EP0231473A2 - Arrangement for coupling waves from a waveguide to a semiconductor component - Google Patents
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- EP0231473A2 EP0231473A2 EP86116758A EP86116758A EP0231473A2 EP 0231473 A2 EP0231473 A2 EP 0231473A2 EP 86116758 A EP86116758 A EP 86116758A EP 86116758 A EP86116758 A EP 86116758A EP 0231473 A2 EP0231473 A2 EP 0231473A2
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Definitions
- the present invention relates to an arrangement for coupling waveguide waves to a semiconductor component, the semiconductor component being inserted into a coupling opening in a partition between two waveguides and being ground-contacted with this partition and the one of two connecting arms as a coupling probe in one waveguide and the other connecting arm as Coupling probe protrudes into the other waveguide.
- the invention is based on the object of specifying an arrangement of the type mentioned in the introduction, which is very low-damping and has the smallest possible overall length.
- connection arms of the semiconductor component serving as coupling probes can be very short in the arrangement according to the invention. It is therefore possible to let the very thin connecting arms protrude freely into the waveguide without having to support them with the help of special means.
- the overlap of the input and output waveguides in the coupling area according to the invention has the advantage that it e.g. Especially in the case of multi-stage high-frequency amplifiers, there is a considerable reduction in overall length compared to comparable known arrangements.
- the input waveguide 1 shows a longitudinal section through a microwave circuit, for example amplifier, oscillator, mixer or the like, with a waveguide input and a waveguide output.
- the input waveguide 1 is coupled to the output waveguide 2 via a coupling opening 4 let into the common side wall 3.
- the coupling opening 4 is at a distance of approximately ⁇ / 16- ⁇ / 4 both from the short-circuit plane 5 of the input waveguide 1 and from the short-circuit plane 6 of the output waveguide 2.
- the active semiconductor component 7 (e.g. diode, FET) of the microwave circuit is inserted into the coupling opening 4 between the two waveguides 1 and 2 and is in ground contact with the waveguide wall 3.
- a first connecting arm 8 of the semiconductor component 7 projects into the input waveguide 1 and couples the wave of the input signal there.
- a second connection arm 9 of the semiconductor component protrudes into the output waveguide 2 and couples to it the waves of the semiconductor component e.g. amplified or frequency multiplied signal.
- the connecting arms 8 and 9 of the semiconductor component 7 serving as coupling probes are approximately 0.3-0.8 times the narrow side of the waveguide (i.e. approximately 0.15-0.35 cm at an operating frequency of 20 GHz). Because only very short coupling probes are required here, the thin and not very stable connecting arms can freely protrude into the waveguide 1, 2 without having to support them.
- the connecting arms 8 and 9 of the semiconductor component 7 are supplied with direct voltages by coaxial bushings 10 and 11 in the walls of the waveguides 1 and 2.
- the direct voltage is fed to the connection arm of the semiconductor component via a thin wire 12 which runs through the waveguide perpendicular to the E field. This type of direct voltage supply ensures that the Waveguide field is disturbed as little as possible and the damping of the coupling is relatively low.
- the coupling between the waveguides and the semiconductor component can be adjusted in a simple manner by means of tuning screws 13, 14 and 15, 16, which project through the waveguide walls opposite the coupling opening 4 in the vicinity of the coupling probes 8 and 9 into the waveguides 1 and 2 .
- FIGS. 3 and 4 The arrangement shown in FIGS. 3 and 4 is identical to the arrangement according to FIGS. 1 and 2 described above except for the mounting of the semiconductor component and the design of the coupling probes. 3 and 4, the same reference numerals are used as in FIGS. 1 and 2.
- a semiconductor component 7 which is not housed in a housing is placed on a dielectric carrier plate 17.
- the carrier plate 17 On one side, the carrier plate 17 is provided with two conductor tracks 18 and 19 which are approximately 0.3-0.8 times the waveguide narrow side and run in opposite directions, with which two connection contacts of the semiconductor component 7 are connected by means of bonding wires.
- the carrier plate 17 has two further conductive surfaces 20 with which the semiconductor component is ground-contacted.
- This dielectric carrier plate 17, which is occupied by the semiconductor component 7, is installed in the coupling opening 4 in such a way that its conductive surfaces 20 are contacted with the waveguide wall 3 and its conductor tracks 18 and 19 protrude into the waveguides 1 and 2 as coupling probes.
