„Bonddrähte") oder so genannte
Durchgangslöcher
hergestellt werden. Durchgangslöcher
sind Löcher,
die in der Schaltungsplatine zwischen den Punkten, die zu verbinden
sind, vertikal gebohrt oder auf eine andere Art und Weise hergestellt
werden. Die Löcher
werden dadurch elektrisch leitfähig
gemacht, dass dieselben vollständig oder
teilweise mit einem leitfähigen
Material gefüllt werden.
Bei dem Fall von Bonddrähten
werden, wie deren Name anzeigt, zwei Punkte mittels Drähten, die
aus einem leitfähigen
Material hergestellt sind, miteinander verbunden. Diese beiden Verfahren
für koplanare
Verbindungen haben Begrenzungen hinsichtlich der oberen Betriebsfrequenz,
was vor allem bei Anwendungen in dem höheren Mikrowellenbereich ein
deutlicher Nachteil ist.
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Allgemein
gesprochen, werden nicht-elektrische Verbindungen ausschließlich in
dem Mikrowellenbereich für
Verbindungen zwischen Leitern, die unter Verwendung einer Mikrostreifentechnologie oder
einer Streifenleitungstechnologie hergestellt werden, angewandt.
Dieser Typ einer Verbindung bedeutet, dass zwei Leiter, die miteinander
zu verbinden sind, in einem bestimmten Abstand voneinander auf eine
solche Art und Weise positioniert sind, dass ein Leiter auf den
anderen Leiter durch Strahlung wirkt. Nachteile dieses Verfahrens,
Leiter miteinander zu verbinden, bestehen darin, dass dasselbe in relativ
großen
Verlusten resultiert und dass dasselbe Begrenzungen im Hinblick
darauf hat, wie groß der Abstand
zwischen den zwei Leitern sein kann. Ein Beispiel der bekannten
Technik ist das Dokument
EP0318311 ,
das einen Streifenleitung-zu-Streifenleitung-Übergang
offenbart.
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Ein
Nachteil, den koplanare Verbindungen und nicht-galvanische Verbindungen teilen, ist
außerdem,
dass diese Typen einer Verbindung schwierig zu entwerfen sind, so
dass dieselben die gewünschte Impedanz
ergeben.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Problem, das mittels der vorliegenden Erfindung gelöst wird,
besteht daher darin, eine vertikale Verbindung zwischen zwei Leitern
in einer Schaltungsplatine oder einer anderen Vorrichtung in dem
Mikrowellenbereich herzustellen, wobei die Verbindung so entworfen
sein kann, dass derselben eine bestimmte Impedanz verliehen wird,
die allgemein gesprochen durch die Länge der Verbindung unbeeinflusst
ist.
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Ein
anderes Problem, das mittels der vorliegenden Erfindung gelöst wird,
besteht darin, eine vertikale Verbindung zwischen zwei Leitern in
einer Schaltungsplatine oder einer anderen Vorrichtung in dem Mikrowellenbereich
herzustellen, wobei die Verbindung niedrige Verluste hat.
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Diese
zwei Probleme werden mittels eines Verfahrens für eine Verbindung eines ersten
und eines zweiten Leiters in einer Schaltungsplatine oder einer
anderen Vorrichtung in dem Mikrowellenbereich gelöst, wobei
jeder Leiter mindestens eine leitfähige Schicht, eine Schicht
eines dielektrischen Materials und eine Masseplatte aufweist, wobei
die Masseplatten des ersten und des zweiten Leiters durch mindestens
einen ersten Kern, der aus einem dielektrischen Material hergestellt
ist, in der Vorrichtung voneinander getrennt sind.
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Mittels
der Erfindung wird ferner mindestens eine Stufe bei der Herstellung
von vorher bekannten vertikalen Verbindungen in Schaltungsplatinen
oder anderen elektronischen Vorrichtungen in dem Mikrowellenbereich
beseitigt.
