EP1132995B1 - Symmetrierglied - Google Patents

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EP1132995B1
EP1132995B1 EP01301686A EP01301686A EP1132995B1 EP 1132995 B1 EP1132995 B1 EP 1132995B1 EP 01301686 A EP01301686 A EP 01301686A EP 01301686 A EP01301686 A EP 01301686A EP 1132995 B1 EP1132995 B1 EP 1132995B1
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EP
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lines
symmetrical connection
gate
balun
symmetrical
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Hardial Dr. Gill
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Marconi Communications GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices

Definitions

  • the present invention relates to a balun, consisting of side-by-side, coupled planar lines with an unbalanced port and two symmetrical ports.
  • Baluns represent in a known manner transitions between balanced and unbalanced transmission lines.
  • a symmetrical line is when a signal transmitted over it does not have the ground as a reference potential.
  • an unbalanced transmission line is connected on one side to ground, so that a signal transmitted via it has the ground as a reference potential.
  • Baluns of this kind are e.g. used at the inputs and outputs of Doppelumbletaktmischern or modulators etc.
  • balun An initially set forth, consisting of four mutually coupled planar lines existing balun is known from DE 197 29 761 A1.
  • This balun consists of two 3db couplers, each with two planar lines coupled over a length of ⁇ / 4.
  • They who both couplers are in the form of a two-pole bandpass filter, one configured in an open circuit configuration and the other in a shorted circuit configuration.
  • the two quarter wavelength couplers are connected together to form a 3-port balun having one unbalanced signal port and two balanced port ports.
  • the open circuit configuration line coupler the opposite ends of the two lines are idle. Another end of the two lines serves as a balanced connection.
  • the opposite end of the other line is connected to one end of the shorted circuit configuration line coupler.
  • the balancing member is constructed in multi-layer technology. The production cost is therefore large, which is unfavorable for mass production.
  • balun with a single unbalanced and a single balanced port gate described.
  • the balun has three juxtaposed strip-shaped lines. One end of the middle line forms the unbalanced port gate, while the other end terminates with an idle state.
  • the outer lines are each connected at their ends via vias to ground and interrupted at half the length. Opposing portions of the outer leads are interconnected across the middle lead bridges and form the single terminal port.
  • US-A-5 428 838 discloses a monolithic diode-star mixer having an RF balun and balun for a local oscillator and in which a center microstrip for each of the baluns is disposed between parallel transmission striplines in a common plane.
  • the RF balun and balun for the local oscillator are arranged in a ground plane so that the baluns form a right angle relative to each other.
  • the middle microstrips are connected in the ground plane.
  • a central ring conductor allows the diodes associated with the mixer to be connected to the transmission lines and a common connection point.
  • an intermediate frequency transmission line is connected to the conductive ring.
  • the invention has for its object to provide a space-saving and easily manufacturable Symmertrierglied.
  • Such a balun is constructed according to the features of claim 1 as follows. These are three side-by-side, coupled planar cables available. One end of the middle of the three lines forms the unbalanced connection gate, wherein the adjacent ends of the two outer lines are at ground potential. The two other ends of the outer lines are also at ground potential, and the middle line ends there with an open circuit. Each of the two outer lines is interrupted at half the length and has at this point two connections for a symmetrical connection port. This creates a broadband power divider and a transition from an unbalanced to two balanced transmission lines. This balun has a high bandwidth and is very low loss. There is also a high decoupling between the two symmetrical connection ports.
  • the total coupling length of the three lines corresponds approximately to half the average operating wavelength of the balun.
  • the balancing member shown in the drawing consists of three adjacent inductively coupled planar lines 1, 2 and 3, which are therefore guided in a curved shape to keep the extent of the balun as low as possible.
  • the total coupling length of the three lines 1, 2 and 3, which are arranged together on a substrate side, corresponds approximately to half the average operating wavelength of the balun.
  • One end 4 of the middle line 3 of the three lines 1, 2, 3 forms the unbalanced connection port TU.
  • the lying next to this end 4 of the middle line 3 ends of the two outer lines 1 and 2 are at ground potential.
  • the connection of these line ends with a arranged on the opposite side of the substrate ground lines is realized in a known manner by means of vias 5 and 6 in the substrate.
  • each end of the two outer leads 1 and 2 is provided with a via 5, 6.
  • the two other ends of the outer leads 1 and 2 are also connected to ground potential.
  • the ends of both outer leads 1 and 2 converge on a via 7 which produces contact with the ground surface on the back of the substrate.
  • the middle line 3 ends here with an idle.
  • the two outer lines 1 and 2 are interrupted.
  • the resulting from this interruption line ends 8 and 9 of the first outer line 1 form the first symmetrical connection port TS1
  • the resulting by the interruption of the second outer line 2 line ends 10 and 11 form the second symmetrical connection port TS2.
  • the balun described above represents a very broadband 3-dB power divider, whose two connection gates TS1 and TS2 have a high mutual isolation.
  • the decoupled at the symmetrical connection ports TS1 and TS2 signals have almost the same amplitude and phase.

