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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine Hochleistungsfiltervorrichtung
und besonders eine Mikrostreifen-Filteranordnung.
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BESCHREIBUNG DER BETREFFENDEN
TECHNIK
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Die
fortgesetzt steigende Zahl von Abonnenten in verschiedenen zellularen
Systemen hat zu der Situation geführt, wo die Gesprächsintensität zu Spitzenverkehrszeiten
eine maximale Zahl von gleichzeitigen Gesprächen wegen begrenzter Frequenzbandverfügbarkeit
erreicht. So kann ein Betreiber eingeschränkt sein in der Aufnahme neuer
Abonnenten zum zellularen System. Das wird gelöst durch die Einführung neuer
Frequenzbänder,
die für
Kommunikation verwendet werden. Beispielsweise wird das Mobiltelefonsystemband
900 MHz in einigen Gebieten ergänzt
durch PCN/GSM 1800 MHz. Ein Abonnent mit einem Dualband-Mobiltelefon kann
so irgendeines der zwei Frequenzbänder für seine Kommunikation verwenden,
was zu geringerer Überlastung
führt,
und der Betreiber kann so mehr Abonnenten in das kombinierte System
aufnehmen und wird so noch mehr Einkünfte erzielen.
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Die
Verwendung von zwei verschiedenen Frequenzbändern durch einen Betreiber
kann erfordern, dass der Betreiber zwei verschiedene Antennen verwendet,
eine für
jedes Frequenzband. Für den
Betreiber ist es jedoch günstig,
die gleichen Kabel zu und von den zwei Antennen oder der Dualbandantenne,
die einen spezifischen geographischen Bereich bedienen, zu verwenden,
wodurch sich die Notwendigkeit eines Kombinators oder Filters zum Trennen
der verschiedenen Frequenzbänder
ergibt.
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Üblicherweise
können
solche Hochleistungsfilter beispielsweise unter Verwendung von Hohlraumresonatorfiltern
gemäß bekannten
technischen Maßnahmen
konstruiert werden. Solche Filter haben sich in ihrer Funktion allgemein
als befriedigend erwiesen, sind jedoch sperrig, teuer und erfordern
Abstimmung von Hand für
optimale Leistung. Ein anderes Beispiel eines üblichen Hochleistungsfilters
weist eine Drahtübertragungsleitung
längs einer
Mittelachse eines zylindrischen Metallgehäuses auf. Die Übertragungsleitung
ist mit einer Reihe von kreisförmigen Metallscheiben
verbunden, welche die Leitung senkrecht schneiden. Die Scheiben
sind in Umfangsrichtung vom Gehäuse
durch ein dielektrisches Material beabstandet, um eine kapazitive
Kopplung zu erzeugen, die wirksam ist, um hohe Frequenzen zu überbrücken. Solche
Filter waren auch im Allgemeinen befriedigend zum Unterdrücken von
harmonischen Störfrequenzen
oder hohen Frequenzen, sind jedoch von massiver Konstruktion und
teuer. Es wäre
günstig,
wenn ein Filter so konstruiert werden könnte, dass es einfach herzustellen
ist, keine Abstimmung von Hand erfordert, kleiner und billiger ist.
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Diese
Anforderungen können
erfüllt
werden durch ein Mikrostreifen- oder ein Streifenlinienfilter. Jedoch
sind Mikrostreifen-Filter im Allgemeinen nicht geeignet für Hochleistungsfilteranwendungen
wegen beispielsweise hohem Einfügungsverlust,
was die Leistung des Signals auf unterhalb annehmbarer Werte verringert.
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In
US-5,153,542 "Multidielektrisches
Mikrostreifenfilter",
Inhaber Motorola Inc., wird ein Hochleistungsmikrostreifenfilter
beschrieben. Zwei verschiedene dielektrische Materialien trennen
eine Übertragungsleitung
und die Ground Plate bzw. radiale Dämpfungsglieder und die Ground
Plate. Die radialen Dämpfungsglieder
wirken durch ein erstes der zwei dielektrischen Materialien zusammen
mit der Masseebene (ground plane – Äquipotentialebene), um harmonische
Störfrequenzen
zu dämpfen.