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Gemäß dem Verfahren
sind die verschiedenen Schichten in dem ersten Leiter, der erste
Kern der Vorrichtung, der aus einem dielektrischen Material hergestellt
ist, und die mindestens eine Masseplatte und die dielektrische Schicht
des zweiten Leiters in der gewünschten
Reihenfolge aufeinander angeordnet. In der Vorrichtung ist ein Hohlraum
angeordnet, der sich von derjenigen Schicht in dem ersten Leiter, die
mit dem zweiten Leiter zu verbinden ist, und im rechten Winkel zu
der Hauptrichtung dieser Schicht, bis zu und einschließlich derjenigen
Schicht in der Vorrichtung, auf der die leitfähige Schicht des zweiten Leiters
zu liegen hat, ausdehnt.
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In
dem Hohlraum ist eine Komponente angeordnet, die einen Streifenleitungsleiter
aufweist. Die Komponente ist so angeordnet, dass zwischen dem Leiter
der Komponente und derjenigen Schicht in dem ersten Leiter, die
mit dem zweiten Leiter zu verbinden ist, ein elektrischer Kontakt
herbeigeführt wird.
Anschließend
werden die leitfähige
Schicht des zweiten Leiters und eine restliche dielektrische Schicht
und eine restliche Masseplatte, die derselbe hat, so auf der Vorrichtung
angeordnet, dass zwischen dem Leiter der Komponente und der leitfähigen Schicht
des zweiten Leiters ein elektrischer Kontakt herbeigeführt wird.
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Der
Hohlraum ist vorzugsweise dadurch in der Vorrichtung angeordnet,
dass jede der Schichten, durch die sich der Hohlraum auszudehnen
hat, Hohlräume
hat, bevor jede jeweilige Schicht an der Vorrichtung angebracht
wird.
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Als
eine Alternative kann der Hohlraum durch die Schichten, durch die
sich der Hohlraum auszudehnen hat, in der Vorrichtung hergestellt
werden, nachdem die Schichten in der gewünschten Reihenfolge aufeinander
angeordnet wurden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
die Komponente und der Hohlraum so entworfen, dass, wenn die Komponente
in dem Hohlraum angeordnet ist, jede der zwei Masseplatten in dem Streifenleitungsleiter
der Komponente Masseplatten in dem ersten und dem zweiten Leiter
miteinander verbindet. Dies kann natürlich auf eine Zahl von unterschiedlichen
Weisen erfolgen, wird jedoch bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
dadurch bewirkt, dass der Komponente ein Entwurf mit einem mittleren
Abschnitt gegeben wird, der in der Richtung, in der die Leiter zu
verbinden sind, an dessen beiden Enden weiter vorspringt als zwei
umgebende äußere Abschnitte.
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der erste Leiter in der Vorrichtung ein Streifenleitungsleiter,
und der zweite Leiter in der Vorrichtung ist ein Mikrostreifenleiter
oder ein Streifenleitungsleiter.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung ist im Folgenden mit der Hilfe von Beispielen von Ausführungsbeispielen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter
beschrieben, in denen:
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1 einen
Querschnitt von der Seite des Typs einer Schaltungsplatine zeigt,
bei der Leiter mittels der Erfindung zu verbinden sind,
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2 einen
Querschnitt von vorne einer Schaltungsplatine zeigt, bei der Leiter
mittels der Erfindung zu verbinden sind,
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3 einen
Querschnitt von vorne einer Schaltungsplatine zeigt, bei der eine
Komponente gemäß der Erfindung
anzuordnen ist, während
einer Stufe der Erfindung gesehen,
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4 eine
Komponente für
eine Verwendung gemäß der Erfindung
zeigt, von vorne in der Längsrichtung
der Leiter, die die Komponente verbinden soll, gesehen,
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5 die
Komponente von 1 zeigt, von oben relativ zu
der Vorrichtung, in der die Komponente anzuordnen ist, gesehen,
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6 einen
Querschnitt von vorne einer Schaltungsplatine zeigt, bei der Leiter
mittels der Erfindung verbunden wurden, und
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7 ein
alternatives Ausführungsbeispiel einer
Komponente für
eine Verwendung gemäß der Erfindung
zeigt, in dem gleichen Schnitt wie die Komponente in 5 gesehen.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
einen vereinfachten Querschnitt von der Seite einer Vorrichtung 100,
die für
eine Verwendung in dem Mikrowellenbereich gedacht ist. Die Vorrichtung
weist zwei Leiter auf, die zu verbinden sind, in dem gezeigten Beispiel
einen Mikrostreifenleiter 110 und einen Streifenleitungsleiter 120.