Landscapes

  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Symmetrierglied, bestehend aus nebeneinander verlaufenden, gekoppelten planaren Leitungen mit einem unsymmetrischen Anschlußtor und zwei symmetrischen Anschlußtoren.
  • Symmetrierglieder stellen in bekannter Weise Übergänge zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Übertragungsleitungen dar. Von einer symmetrischen Leitung spricht man, wenn ein darüber übertragendes Signal nicht die Masse als Bezugspotential hat. Dagegen ist eine unsymmetrische Übertragungsleitung einseitig mit Masse verbunden, so daß ein darüber übertragenes Signal die Masse als Bezugspotential hat. Symmetrierglieder dieser Art werden z.B. an den Ein- und Ausgängen von Doppelgegentaktmischern oder Modulatoren etc. eingesetzt.
  • Ein eingangs dargelegtes, aus vier miteinander gekoppelten planaren Leitungen bestehendes Symmetrierglied ist aus der DE 197 29 761 A1 bekannt. Dieses Symmetrierglied besteht aus zwei 3db-Kopplern, von denen jeder mit zwei über eine Länge von λ/4 gekoppelten planaren Leitungen besteht. Jeder der beiden Koppler ist in Form eines zweipoligen Bandpassfilters ausgebildet, wobei einer in einer offenen Schaltungskonfiguration und der andere in einer kurzgeschlossenen Schaltungskonfiguration ausgestaltet ist. Die beiden Viertelwellenlängen-Koppler sind so miteinander verbunden, daß ein 3-toriges Symmetrierglied entsteht, das einen Anschluß für unsymmetrische Signale und zwei Anschlüsse für symmetrische Signale aufweist. Bei dem Leitungskoppler in offener Schaltungskonfiguration sind die einander gegenüberliegenden Enden der beiden Leitungen leerlaufend. Ein anderes Ende der beiden Leitungen dient als symmetrischer Anschluß. Das gegenüberliegende Ende der anderen Leitung ist mit einem Ende des in kurzgeschlossener Schaltungskonfiguration ausgeführten Leitungskopplers verbunden. Von diesem Leitungskoppler sind zwei einander gegenüberliegende Enden der beiden Leitungen mit Masse kontaktiert, und ein anderes Ende einer Leitung bildet einen weiteren Anschluß für symmetrische Signale. Die beiden miteinander verbundenen Leitungsenden der beiden Leitungskoppler bilden das Anschlußtor für unsymmetrische Signale. Um eine enge 3 dB-Kopplung zwischen den Leitungen zu erzielen, ist hier das Symmetrierglied in Mehrlagentechnik aufgebaut. Der Herstellungsaufwand ist deshalb groß, was ungünstig für eine Massenproduktion ist.
  • In Schellenberg und Hien-Do Ky, " Low-Loss, Planar Monolithic Baluns for K/ Ka-Band Applications", Anaheim, California, 13. bis 19. Juni 1999, New York: IEEE, US, Seiten 1733-1736, ist ein Symmetrierglied mit einem einzelnen unsymmetrischen und einem einzelnen symmetrischen Anschlusstor beschrieben. Das Symmetrierglied weist drei nebeneinander angeordnete streifenförmige Leitungen auf. Ein Ende der mittleren Leitung bildet das unsymmetrische Anschlusstor, während das andere Ende mit einem Leerlauf endet. Die äußeren Leitungen sind jeweils an ihren Enden über Durchkontaktierungen mit Masse verbunden und auf halber Länge unterbrochen. Sich gegenüberliegende Abschnitte der äußeren Leitungen sind über die mittlere Leitung überquerende Brücken miteinander verbunden und bilden das einzelne Anschlusstor.
  • In US-A-5 428 838 ist monolithischer Dioden-Stern-Mischer beschrieben, der einen RF-Balun und einen Balun für einen lokalen Oszillator aufweist und in dem ein mittlerer Mikrostreifenleiter für jeden der Baluns zwischen parallelen Transmissionsstreifenleitungen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Der RF-Balun und der Balun für den lokalen Oszillator sind einer Masseebene angeordnet, so dass die Baluns relativ zueinander einen rechten Winkel bilden. Die mittleren Mikrostreifen sind in der Masseebene verbunden. Ein zentraler Ringleiter ermöglicht es, dass die dem Mischer zugeordneten Dioden mit den Transmissionsleitungen und einem gemeinsamen Verbindungspunkt verbunden werden können. Zusätzlich ist eine Zwischenfrequenzübertragungsleitung mit dem leitenden Ring verbunden.