Längs der Übertragungsleitung
sind mehrere Aperturen angeordnet und mit einem zweiten der zwei
dielektrischen Materialien, vorzugsweise Luft, gefüllt, was
die kapazitive Kopplung mit der Masseebene (ground plane) verringert.
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Die
Verwendung von mehreren Aperturen, die zwischengeschaltet sind mit
Trägerteilen
zum Stützen
der Übertragungsleitung
führt zu
einer etwas umständlichen
Lösung.
Nach dem genannten Patent sind die Trägerteile notwendig zum Stützen der Übertragungsleitung
und um eine galvanische Kopplung zwischen der Übertragungsleitung und den
radialen Dämpfungsgliedern
zu ermöglichen.
Ein Problem, das mit dieser Anordnung auftreten kann ist, dass die Trägerteile
auch eine erhöhte
kapazitive Kopplung einführen,
welche durch die Schaltplatte an den Punkten verursacht wird, wo
starke Ströme
auftreten und wo möglicherweise
der größte Bedarf
für eine verringerte
kapazitive Kopplung vorliegt. Es wäre günstig, wenn diese kapazitive
Kopplung an den Trägerteilen
verringert werden könnte.
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Es
ist auch sehr schwierig, die Impedanzcharakteristik längs der Übertragungsleitung
selektiv zu verändern,
was wiederum die Freiheit bei der Entwicklung der Konstruktion behindern
kann. Es wäre günstig, wenn
die Freiheit in der Entwicklung der Filtercharakteristika erhöht werden
könnte.
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Der
Aufbau in
US-5,153,542 ist
auch eine Breitbandkonstruktion, was bedeutet, dass das Filter zum
Dämpfen
von Signalen in einem sehr breiten Frequenzband oberhalb des Niederfrequenzbandes verwendet
wird. Diese Filterkonstruktion kann Einschränkungen bei den Bauvorschriften
verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Hauptzweck
der Erfindung ist es, ein Hochleistungsfilter zum Filtern von Signalen
in einem ersten Frequenzband zu schaffen. Das Filter sollte klein sein,
in der Lage, Hochleistungsanwendungen zu bedienen und einfach mit
geringen Herstellungskosten herstellbar sein.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist bei einer bevorzugten Ausführungsform,
eine Hochleistungsfilteranordnung zu schaffen, die eine gesteigerte
Freiheit im Entwurf von Filtercharakteristika bietet.
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Weiter
im Einzelnen werden die oben beschriebenen Probleme, wie ein kleines
billiges Filter für
Hochleistungsanwendungen zu schaffen ist, gelöst, indem ein Filter mit einem
ersten und zweiten Signalanschlussmittel, um Signale des ersten
Frequenzbandes durchzulassen, und wenigstens einer ersten Masseebene
(ground plane) geschaffen wird. Das Filter weist ferner einen länglichen
Leiter auf, der sich im Wesentlichen parallel zu der Masseebene (ground
plane)-vorrichtung erstreckt und einen ersten Signalweg für das Frequenzband
zwischen der ersten und zweiten Anschlussvorrichtung liefert und weist
ferner auf einen ersten leitenden Abschnitt mit ersten Hochfrequenzcharakteristika,
der mit dem Signalweg an einem ersten Verbindungspunkt verbunden
ist, wobei die ersten Charakteristika und die Position des ersten
Verbindungspunktes so gewählt sind,
dass Hochfrequenzen außerhalb
des ersten Frequenzbandes in dem ersten Signalweg wirksam gedämpft werden.
Das Filter ist durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Hochfrequenzcharakteristika so gewählt, dass
Signale in einem zweiten Frequenzband oberhalb des ersten Frequenzbandes
wirksam gedämpft
werden.
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Die
Ziele der Erfindung werden gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
erhalten, indem man ein Filter schafft, wo der Signalweg schmalere
und breitere Abschnitte hat, um verschiedene Impedanzcharakteristika
längs des
Signalwegs zu bilden und wo die Impedanzcharakteristik des Signalwegs
mit den Frequenzcharakteristika des leitenden Segments zusammenwirkt,
um Frequenzen in wenigstens einem zweiten Frequenzband oberhalb
des ersten Frequenzbandes zu dämpfen.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass eine kleine billige Filtervorrichtung
geschaffen wird.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass ein verhältnismäßig starkes leitendes Material
verwendet werden kann, wo der Strom seine Spitzenwerte erreicht,
und ein Material mit hoher dielektrischer Festigkeit verwendet werden
kann, wo das elektrische Feld hohe Werte erreicht. Dadurch wird
ein weiterer Vorteil erhalten, nämlich
dass die Verluste niedrig und die Belastbarkeitsgrenzen hoch gehalten
werden können.