Die zwei Leiter 110, 120 sind jeweils auf einer
Seite eines ebenen Kerns 130, der aus einem dielektrischen
Material hergestellt ist, angeordnet und dehnen sich in einer gemeinsamen
Hauptrichtung parallel zueinander aus.
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Mögliche Bereiche
einer Anwendung der Vorrichtung 100 in 1 umfassen
eine so genannte antennenintegrierte Elektronik, bei der der Streifenleitungsleiter
einen Teil eines so genannten Verteilungsnetzes bildet, um Antenneneinheiten
mit einer Energie zu versorgen, und der Mikrostreifenleiter verwendet
wird, um elektronische Komponenten zu verbinden. Bei solchen Anwendungen
kann es höchst wünschenswert
sein, eine Verbindung zwischen dem Versorgungsnetz und den elektronischen
Komponenten herzustellen.
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Der
Mikrostreifenleiter 110 in der Vorrichtung weist eine Masseplatte 140,
eine Schicht 150 eines dielektrischen Materials und eine
leitfähige
Schicht 160 auf. Der Streifenleitungsleiter 120 in
der Vorrichtung weist eine leitfähige
Schicht 170, zwei Schichten 195, 198 eines
dielektrischen Materials, die sich jeweils auf einer Seite der leitfähigen Schicht 170 befinden,
und zwei Masseplatten 180, 190, die sich ihrerseits
jeweils auf einer Seite der Schichten 195, 198 eines
dielektrischen Materials befinden, auf.
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Die
Masseplatten 140, 180, 190 in beiden Leitern
sind aus einem elektrisch leitfähigen
Material, beispielsweise Kupfer, hergestellt.
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Die
zwei Leiter, die in der Vorrichtung in 1 gezeigt
sind und im Folgenden beschrieben sind, bestehen, wie erwähnt, aus
einem Mikrostreifenleiter 110 und einem Streifenleitungsleiter 120.
Es sei jedoch betont, dass die Erfindung auf beliebige Kombinationen
dieser zwei Typen eines Leiters angewandt werden kann.
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2 zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie I-I der Vorrichtung in 1 während einer
Stufe einer Erzeugung der Vorrichtung, die durch das Bezugszeichen 200 angezeigt
ist. Da die Herstellung von Vorrichtungen dieses Typs auf eine Zahl
von Weisen, die Fachleuten gut bekannt sind, ausgeführt werden
kann, ist die Herstellung selbst hier nicht weiter beschrieben.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich ist, wurden in der Stufe einer Erzeugung
der Vorrichtung, die in 2 gezeigt ist, alle Schichten 180, 190, 170, 195, 198 in
dem Streifenleitungsleiter, der Kern 130 der Vorrichtung,
der aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, und die Masseplatte 140 und
die Schicht 150 aus einem dielektrischen Material des Mikrostreifenleiters
angeordnet.
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3 zeigt
die Vorrichtung von 2 in einer späteren Stufe
einer Erzeugung, die durch das Bezugszeichen 300 angezeigt
ist. Gemäß der Erfindung
besteht in dieser Stufe des Verfahrens ein Hohlraum 310 in
der Vorrichtung. Dieser Hohlraum 310 dehnt sich von der
leitfähigen
Schicht 170 des Streifenleitungsleiters, im Wesentlichen
im rechten Winkel zu der Hauptrichtung dieser Schicht, bis zu und
einschließlich
der dielektrischen Schicht 150 des Mikrostreifenleiters
aus.
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Der
Hohlraum 310 ist vorzugsweise dadurch in der Vorrichtung 600 angeordnet,
dass jede der Schichten 198, 170, 195, 190, 130, 140, 150,
durch die sich der Hohlraum auszudehnen hat, bereits Hohlräume an entsprechenden
Orten hat, bevor jede jeweilige Schicht an der Vorrichtung angebracht
wird.