    • Aufgabe und Lösung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein platzsparendes und möglichst einfach herstellbares Symmertrierglied anzugeben.
  • Ein solches Symmetrierglied ist gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 folgendermaßen aufgebaut. Es sind drei nebeneinander verlaufende, gekoppelte planare Leitungen vorhanden. Ein Ende der mittleren der drei Leitungen bildet das unsymmetrische Anschlußtor, wobei die daneben liegenden Enden der beiden äußeren Leitungen auf Massepotential liegen. Die beiden anderen Enden der äußeren Leitungen liegen ebenfalls auf Massepotential, und die mittlere Leitung endet dort mit einem Leerlauf. Jede der beiden äußeren Leitungen ist auf der halben Länge unterbrochen und weist an dieser Stelle zwei Anschlüsse für ein symmetrisches Anschlußtor auf. Auf diese Weise entsteht ein breitbandiger Leistungsteiler und ein Übergang von einer unsymmetrischen auf zwei symmetrische Übertragungsleitungen. Dieses Symmetrierglied hat eine hohe Bandbreite und ist sehr verlustarm. Es besteht außerdem eine hohe Entkopplung zwischen den beiden symmetrischen Anschlußtoren.
  • Gemäß einem Unteranspruch entspricht die gesamte Koppellänge der drei Leitungen in etwa der halben mittleren Betriebswellenlänge des Symmetriergliedes.
    • Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
  • Das in der Zeichnung dargestellte Symmetrierglied besteht aus drei nebeneinander verlaufenden induktiv gekoppelten planaren Leitungen 1, 2 und 3, die deshalb in einer geschwungenen Form geführt sind, um die Ausdehnung des Symmetriergliedes möglichst gering zu halten. Die gesamte Koppellänge der drei Leitungen 1, 2 und 3, die gemeinsam auf einer Substratseite angeordnet sind, entspricht in etwa der halben mittleren Betriebswellenlänge des Symmetriergliedes.
  • Ein Ende 4 der mittleren Leitung 3 der drei Leitungen 1, 2, 3 bildet das unsymmetrische Anschlußtor TU. Die neben diesem Ende 4 der mittleren Leitung 3 liegenden Enden der beiden äußeren Leitungen 1 und 2 liegen auf Massepotential. Die Verbindung dieser Leitungsenden mit einer auf der gegenüberliegenden Substratseite angeordneten Masseleitungen wird in bekannter Weise mittels Durchkontaktierungen 5 und 6 im Substrat realisiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedes Ende der beiden äußeren Leitungen 1 und 2 mit einer Durchkontaktierung 5, 6 versehen. Es kann aber auch ein Leitungsende mit dem anderen über eine die mittlere Leitung 3 überbrückende Luftbrücke verbunden werden, so dass dann eine der beiden Durchkontaktierungen 5 bzw. 6 eingespart werden kann. Die beiden anderen Enden der äußeren Leitungen 1 und 2 sind ebenfalls auf Massepotential gelegt. Dazu laufen die Enden beider äußeren Leitungen 1 und 2 an einer den Kontakt zur Massefläche auf der Substratrückseite herstellenden Durchkontaktierung 7 zusammen. Die mittlere Leitung 3 endet hier mit einem Leerlauf.
  • Auf der halben Koppellänge sind die beiden äußeren Leitungen 1 und 2 unterbrochen. Die durch diese Unterbrechung entstehenden Leitungsenden 8 und 9 der ersten äußeren Leitung 1 bilden das erste symmetrische Anschlußtor TS1, und die durch die Unterbrechung der zweiten äußeren Leitung 2 entstehenden Leitungsenden 10 und 11 bilden das zweite symmetrische Anschlußtor TS2.
  • Das vorangehend beschriebene Symmetrierglied stellt einen sehr breitbandigen 3-dB-Leistungsteiler dar, dessen beide Anschlußtore TS1 und TS2 eine hohe gegenseitige Isolation besitzen. Die an den symmetrischen Anschlußtoren TS1 und TS2 ausgekoppelten Signale besitzen nahezu die gleiche Amplitude und Phase.