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Abstract
Die Anordnung besteht darin, daß das Halbleiterbauelement (7) in eine Koppelöffnung (4) in einer Trennwand (3) zwischen zwei Hohlleitern (1, 2) eingesetzt ist, die mindestens teilweise parallel nebeneinander verlaufen und daß der eine von zwei Anschlußarmen (8, 9) als Koppelsonde in den einen Hohlleiter (1) und der andere Anschlußarm als Koppelsonde in den anderen Hohlleiter (2) hineinragt.The arrangement consists in that the semiconductor component (7) is inserted into a coupling opening (4) in a partition (3) between two waveguides (1, 2) which run at least partially parallel to one another and that one of two connecting arms (8, 9) as a coupling probe in one waveguide (1) and the other connecting arm as a coupling probe in the other waveguide (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ankoppeln von Hohlleiterwellen an ein Halbleiterbauelement, wobei das Halbleiterbauelement in eine Koppelöffnung in einer Trennwand zwischen zwei Hohlleitern eingesetzt und mit dieser Trennwand massekontaktiert ist und der eine von zwei Anschlußarmen als Koppelsonde in den einen Hohlleiter und der andere Anschlußarm als Koppelsonde in den anderen Hohlleiter hineinragt.The present invention relates to an arrangement for coupling waveguide waves to a semiconductor component, the semiconductor component being inserted into a coupling opening in a partition between two waveguides and being ground-contacted with this partition and the one of two connecting arms as a coupling probe in one waveguide and the other connecting arm as Coupling probe protrudes into the other waveguide.
Eine derartige Anordnung ist aus einer Veröffentlichung von I. Angelov, A. Spasov, I. Stoev, L. Urshev "Investigation of some guiding structures for low-noise FET amplifiers", European Microwave Conference 1985, S. 535-540 bekannt. In dieser Veröffentlichung ist ein Hochfrequenzverstärker beschrieben, dessen Verstärkerbauelement ein Feldeffekttransistor (FET) ist. Der FET ist in der eingangs dargelegten Weise einerseits an einen Eingangshohlleiter und andererseits an einen Ausgangshohlleiter angekoppelt, die beide hintereinander längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Diese bekannte Anordnung hat eine große Baulänge, insbesondere bei einem mehrstufigen Verstärker.Such an arrangement is known from a publication by I. Angelov, A. Spasov, I. Stoev, L. Urshev "Investigation of some guiding structures for low-noise FET amplifiers", European Microwave Conference 1985, pp. 535-540. In this publication, a high-frequency amplifier is described, the amplifier component of which is a field effect transistor (FET). The FET is coupled, on the one hand, to an input waveguide and, on the other hand, to an output waveguide, both of which are arranged one behind the other along a common axis. This known arrangement has a large overall length, in particular in the case of a multi-stage amplifier.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der einleitend genannten Art anzugeben, die sehr dämpfungsarm ist und eine möglichst geringe Baulänge aufweist.The invention is based on the object of specifying an arrangement of the type mentioned in the introduction, which is very low-damping and has the smallest possible overall length.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Pantentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of
Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unter ansprüchen hervor.Appropriate embodiments of the invention are given in the sub claims.
Vorteilhafterweise können bei der Anordnung nach der Erfindung die als Koppelsonden dienenden Anschlußarme des Halbleiterbauelements sehr kurz sein. Deshalb ist es möglich, die an sich sehr dünnen Anschlußarme frei in die Hohlleiter hineinragen zu lassen, ohne sie mit Hilfe besonderer Mittel abstützen zu müssen.Advantageously, the connection arms of the semiconductor component serving as coupling probes can be very short in the arrangement according to the invention. It is therefore possible to let the very thin connecting arms protrude freely into the waveguide without having to support them with the help of special means.
Die erfindungsgemäße Überschneidung der Ein- und Ausgangshohlleiter im Koppelbereich hat den Vorteil, daß sie z.B. gerade bei mehrstufigen Hochfrequenzverstärkern eine erhebliche Baulängenverkürzung gegenüber vergleichbaren bekannten Anordnungen mit sich bringt.The overlap of the input and output waveguides in the coupling area according to the invention has the advantage that it e.g. Especially in the case of multi-stage high-frequency amplifiers, there is a considerable reduction in overall length compared to comparable known arrangements.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Längsschnitt durch zwei Hohlleiter mit einem darin angeordneten Halbleiterbauelement
- Fig. 2 eine Sicht in einen Hohlleiter der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,
- Fig. 3 die gleiche Anordnung wie Fig. 1 nur mit einem auf einem dielektrischen Trägerplättchen aufgebrachten Halbleiterbauelement und
- Fig. 4 eine Sicht in einen Hohlleiter der in Fig. 3 dargestellten Anordnung.
- Fig. 1 shows a longitudinal section through two waveguides with a semiconductor device arranged therein
- 2 shows a view into a waveguide of the arrangement shown in FIG. 1,
- 3 shows the same arrangement as FIG. 1 only with a semiconductor component applied to a dielectric carrier plate and
- Fig. 4 is a view of a waveguide of the arrangement shown in Fig. 3.
