EP1554779B1 - Hochfrequenz- signalübertrager - Google Patents

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EP1554779B1
EP1554779B1 EP03794675A EP03794675A EP1554779B1 EP 1554779 B1 EP1554779 B1 EP 1554779B1 EP 03794675 A EP03794675 A EP 03794675A EP 03794675 A EP03794675 A EP 03794675A EP 1554779 B1 EP1554779 B1 EP 1554779B1
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EP
European Patent Office
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ground plane
stripline
substrate
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line
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EP03794675A
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EP1554779A1 (de
Inventor
Stefan Gaier
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1554779B1 publication Critical patent/EP1554779B1/de
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the present invention relates to a high frequency signal transmitter, and more particularly to a high frequency signal transmitter having a stripline coplanar junction.
  • aperture-coupled patch antennas are known. These are found in both antenna arrays, i. Antenna arrangements with several such patch antennas, or as Einzelabstrahler or coupler use.
  • a conventional aperture or slot-coupled patch antenna is shown.
  • this antenna patch 19 is excited via a coupling slot 17 in a ground plane 18, which in turn is fed by an embedded feed line 16 in a buried level.
  • this level 16 is another ground plane 12, which is electrically conductively connected via plated-through holes 20 'to the ground surface 18 provided with the coupling opening 17.
  • Such a construction is characterized by a high transmission bandwidth.
  • a substrate 11 located between the feed line 16 and the coupling slot, a substrate 11, in which the high-frequency energy of the signal to be transmitted or coupled to the slot or the coupling opening 17 is brought.
  • the feed line 16 embedded in the substrate is usually provided as stripline (triplate) in such microwave antenna arrangements or circuits. In this case, the RF energy of the signal between the stripline 16 in the substrate and a ground surface 12, 18 is guided on the Substratober- and -unterseite.
  • the problem here is the RF energy from substrates 11 in particular with a high dielectric constant to the outside, for example in air to radiate.
  • LTCC low-temperature cofired ceramic
  • the high-frequency signal transmitter according to the invention with the features of claim 1 has over the known approach the advantage that the RF energy of the signal in the region of the coupling slot of the transmitter or the antenna is concentrated and increases the antenna efficiency and the antenna gain.
  • the idea underlying the present invention consists essentially of a microstrip feed line by means of a microstrip-coplanar junction to switch to a coplanar line, which is connected by means of a through-connection with the actual antenna feed line embedded in a substrate.
  • the signal energy is concentrated in the vicinity of the coupling opening of the antenna, which allows a higher efficiency than if, for example, directly connect the microstrip line with the feed line embedded in the substrate by means of a via.
  • the high-frequency signal transmitter provides a device having a first stripline on the surface of a dielectric substrate for providing a signal, a second stripline in the dielectric substrate for coupling and / or coupling a high frequency signal, a first via device A substrate for providing a conductive connection between the first and second strip lines, a first ground plane substantially parallel to the microstrip line as a lower boundary surface of the substrate in the vertical direction for providing a shield; a second ground plane substantially parallel to the first ground plane at least in the region above the second stripline on the substrate for providing a shield, a coupling opening in the second ground plane for radiating high frequency energy, a planar coupling device above and substantially parallel to the coupling port, and a second via device the first ground plane and the second ground plane in the region of the first via-hole device provided in order to improve the efficiency of the transformer.
  • the substrate has a ceramic material, preferably low-temperature cofired ceramic (LTCC).
  • LTCC low-temperature cofired ceramic
  • the substrate has a high dielectric constant, in particular greater than 4.
  • advantageous substrate materials can be selected.
  • the second feedthrough device has a plurality of discrete feedthrough elements. This has the advantage of ensuring the most homogeneous and uniform field transition in the transition region between the microstrip line and the coplanar line from the lower first ground plane to the upper second ground plane.
  • the discrete via elements are arranged funnel-shaped in the region of the first via device perpendicular to the second ground plane, wherein the second ground plane likewise has a funnel-shaped recess in this region. This measure also serves for the homogeneous field transition in the region of the change from the microstrip line to the coplanar line.
  • the first stripline adjoins the first through-connection in a coplanar line.
  • the second stripline has a smaller distance to the second ground plane than to the first ground plane.
  • one end of the second strip line in the longitudinal direction approximately at a distance of one quarter wavelength of Nutzsignalwelle on the strip line to the coupling opening.
  • Fig. 1 shows a schematic oblique view for explaining an embodiment of the high-frequency signal transformer according to the invention.