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Als
eine Alternative kann der Hohlraum durch die Schichten, durch die
sich der Hohlraum auszudehnen hat, in der Vorrichtung hergestellt
werden, nachdem die Schichten in der gewünschten Reihenfolge aufeinander
angeordnet wurden. Ätzen
und Laserbohren können
als Beispiele von Weisen zum Bilden von Hohlräumen gemäß dieser Alternative erwähnt werden.
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4 zeigt
eine Komponente 400, die für eine Verwendung in Verbindung
mit dem Verfahren gemäß dieser
Erfindung gedacht ist, auf der gleichen Ebene wie die Vorrichtung
in 2 und 3 gesehen. Die Komponente 400 weist
einen Streifenleitungsleiter auf, der seinerseits eine leitfähige Schicht 470 aufweist,
die auf jeder Seite durch eine Schicht 498, 498'; 495, 495' aus einem dielektrischen
Material umgeben ist, wobei diese Schichten auf jeder Seite durch
Masseplatten 480, 490 umgeben sind. Wie aus 4 ersichtlich
ist, ist die Komponente 400 mit einem mittleren Abschnitt
und zwei äußeren Abschnitten
entworfen, wobei der mittlere Abschnitt eine größere Ausdehnung in einer Richtung
als die äußeren Abschnitte
hat. Der Grund für
diesen Entwurf wird sich aus der folgenden Beschreibung ergeben.
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Der
mittlere Abschnitt weist die leitfähige Schicht 470 des
Streifenleitungsleiters und, auf jeder Seite derselben, einen Teil 498', 495' einer der dielektrischen
Schichten des Streifenleitungsleiters auf. Jeder äußere Abschnitt
der Komponente weist eine der zwei Masseplatten 480, 490 und
einen Teil 498, 495 einer der dielektrischen Schichten
des Streifenleitungsleiters auf.
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5 zeigt
die Komponente 400 von 4, entlang
der Linie II-II in 4 gesehen. Wie aus 5 ersichtlich
ist, ist die Komponente im Wesentlichen rechteckig, wenn dieselbe
entlang dieser Linie gesehen wird.
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6 zeigt
schließlich
eine Vorrichtung 600, die gemäß der Erfindung hergestellt
ist, entlang der gleichen Linie wie in 2 und 3 gesehen.
Die Komponente 400 wurde in dem Hohlraum, der gemäß der Erfindung
in der Vorrichtung hergestellt wurde, auf eine solche Art und Weise
positioniert, dass zwischen dem Leiter 470 der Komponente
und der leitfähigen
Schicht 170 in einem der miteinander zu verbindenden Leiter,
in 6 der Streifenleitungsleiter, ein elektrischer
Kontakt herbeigeführt
wird. Die Ausdehnung der Komponente 400 in der Vorrichtung 600 ist
durch eine gestrichelte Linie ungefähr gezeigt.
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Nachdem
die Komponente 400 auf die im Vorhergehenden beschriebene
Art und Weise in dem Hohlraum positioniert wurde, ist die leitfähige Schicht 160 in
dem zweiten der miteinander zu verbindenden Leiter oben auf der
Vorrichtung 600 angeordnet. Bei dem gezeigten Beispiel
besteht der zweite Leiter aus dem Mikrostreifenleiter.
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Wie
aus 6 ferner ersichtlich ist, wurden die Komponente 400 und
der Hohlraum gemäß der Erfindung
so entworfen, dass, wenn die Komponente in dem Hohlraum der Vorrichtung
positioniert wurde, jede der zwei Masseplatten 480, 490 der
Komponente die Masseplatte 140 des Mikrostreifenleiters
mit der am nächsten
gelegenen Masseplatte 190 des Streifenleitungsleiters verbindet.
Als ein Resultat dieses Entwurfs wird in der Längsrichtung der zwei Leiter
auf jeder Seite der Verbindung, die gemäß der Erfindung zwischen den
zwei Leitern hergestellt ist, eine elektromagnetische Abschirmung
gebildet.
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Mittels
der Erfindung war es daher möglich, eine
vertikale Verbindung zwischen zwei Leitern in einer Vorrichtung
in dem Mikrowellenbereich herzustellen. Die Verbindung kann an den
Abstand, der zwischen den zwei miteinander zu verbindenden Leitern besteht,
angepasst werden, wobei das Verhalten der Verbindung erhalten bleibt.