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Wenn
das dielektrische Material eine Schaltplatte (gedruckte Schaltung)
ist, können
hohe mechanische Toleranzen erhalten werden, um die Herstellung
eines abstimmfreien Filters zu erleichtern.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass eine Übertragungsleitung,
die Hochleistungssignale handhaben kann, erhalten wird.
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Ein
anderer Hauptvorteil ist, dass die Beziehung zwischen dem Abstand
zur Masseebene und der Breite der leitenden Abschnitte nach Bedarf
oder Wunsch gewählt
werden kann.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Die
Erfindung wird weiter erläutert
durch die folgende genauere Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
worin
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1 zeigt
eine Kombinator/Splitter-Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht der Kombinator/Splitter-Vorrichtung in 1 gemäß der Linie
I-I;
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3 zeigt
eine diagrammatische Ansicht der Ausführungsform in 1;
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4, 5a und 5b zeigen
diagrammatische Ansichten verschiedener Anwendungen der Kombinator/Splitter-Vorrichtung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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6, 7 und 8 zeigen
Querschnittsansichten von Kombinator/Splitter-Vorrichtungen gemäß bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung;
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Erfindung.
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GENAUERE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
eine Filtervorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit einem zur Klarheit entfernten Deckel. Die Filtervorrichtung
weist eine erste Eingangsvorrichtung 101, eine erste Ausgangsvorrichtung 102 und
eine zweite Ausgangsvorrichtung 103 auf. Das Eingangssignal weist
wenigstens zwei verschiedene Frequenzbänder auf, in dieser bevorzugten
Ausführungsform
das GSM-Band, das bei 900 MHz liegt und das PCN-Band, das bei 1800
MHz liegt. Es ist jedoch möglich,
die Erfindung ebenso gut bei anderen speziellen Frequenzen anzuwenden.
Das Eingangssignal wird einer ersten Tiefpassfilteranordnung 104 zugeführt, die
weiter unten beschrieben wird, und einer zweiten Bandpassfilteranordnung 105.
Die zweite Filteranordnung zum Filtern des Eingangssignals gemäß einem
zweiten Filterschema empfängt
das Eingangssignal durch die Eingangsvorrichtung 101 und leitet
es durch eine Anzahl von koaxialen Resonatoren 106 weiter,
was zu einem Signal führt,
das Bandpass-gefiltert ist, um das PCN-Band von 1800 MHz durchzulassen.
Eine solche Filteranordnung ist an sich bekannt und wird hier nicht
weiter beschrieben.
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Es
sei bemerkt, dass, obgleich Eingangs- und Ausgangsvorrichtungen
bequemerweise benutzt wurden, um die Funktion der Vorrichtung in
einer einfachen und leichtverständlichen
Weise zu beschreiben, ist die hier beschriebene Vorrichtung eine
Duplexvorrichtung. So bezeichnen die Ausdrücke Eingangs- und Ausgangsvorrichtung
nicht irgendeine Richtung der Signalfort pflanzung sondern die Signale
können
auch von einer Eingangsvorrichtung sowie in eine Ausgangsvorrichtung
laufen.
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Die
erste Filteranordnung zum Filtern des Eingangssignals gemäß einem
ersten Schema empfängt
das Eingangssignal an der Eingangsvorrichtung 101. Das
Signal wird weitergeleitet auf ein leitendes Muster (pattern) 107 auf
einer gedruckten Schaltplatte 108 in Richtung auf eine Öffnung (pattern)
oder Apertur 110 auf der Schaltplatte 108. Die Schaltplatte
ist auf einem metallischen oder allgemeiner leitenden Körper 109 mit
Bolzen oder stattdessen mittels Schrauben, einem Klebmittel oder
irgendeinem anderen Befestigungsmittel befestigt. Der leitende Körper 109 ist
effektiv eine Masseebene (ground plane – Äquipotentialebene), die in
einem ersten Abstand von dem leitenden Muster 107 angeordnet
ist. Als eine Alternative kann die Masseebene (ground plane) an
der Schaltplatte an einer entgegengesetzten Seite zum leitenden
Muster 107 befestigt sein. Das leitende Muster 107 besteht
in dieser bevorzugten Ausführungsform
aus vier getrennten Teilen 107a-d. In anderen Ausführungsformen
können
mehr oder weniger Teile verwendet werden.
