EP0247542B1 - Integrierter Mikrowellenschaltkreis - Google Patents

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EP0247542B1
EP0247542B1 EP87107507A EP87107507A EP0247542B1 EP 0247542 B1 EP0247542 B1 EP 0247542B1 EP 87107507 A EP87107507 A EP 87107507A EP 87107507 A EP87107507 A EP 87107507A EP 0247542 B1 EP0247542 B1 EP 0247542B1
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EP
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strip lines
component
stub
calibrating element
element according
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Friedrich Dr.-Ing. Lange
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/209—Hollow waveguide filters comprising one or more branching arms or cavities wholly outside the main waveguide

Definitions

  • the invention relates to an integrated microwave circuit according to the preamble of claim 1, which is known from US-A-3 768 050 From DE-PS 22 53 176 a Y-branching circulator for use in integrated microwave circuits is known in which a continuous metallic coating is arranged on one side of the substrate and a circulator with strip lines leading away from the branching point is arranged on the other side. Idle stub lines are connected to the strip lines, the fine adjustment of the input impedance of the circulator is carried out by removing the length of the stub lines.
  • FIG. 1 shows an integrated microwave circuit according to the prior art, in which a component 2 with connected strip lines 3 and 4 is arranged on a substrate 1.
  • a metallic coating 5 is applied, which is connected to the reference potential.
  • An interference capacitance 6 is effective between the two connections of the component 2 and can spread in a value range C min ... C max .
  • the integrated microwave circuit must now be adjusted for the operating frequency so that the interference capacity is ineffective. This can be done by an inductance connected in parallel to the interference capacitance, the size of which is not exactly known due to the fluctuations in the interference capacitance.
  • the object of the invention is therefore to provide a balancing element of the type mentioned at the outset, which results in a parallel inductance at the operating frequency, which generates the smallest possible additional capacitances and is easy to balance.
  • 2 a in turn contains the component 2 with the strip lines 3 and 4 as supply lines and the one indicated Interference capacity 6.
  • the stub lines 12 and 14 are provided, which are designed as coupled strip lines and of which one strip is connected to the feed line 3 and the other strip to the feed line 4 for the component 2.
  • the stub 12 is terminated by a line short circuit 13 so that the inductance L 1 thereby generated compensates for the minimum interference capacitance C min at the operating frequency f0, ie at the center frequency of the operating bandwidth, that is to say that
  • the second stub 14 is terminated by a strip line 15 so that the inductance L2 thus generated is initially "infinitely" large and the inductors L 3.1 and L 3.2 generated the capacitances C 1.1 and C 1.2 of the first Strip line 12 to compensate for ground, that is
  • a bond wire 16 is additionally arranged on the strip line 14, through which the inductance L 2 is reduced to such an extent that the resulting inductance L K the interference capacity at the operating frequency is compensated. So it has to be.
  • FIG. 2b shows the equivalent circuit diagram of the arrangement according to FIG. 2a.
  • the inductance L2 initially generated by the connected stub 14 is the inductance L1, which is generated by the short-circuited coupled strip line 12, directly connected in parallel.
  • the capacitances C 1.1 , C 1.2 generated by the coupled strip line 12 and the line short circuit 13 against ground act at the two connection points of the inductors L 1 and L 2 against ground.
  • the chosen termination of the strip line 14 results in inductances L 3.1 and L 3.2 parallel to these capacitances. Parallel to the inductances L1 and L2, the component 2 with the interference capacitance Cs is effective, this interference capacitance corresponds to the indicated capacitor 6 according to FIG. 2a.
  • FIG. 3 shows a modification of the arrangement according to FIG. 2a.
  • a series of bond wires 17, 18 .... 22 are attached to the strip line 14.
  • the first additional bond wire 17 is placed so that the trimming element is thus suitable for compensating for the maximum interference capacitance C max , that is to say the effective inductance is. If the resonance frequency of the arrangement then with the operating frequency does not yet match, the additional bond wires 17, 18 ... are removed in succession until the resonance frequency f R corresponds to the condition coincides with the operating frequency.
  • dielectric plates can therefore be arranged on the stub 14 between the component (2) and the first bond wire not removed and / or on the stub 12.
  • the stub lines can be modified in accordance with FIG. 4 in order to reduce the ground capacitances C 1.1 and C 1.2 of the stub line 12 and to obtain suitable inductances L 3.1 and L 3.2 against ground.
  • 4 shows parts of coupled strip lines, the termination of which is modified.
  • FIG. 4a shows a strip line 24 of length l which is open at the end and
  • FIG. 4b shows a strip line 25 of length l owned which is short-circuited to the ground layer.