  • a first microstrip line 10 is shown, which on a dielectric substrate 11, preferably made of a ceramic material, such as low temperature cofired ceramic (LTCC).
  • a first ground plane 12 preferably forms a lower boundary plane of the dielectric substrate 11 in the vertical direction and is electrically conductive, for example made of a metal.
  • a transition region 13 of the stripline 10 in a coplanar line 14 on the surface of the substrate 11 is a restructuring of the feed line 10, 14th
  • the coplanar line 14 is guided by means of a first through-connection device 15 onto a second strip line 16, which is embedded in the substrate 11.
  • the embedded stripline 16 preferably runs parallel to the first stripline and also parallel to the first ground plane 12.
  • the via-connection device 15 between the coplanar line 14 and the embedded stripline 16 is electrically conductive and preferably comprises a metal, this via-contacting device 15 preferably being perpendicular.
  • the free-running end 16 'of the embedded stripline 16 lies in the region of a coupling opening 17 or a coupling slot, which is located in a second ground plane 18 on the surface of the substrate 11 substantially parallel to the first ground plane 12.
  • a coupling device Via the coupling opening 17, a coupling device, preferably an antenna patch element 19, is provided substantially parallel to the second ground surface 18, which is electromagnetically coupled via the coupling opening 17 with the embedded line 16.
  • the coupling slot 17 is aligned transversely to the conduit 16, similar to a cross, over which extends the preferably rectangular patch member with its edges aligned parallel thereto.
  • the second ground plane 18 is electrically conductively connected to the first ground plane 12 via a via device 20, preferably from a plurality of discrete via elements 20 '.
  • the second ground plane 18 preferably extends in the longitudinal direction parallel to the strip line 10, 16 to over the extension of the patch antenna element 19 and in the other direction to over the transition region 13 between the stripline 10 and the coplanar line 14.
  • the second ground surface 18 has a preferably funnel-shaped recess or a funnel-shaped recess and surrounds the transition 13, the coplanar line 14 and the region of the through-connection 15, without electrically contacting the respective devices.
  • the discrete via elements 20 'between the first ground plane 12 and the second ground plane 18 preferably also have a funnel-shaped arrangement which approximately corresponds to the shape of the funnel-shaped notch in the second mass surface 18.
  • a discrete feedthrough element 20 ' is provided, for example, round and / or cylindrical perpendicularly between the first ground plane 12 and the second ground plane 18.
  • the plated-through device 20 between the ground surfaces 12, 18 is preferably provided mirror-symmetrically to an imaginary mirror plane through the middle of the strip line 10 or the coplanar line 14.
  • a continuous electrically conductive wall as Merismeseinrichung 20 between the ground surfaces 12 and 18 is conceivable, which could, for example, along the then substituted contacting elements 20 '.
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal sectional view for explaining the embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section along the middle of the strip line 10 or the coplanar line 14.
  • a strip line 10 is provided, which merges in a transition region 13 on the coplanar line 14.
  • This coplanar line 14 is connected via an electrically conductive via 15 with a stripline 16, which extends in the substrate 11 parallel to the stripline 10 and to a first ground plane 12 extends.
  • the coplanar line 14 ends and the strip line 16 begins.
  • a second ground plane 18 having a coupling opening 17th
  • the distance between the coupling opening 17 and the end 16 'of the embedded stripline 16 in the longitudinal direction, ie viewed in the direction of the stripline 16, is preferably approximately one quarter of the wavelength of the high-frequency to be transmitted via the feedline 10, 13, 14, 15 and 16 signal.
  • the strip line 16 and the opening 17 in the ground surface 18 is a maximum coupling and the planar radiator 19 and the coupling device is maximally excited.
  • the via-contacting device 20 between the first ground plane 12 and the second ground plane 18 is shown only by way of example in FIG. 2 in order to clarify an existing connection between both surfaces 18 and 12 (a correspondence in FIG. 1 at a comparable point is not shown).
  • the first ground plane 12 defines a boundary of the substrate 11 downwardly, i. H. In the vertical direction seems to exist, it is quite possible that the substrate 11 is also provided below the ground surface 12 and overall a multi-layer structure or a multi-layer structure is present.
  • FIG. 3 shows a schematic detail view in plan view for explaining the embodiment according to the invention according to FIG. 1 and FIG. 2.
  • transition 13 from the stripline 10 on the surface of the substrate into the coplanar line 14 on the surface of the substrate 11 is shown in the first place.