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In
leitendem Kontakt mit all diesen getrennten Teilen 107a-d
des leitenden Musters 107 und über der Öffnung oder Apertur 110 ist
eine steife leitende Übertragungsleitung 111 in
Form einer leitenden Platte angeordnet. Mit der Öffnung oder Apertur 110 ist
auch eine Ausnehmung in dem die Masseebene (ground plane) bildenden
leitenden Körper 109 ausgerichtet,
so dass die Übertragungsleitung 111 in einem
zweiten Abstand zur Masseebene (ground plane) angeordnet ist, der
größer als
der erste Abstand ist. Die Übertragungsleitung 111 weist
vorspringende Teile auf, die an den Endabschnitten des leitenden
Musters 107 angelötet
sind, so dass eine leitende Kopplung erreicht wird. Zu anderen Methoden, diese
Kopplung zu erreichen, können
leitende Klebmittel, Bolzen, Schrauben oder irgendwelche anderen
Befestigungsmittel gehören.
Die Übertragungsleitung
hat breitere und schmalere Passagen 112, und die Teile 107b und 107c bilden
zusammen mit den vorspringenden Teilen Stichleitungen, um das gewünschte Filtern
nach bekannten Methoden zu erreichen. Der Teil 107d des
leitenden Musters 107 verbindet die Übertragungsleitung 111 mit
der Ausgangsvorrichtung 102.
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Die
steife leitende Übertragungsleitung
kann erhalten werden durch beispielsweise Ätzen, was eine sehr hohe Präzision liefert,
oder Stanzen oder in irgendeiner anderen dem Fachmann bekannten
Weise.
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2 zeigt
einen Querschnitt der 1 an der Linie I-I. In dieser
Ansicht sind der Abstand D1 zwischen der Übertragungsleitung 111 und
dem leitenden Körper 109 und
der Abstand D2 zwischen dem leitenden Muster 107 und dem
leitenden Körper 109,
der die Masseebene bildet, deutlich sichtbar. Am Verbindungspunkt 201 ist
die Übertragungsleitung 111 mit
dem leitenden Muster 107a verbunden. Ein solcher Verbindungspunkt
ist für
alle getrennten Teile des leitenden Musters 107 mit der Übertragungsleitung
vorhanden. Diese sind alle so angeordnet, dass Luft den Verbindungspunkt 101 und
die Masseebene 102 trennt. Das ist ein signifikanter Schritt,
um ein Hochleistungsfilter zu erhalten, da an diesen Punkten hohe
Ströme
auftreten können.
Es sei bemerkt, dass ein Verbindungspunkt nicht notwendigerweise
das Gleiche wie ein Lötpunkt
ist. Der Verbindungspunkt kann einfach die Stelle andeuten, wo die Übertragungsleitung
eine Grenzfläche
mit den Stichleitungen hat, die in dieser bevorzugten Ausführungsform jede
durch die vorspringenden Teile der steifen leitenden Übertragungsleitung
zusammen mit den getrennten Teilen gebildet wird, und hat nichts
damit zu tun, wie die elektrische oder mechanische Verbindung zwischen
den zwei erreicht wird.
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3 zeigt
eine Diagrammansicht der bevorzugten Form gemäß der Erfindung. Das Tiefpassfilter 104 ist
mit einer ersten Antenne 301 verbunden, die zum Übertragen
und Empfangen von Signalen in einer ersten Frequenz, in dieser Ausführungsform um
800 MHz für
das GSM-Band eingerichtet
ist. Das Bandpassfilter 105 ist ähnlich mit einer zweiten Antenne 302 verbunden,
die zum Übertragen
und Empfangen von Signalen in einem zweiten Frequenzband, in dieser
Ausführungsform
um 1800 MHz für das
PCN-Band, eingerichtet ist. Beide Filter 104 und 105 sind
mit einer gemeinsamen Eingangsvorrichtung 101 verbunden.