In der Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Mikrowellenschaltung, z.B. Verstärker, Oszillator, Mischer o. dgl., mit einem Hohlleitereingang und einem Hohlleiterausgang dargestellt. Der am Ende kurzgeschlossene Eingangshohlleiter 1 und der ebenfalls am Ende kurzgeschlossene Ausgangshohlleiter 2 verlaufen über ein Länge von ca. λ/8-λ/2 (λ≙ Hohlleiterwellenlänge) parallel nebeneinander und sind in dem Überschneidungsbereich durch eine den beiden Hohlleitern gemeinsame Seitenwand 3 (Hohlleiterbreitseite) voneinander getrennt. Der Eingangshohlleiter 1 ist mit dem Ausgangshohlleiter 2 über eine in die gemeinsame Seitenwand 3 eingelassene Koppelöffnung 4 gekoppelt. Dabei hat die Koppelöffnung 4 sowohl von der Kurzschlußebene 5 des Eingangshohlleiters 1 als auch von der Kurzschlußebene 6 des Ausgangshohlleiters 2 einen Abstand von ca. λ/16-λ/4.1 shows a longitudinal section through a microwave circuit, for example amplifier, oscillator, mixer or the like, with a waveguide input and a waveguide output. The input waveguide 1 short-circuited at the end and the
In die Koppelöffnung 4 zwischen den beiden Hohlleitern 1 und 2 ist das aktive Halbleiterbauelement 7 (z.B. Diode, FET) der Mikrowellenschaltung eingesetzt und mit der Hohlleiterwand 3 massekontaktiert. Ein erster Anschlußarm 8 des Halbleiterbauelements 7 ragt in den Eingangshohlleiter 1 hinein und koppelt dort die Welle des Eingangssignals an. Ein zweiter Anschlußarm 9 des Halbleiterbauelements ragt in den Ausgangshohlleiter 2 hinein und koppelt an diesen die Wellen des vom Halbleiterbauelements z.B. verstärkten oder frequenzvervielfachten Signals an. Die als Koppelsonden dienenden Anschlußarme 8 und 9 des Halbleiterbauelements 7 sind etwa das 0,3-0,8-fache der Hohlleiterschmalseite (d.h. ca. 0,15-0,35 cm bei einer Betriebsfrequenz von 20 GHz) lang. Weil hier nur sehr kurze Koppelsonden erforderlich sind, können die an sich dünnen und nicht sehr stabilen Anschlußarme frei in die Hohlleiter 1, 2 hineinragen, ohne sie extra abstützen zu müssen.The active semiconductor component 7 (e.g. diode, FET) of the microwave circuit is inserted into the coupling opening 4 between the two
Durch koaxiale Durchführungen 10 und 11 in den Wänden der Hohlleiter 1 und 2 werden die Anschlußarme 8 und 9 des Halbleiterbauelements 7 mit Gleichspannungen versorgt. Wie die Sicht in den Eingangshohlleiter 1 in Fig. 2 zeigt, wird die Gleichspannung über einen dünnen Draht 12, der durch den Hohlleiter senkrecht zum E-Feld verläuft, dem Anschlußarm des Halbleiterbauelements zugeführt. Diese Art der Gleichspannungszuführung gewährleistet, daß das Hohlleiterfeld möglichst wenig gestört wird und die Dämpfung der Ankopplung relativ gering ist.The connecting
Ein Abgleich der Kopplung zwischen den Hohlleitern und dem Halbleiterbauelement läßt sich auf einfache Weise mittels Abstimmschrauben 13, 14 bzw. 15, 16 bewerkstelligen, welche durch die der Koppelöffnung 4 gegenüberliegenden Hohlleiterwände in der Umgebung der Koppelsonden 8 und 9 in die Hohlleiter 1 und 2 hineinragen.The coupling between the waveguides and the semiconductor component can be adjusted in a simple manner by means of tuning
Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Anordnung ist mit der oben beschriebenen Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 bis auf die Halterung des Halbleiterbauelements und die Ausführung der Koppelsonden identisch. Deshalb finden sich in den Fig. 3 und 4 die gleichen Bezugszeichen wieder wie in den Fig. 1 und 2. Beim in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein nicht in einem Gehäuse untergebrachtes Halbleiterbauelement 7 auf einem dielektrischen Trägerplättchen 17 aufgesetzt. Auf einer Seite ist das Trägerplättchen 17 mit zwei etwa das 0,3-0,8-fache der Hohlleiterschmalseite langen, in entgegengesetzte Richtungen verlaufenden Leiterbahnen 18 und 19 versehen, mit denen zwei Anschlußkontakte des Halbleiterbauelements 7 über Bonddrähtchen verbunden sind. Das Trägerplättchen 17 weist zwei weitere leitende Flächen 20 auf, mit denen das Halbleiterbauelement massekontaktiert ist. Dieses mit dem Halbleiterbauelement 7 besetzte dielektrische Trägerplättchen 17 ist so in der Koppelöffnung 4 installiert, daß seine leitenden Flächen 20 mit der Hohlleiterwand 3 kontaktiert sind und seine Leiterbahnen 18 und 19 als Koppelsonden in die Hohlleiter 1 und 2 hineinragen.The arrangement shown in FIGS. 3 and 4 is identical to the arrangement according to FIGS. 1 and 2 described above except for the mounting of the semiconductor component and the design of the coupling probes. 3 and 4, the same reference numerals are used as in FIGS. 1 and 2. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 3 and 4, a
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