Landscapes

  • Microwave Amplifiers (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen integrierten Mikrowellenschaltkreis entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der aus der Druckschrift US-A-3 768 050 bekannt ist
    Aus der DE-PS 22 53 176 ist ein Y-Verzweigungszirkulator für die Verwendung in integrierten Mikrowellen-Schaltkreisen bekannt, bei dem auf einer Seite des Substrats ein durchgehender metallischer Belag und auf der anderen Seite ein Zirkulator mit vom Verzweigungspunkt wegführenden Streifenleitungen angeordnet ist. An die Streifenleitungen sind leerlaufende Stichleitungen angeschaltet, die Feineinstellung der Eingangsimpedanz des Zirkulators erfolgt durch Längenabtragung der Stichleitungen.
  • In der Fig. 1 ist eine integrierte Mikrowellenschaltung nach dem Stande der Technik dargestellt, bei der auf einem Substrat 1 ein Bauteil 2 mit angeschlossenen Streifenleitungen 3 und 4 angeordnet ist. Auf der Rückseite des Substrats ist ein metallischer Belag 5 aufgebracht, der mit Bezugspotential verbunden ist. Zwischen den beiden Anschlüssen des Bauteils 2 ist eine Störkapazität 6 wirksam, die in einem Wertebereich Cmin...Cmax streuen kann. Die integrierte Mikrowellenschaltung ist nun für die Betriebsfrequenz so abzugleichen, daß die Störkapazität unwirksam wird. Dies kann durch eine zur Störkapazität parallel geschaltete Induktivität geschehen, deren Größe aber wegen der Schwankungen der Störkapazität nicht genau bekannt ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Abgleichelement der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das bei der Betriebsfrequenz eine Parallelinduktivität ergibt, die möglichst geringe zusätzliche Kapazitäten erzeugt und leicht abgleichbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Abgleichelement der eingangs erwähnten Art gelöst, das die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
  • Zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgleichelements sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 näher beschrieben.
  • Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
  • In der Zeichnung zeigt
    • Fig. 1
    einen integrierten Mikrowellenschaltkreis nach dem Stande der Technik,
    Fig. 2a
    ein erfindungsgemäßes Abgleichelement,
    Fig. 2b
    eine Ersatzschaltung zur Fig. 2,
    Fig. 3
    eine Weiterbildung des Abgleichelements nach Fig. 2a,
    Fig. 4a, b
    modifizierte Stichleitungen und
    Fig. 5
    ein Abgleichelement mit den modifizierten Stichleitungen nach Fig. 4.
  • Die Fig. 1 ist bei der Darstellung des Standes der Technik bereits erläutert worden, so daß an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird.
  • Die Fig. 2 a enthält wiederum das Bauelement 2 mit den Streifenleitungen 3 und 4 als Zuleitungen sowie der angedeuteten Störkapazität 6.
  • Zusätzlich sind die Stichleitungen 12 und 14 vorgesehen, die als gekoppelte Streifenleitungen ausgebildet sind und von denen jeweils der eine Streifen mit der Zuleitung 3 und der andere Streifen mit der Zuleitung 4 für das Bauelement 2 verbunden sind. Die Stichleitung 12 ist durch einen Leitungskurzschluß 13 so abgeschlossen, daß die dadurch erzeugte Induktivität L₁ die minimale Störkapazität Cmin bei der Betriebsfrequenz f0 also bei der Mittenfrequenz der Betriebsbandbreite, kompensiert, daß also
    Figure imgb0001
  • Die zweite Stichleitung 14 wird durch eine Streifenleitung 15 so abgeschlossen, daß die somit erzeugte Induktivität L₂ zunächst "unendlich" groß ist und die erzeugten Induktivitäten L3,1 und L3,2 die Kapazitäten C1,1 und C1,2 der ersten Streifenleitung 12 gegen Masse kompensieren, daß also
    Figure imgb0002
  • In veränderlichen Abstand vom Bauelement 2 ist auf der Streifenleitung 14 zusätzlich ein Bonddraht 16 angeordnet, durch den die Induktivität L₂ soweit verringert wird, daß die entstehende Induktivität LK
    Figure imgb0003
    die Störkapazität bei der Betriebsfrequenz kompensiert. Es muß also
    Figure imgb0004
    sein.
  • Durch den Abstand des Bonddrahtes 16 zum Substrat ist dessen kapazitiver Einfluß vergleichsweise sehr gering, so daß die Kompensation gegen Masse durch diesen Bonddraht praktisch nicht beeinflußt wird.
  • In der Fig. 2b ist das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Fig. 2a dargestellt. Die durch die beschaltete Stichleitung 14 zunächst erzeugte Induktivität L₂ ist der Induktivität L₁, die von der kurzgeschlossenen gekoppelten Streifenleitung 12 erzeugt wird, direkt parallelgeschaltet. Die durch die gekoppelte Streifenleitung 12 und den Leitungskurzschluß 13 gegen Masse erzeugten Kapazitäten C1,1, C1,2 wirken an den beiden Anschlußpunkten der Induktivitäten L₁ und L₂ gegen Masse. Durch den gewählten Abschluß der Streifenleitung 14 ergeben sich parallel zu diesen Kapazitäten die Induktivitäten L3,1 und L3,2. Parallel zu den Induktivitäten L₁ und L₂ ist das Bauelement 2 mit der Störkapazität Cs wirksam, diese Störkapazität entspricht dem angedeuteten Kondensator 6 nach Fig. 2a.
  • In der Fig. 3 ist eine Modifikation der Anordnung nach Fig. 2a dargestellt. Als Ersatz für den Bonddraht 16 sind auf der Streifenleitung 14 eine Reihe von Bonddrähten 17, 18 .... 22 angebracht. Dabei ist der erste zusätzliche Bonddraht 17 so plaziert, daß das Abgleichelement damit zur Kompensation der maximalen Störkapazität Cmax geeignet ist, daß also die wirksame Induktivität
    Figure imgb0005
    ist. Falls die Resonanzfrequenz der Anordnung dann mit der Betriebsfrequenz noch nicht übereinstimmt, werden nacheinander die zusätzlichen Bonddrähte 17, 18 ... entfernt, bis die Resonanzfrequenz fR entsprechend der Bedingung
    Figure imgb0006
    mit der Betriebsfrequenz übereinstimmt.
  • Wegen der begrenzten Anzahl möglicher zusätzlicher Bonddrähte kann ein Feinabgleich Schwierigkeiten bereiten. Zum Feinabgleich können deshalb auf der Stichleitung 14 zwischen dem Bauteil (2) und dem ersten nicht entfernten Bonddraht und/oder auf der Stichleitung 12 dielektrische Plättchen angeordnet werden.
  • Zur Verringerung der Massekapazitäten C1,1 und C1,2 der Stichleitung 12 und zum Erhalt geeigneter Induktivitäten L3,1 und L3,2 gegen Masse können die Stichleitungen entsprechend Fig. 4 modifiziert werden. In der Fig. 4 sind Teile gekoppelter Streifenleitungen dargestellt, deren Abschluß modifiziert ist. In der Fig. 4a ist eine am Ende offene Streifenleitung 24 der Länge l und in Fig. 4b eine gegen den Massebelag kurzgeschlossene Streifenleitung 25 der Länge lʹ dargestellt. Diese Anordnungen können mit den integrierten Mikrowellenschaltkreisen nach Fig. 2a und Fig. 3 kombiniert werden, so daß beispielsweise eine Anordnung entsprechend Fig. 5 entsteht.