Eine Übertragungsleitung
verbindet die erste Kombinator/Splitter-Vorrichtung 303 mit
einer zweiten ähnlichen
Kombinator/Spalter-Vorrichtung 304 zur weiteren Übertragung
der verschiedenen Frequenzbänder
auf jeweilige Anwendung. So kann eine einzige Übertragungsleitung verwendet werden,
um Signale in den zwei Frequenzbändern
zu übertragen.
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4 zeigt
eine andere Anordnung, wo eine Dualbandantenne 402 verwendet
wird. In diesem Fall wird nur eine Kombinator/Splitter-Vorrichtung 401 verwendet.
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5a zeigt
eine Anordnung, wo eine Dualband, Doppelpolarisationsantenne 501 verwendet wird.
Erste und zwei Kombinator/Splitter-Vorrichtungen 502, 503 werden
verwendet, eine für
jede Polarisation. 5b zeigt eine Anordnung, wo
zwei Doppelpolarisationsantennen 504, 505 verwendet
werden, eine für
jedes Frequenzband. So sind weitere zwei Kombinator/Splitter-Vorrichtungen 506, 507 erforderlich.
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Obgleich
in dieser Ausführungsform
ein Filter als ein Tiefpassfilter und das andere als ein Bandpassfilter
beschrieben wurden, ist es für
den Fachmann offensichtlich, dass viele Arten von Filtern entwickelt
und konstruiert werden können
unter Verwendung des erfinderischen Konzepts in der vorliegenden
Offenbarung beispielsweise Bandstoppfilter oder zwei Bandpassfilter
oder irgendeine andere Kombination, die zum Erreichen der gewünschten
Filterschemata geeignet ist.
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. In dieser Ausführungsform
hat eine Übertragungsleitung
einen ersten und einen zweiten leitenden Streifen 601 und 602 auf
gegenüberliegenden Seiten
einer gedruckten Schaltplatte. Der zweite leitende Streifen wirkt
mit einem leitenden Körper 604 mit
einer Ausnehmung zusammen, der in einem Abstand D1 von dem zweiten
Streifen 602 eine Masseebene bildet. Das Filter 600 weist
auch einen Deckel 605 in leitendem Kontakt mit dem leitenden
Körper auf,
der somit ein Teil der Masseebene ist und mit dem ersten leitenden
Streifen 601 in einem Abstand D3 zusammenwirkt. Der Deckel 605 und
der leitende Körper 604 bilden
ein Gehäuse
für das
Filter. Das Filter weist weiter leitende Stichleitungen 606 in
einem Abstand D2 von der Masseebene auf.
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Durch
Verwendung des Gehäuses
als eine Masseebene für
das Filter 600 können
Intermodulationsprobleme vermieden werden. Es wurde bemerkt, dass
die Verwendung einer üblichen
Schalterplatte mit einer kupferbeschichteten Rückseite Intermodulationsprobleme
verursachen kann, wenn sie in einem Gehäuse angeordnet ist. Die einfache
aber geniale Lösung
ist, ein leitendes geerdetes Gehäuse
als eine Masseebene zu verwenden.
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7 zeigt
eine Querschnittsansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung.
In dieser Ausführungsform
ist der Abstand D3 gleich dem Abstand D1 in 6 gewählt, indem ein
Deckel 701 mit einer Ausnehmung ausgebildet wurde. In allen
anderen Aspekten ist die Ausführungsform
in 7 die Gleiche wie die Ausführungsform in 6.
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8 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform,
wo eine Streifenleitung verwendet wurde, wobei der hauptsächliche
Unterschied darin liegt, dass ein symmetrischer Querschnitt erreicht
wurde. So haben die leitenden Stichleitungen 606 das gleiche
Material 603 mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante
auf beiden Seiten, welche den Masseebenevorrichtungen zugewandt
sind, während
die Übertragungsleitung 801 von
beiden Masseebenevorrichtungen 802, 803 durch
Luft getrennt ist.
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9 zeigt
die gleiche bevorzugte Ausführungsform
wie zuvor in 1 beschrieben, hier ebenfalls
mit abgenommenem Deckel zur besseren Klarheit.