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Die
Verbindung kann ferner so entworfen sein, dass derselben ohne einen
Einfluss auf deren Verhalten in anderer Hinsicht die gewünschte Impedanz
verliehen wird. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, dass die
Verbindung die gleiche Impedanz wie die zwei Leiter hat, die miteinander
verbunden werden. Da Fachleuten gut bekannt ist, wie ein Streifenleitungselement
entworfen ist, um demselben eine bestimmte Impedanz zu verleihen,
ist dieser Entwurf hier nicht weiter beschrieben.
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Die
Komponente 400 wird in der Vorrichtung 600 in
Verbindung mit dem Befestigen der Schichten, die die Vorrichtung
bilden, befestigt. Dies kann auf eine Zahl von Weisen, die Fachleuten
gut bekannt sind, erfolgen, beispielsweise mittels Druck oder Wärme oder
einer Kombination derselben. Auf diese Weise reduziert die Erfindung
die Zahl von Stufen, die mit einem Herstellen der Vorrichtung verbunden sind.
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Ein
elektrischer Kontakt zwischen dem Leiter 470 der Komponente
und den zwei Leitern 160, 170 kann entweder durch
einen guten mechanischen Kontakt zwischen den Leitern 160, 170 und
dem Leiter 470 der Komponente oder, wenn geeignet, durch Anordnen
einer Einrichtung eines Typs, der an sich für ein Erleichtern eines elektrischen
Kontakts bekannt ist, beispielsweise eines leitfähigen Epoxidklebstoffs, der
in Verbindung mit der Wärmebehandlung,
auf die im Vorhergehenden Bezug genommen ist, aushärtet, auf
einer oder mehreren der Oberflächen,
zwischen denen ein elektrischer Kontakt gewünscht ist, herbeigeführt werden.
Entsprechende Maßnahmen
für einen
elektrischen Kontakt können ferner
hinsichtlich der Masseplatten der Komponente und der Vorrichtung
ergriffen werden. Um sicherzustellen, dass ein guter Kontakt erreicht
wird, können der
Leiter 470 der Komponente und dessen Masseplatten 480, 490,
wenn geeignet, mit etwas größeren Abmessungen
als entsprechende Teile der Vorrichtung, die in 4–6 gezeigt
ist, entworfen sein.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die Komponente gemäß der Erfindung
mit einer Masseplatte entworfen sein, die eine geschlossene Form
um den Leiter der Komponente bildet. Eine solche geschlossene Masseplatte
kann einen kreisförmigen
Entwurf aufweisen, der in 7, auf der
gleichen Ebene wie die Komponente in 5 gesehen, gezeigt
ist. Ein Vorteil eines solchen Entwurfs der Masseplatte 710 besteht
darin, dass um den Leiter 720 der Komponente eine durchgehende
Abschirmung gebildet wird.
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Wie
im Vorhergehenden erwähnt,
kann die Erfindung beispielsweise auf eine beliebige Kombination
von Leitern des Streifenleitungs- und Mikrostreifentyps angewandt
werden. Das Wort „vertikal" wurde ferner in
der Beschreibung im Vorhergehenden durchweg verwendet, um die Richtung
zu beschreiben, in der die zwei Leiter gemäß der Erfindung verbunden sind.
Es sei jedoch betont, dass das Wort „vertikal" die Richtung bedeutet, die vertikal
ist, wenn die Vorrichtung auf die Art und Weise, die in 6 gezeigt
ist, positioniert ist. Mit anderen Worten, die Richtung, die gemeint
ist, ist eine Richtung, die im rechten Winkel zu der Hauptrichtung
der zwei Leiter ist und den kürzesten
Abstand zwischen den zwei Leitern definiert.
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Im
Vorhergehenden wurde die Komponente 400 gemäß der Erfindung
durchweg als eine passive Komponente beschrieben, die lediglich
verwendet wird, um zwei Leiter miteinander zu verbinden. Es ist natürlich auch
möglich,
dass die Komponente aktiv ist und beispielsweise einen Verstärker oder
eine andere aktive Komponente aufweist.