Claims (2)

  1. Symmetrierglied, bestehend aus nebeneinander verlaufenden, gekoppelten planaren Leitungen (1, 2, 3) mit einem unsymmetrischen Anschlußtor (TU) und zwei symmetrischen Anschlußtoren (TS 1 und TS2), bei dem
    - drei nebeneinander verlaufende Leitungen (1, 2, 3) vorhanden sind,
    - ein Ende (4) der mittleren (3) der drei Leitungen (1, 2, 3) das unsymmetrische Anschlußtor (TU) bildet, wobei die daneben liegenden Enden der beiden äußeren Leitungen auf Massepotential (5, 6) liegen,
    - die beiden anderen Enden der äußeren Leitungen auf Massepotential (7) liegen und die mittlere Leitung (3) dort mit einem Leerlauf endet, und
    - jede der äußeren Leitungen (1, 2) auf der halben Länge unterbrochen ist und jede der äußeren Leitungen (1, 2) an der Stelle, an der sie unterbrochen ist, jeweils zwei Anschlüsse (8, 9, 10, 11) für ein symmetrisches Anschlußtor (TS1, TS2) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die planaren Leitungen (1, 2, 3) so in einer geschwungenen Form geführt sind, dass sowohl die im Bereich zwischen den symmetrischen Anschlusstoren (TS1, TS2) und dem unsymmetrischen Anschlusstor (TU) verlaufenden Abschnitte der planaren Leitungen (1, 2, 3) als auch die im Bereich zwischen den symmetrischen Anschlusstoren (TS1, TS2) und dem Leerlauf der mittleren Leitung (3) verlaufenden Abschnitte der planaren Leitungen (1, 2, 3) jeweils S-förmig ausgebildet sind, und dass die beiden S-förmigen Abschnitte der mittleren Leitung (3) im Bereich der symmetrischen Anschlusstore (TS1, TS2) stetig verlaufend aneinander anschließen, so dass die mittlere Leitung (3) eine Doppel-S-Form besitzt.
  2. Symmetrierglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppellänge der drei Leitungen (1, 2, 3) in etwa der halben mittleren Betriebswellenlänge des Symmetriergliedes entspricht.
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