Claims (6)

  1. Integrierter Mikrowellenschaltkreis mit einem dielektrischen Substrat, auf dessen einer Seite ein durchgehender metallischer Belag (5) und auf dessen anderer Seite wenigstens ein Bauteil (2) mit zwei an das Bauteil angeschlossenen Streifenleitungen (3, 4) angeordnet ist, an denen wenigstens ein Abgleichelement für eine dem Bauteil parallel liegende Störkapazität (6) angeschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet daß
    das Abgleichelement aus wenigstens einem ersten Paar am einen Ende leitend verbundene, gekoppelte Streifenleitungen als Stichleitung (12, 14) annäherend rechtwinklig zu den an das Bauteil (2) angeschlossenen Streifenleitungen (3,4) auf dem Substrat (1) angeordnet sind besteht, wobei das andere Ende der gekoppelten Streifenleitungen mit einer der an das Bauteil angeschlossenen Streifenleitungen (3, 4) verbunden ist.
  2. Abgleichelement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die erste Stichleitung (12) so bemessen ist, daß die dadurch erzeugte Induktivität nur die minimal mögliche Störkapazität bei der Betriebsfrequenz kompensiert.
  3. Abgleichelement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein zweites Paar gekoppelte Streifenleitungen (14) als Stichleitung vorgesehen sind, die so beschaltet sind, daß bei der Betriebsfrequenz eine vergleichsweise sehr große Induktivität erzeugt wird und die Massekapazität des Abgleichelements minimiert wird und die auf der der ersten Stichleitung (12) gegenüberliegenden Seite des Bauteils (2), aber auf der gleichen Oberflächenseite des integrierten Mikrowellenschaltkreises angeordnet sind.
  4. Abgleichelement nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß durch einen zusätzlichen Bonddraht (16) an einer bestimmten Stelle der zweiten Stichleitung (14) die jeweiligen Streifenleitungen durchverbunden werden und damit deren wirksame Länge so verkürzt wird, daß die bei der Betriebsfrequenz auftretende effektive Störkapazität kompensiert wird.
  5. Abgleichelement nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zunächst weitere Bonddrähte (17...22) über die Länge der Stichleitung verteilt auf dieser angebracht werden und ein Abgleich auf die effektive Störkapazität dadurch erfolgt, daß von der zu den Streifenleitungen (3,4) gerichteten Seite der Stichleitung (14) her die Bonddrähte (17...22) durchgetrennt werden.
  6. Abgleichelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zum Feinabgleich wenigstens ein dielektrisches Plättchen auf einer der Stichleitungen (12,14) angeordnet ist.
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