  • This transition 13 which preferably has a conical shape, is preferably provided in a funnel-shaped slot or a funnel-shaped recess of the second ground surface 18, which via the via 20 and the discrete fürress ists institute 20 'with the first ground plane not shown in FIG 12 is connected.
  • the HF energy is predominantly conducted in the slot of the coplanar line 14.
  • the RF energy in the asymmetrical stripline used is mainly conducted between the upper ground plane 18 (with coupling slot 17) and the buried line 16.
  • the RF energy can be more easily coupled out via the coupling slot 17 and the antenna gain and the antenna efficiency increases.
  • the operation of the antenna is improved by means of the interposed coplanar junction 10, 13, 14 primarily because the reference ground for the RF signal from the lower ground plane 12 can extend to the upper ground plane 18 without discontinuous transition. This prevents that the RF energy remains in the substrate 11 and can not be radiated.
  • materials such as the ceramic substrate material LTCC are exemplified.
  • the mentioned funnel shape of the recess in the second ground plane in the region of the transition between the strip line and the coplanar line is also exemplary and a round transition considered in plan view is likewise conceivable.

Description

    STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Signalübertrager, und insbesondere einen Hochfrequenz-Signalübertrager mit einem Streifenleitungs-Koplanar-Übergang.
  • Zur Übertragung von hochfrequenten Signalen, z.B. in der Mi-krowellentechnik, sind aperturgekoppelte Patch-Antennen bekannt. Diese finden sowohl in Antennen-Arrays, d.h. Antennenanordnungen mit mehreren solcher Patch-Antennen, oder als Einzelabstrahler bzw. -koppler Verwendung.
  • In Fig. 4 ist eine übliche Apertur- bzw. schlitzgekoppelte Patch-Antenne dargestellt. Bei dieser wird ein Antennen-Patch 19 über einen Koppelschlitz 17 in einer Massefläche 18 erregt, welcher wiederum durch eine eingebettete Speiseleitung 16 in einer vergrabenen Ebene gespeist wird. Unter dieser Ebene 16 befindet sich eine weitere Massefläche 12, welche über Durchkontaktierungen 20' mit der mit der Kopplungsöffnung 17 versehenen Massefläche 18 elektrisch leitend verbunden ist. Eine solche Konstruktion zeichnet sich durch eine hohe Übertragungsbandbreite aus. Herkömmlicherweise befindet sich zwischen der Speiseleitung 16 und dem Koppelschlitz ein Substrat 11, in welchem die HochfrequenzEnergie des zu übertragenden oder einzukoppelnden Signals an den Schlitz bzw. die Kopplungsöffnung 17 herangeführt wird. Die im Substrat eingebettete Speiseleitung 16 ist bei solchen Mikrowellen-Antennenanordnungen bzw. -schaltungen meist als Streifenleitung (triplate) vorgesehen. Dabei wird die HF-Energie des Signals zwischen der Streifenleitung 16 im Substrat und einer Massefläche 12, 18 auf der Substratober- und -unterseite geführt.
  • Problematisch dabei ist die HF-Energie aus Substraten 11 insbesondere mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten nach außen, beispielsweise in Luft, abzustrahlen. Setzt man als Substratmaterial beispielsweise low temperature cofired ceramic (LTCC) ein, welches als Basismaterial für Mikrowellenschaltungen geeignet ist, so muß man sich mit der oben genannten Problemstellung auseinandersetzen, da LTCC eine recht hohe Dielektrizitätskonstante εr > 4 aufweist. Dies führt zu einem herabgesetzten Antennengewinn, ebenso wie zu einem verschlechterten Antennenwirkungsgrad.
  • Dokumente zum Stand der Technik wären: HERSCOVICI NIET AL: "CAD OF MULTILAYER FEEDING NETWORKS" MICROWAVE JOURNAL, HORIZON HOUSE. DEDHAM, US, Bd. 37, Nr. 6, 1. Juni 1994 (1994-06-01), Seiten 84,87-88,92,95, XP000458572 und DE-A-4 315 847
    • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Der erfindungsgemäße Hochfrequenz-Signalübertrager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber dem bekannten Lösungsansatz den Vorteil auf, dass die HF-Energie des Signals im Bereich des Koppelschlitzes des Übertragers bzw. der Antenne konzentriert ist und der Antennenwirkungsgrad und der Antennengewinn steigt.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im wesentlichen darin, von einer Speiseleitung in Mikrostreifentechnik mittels eines Mikrostreifen-Koplanar-Überganges auf eine Koplanarleitung zu wechseln, welche mittels einer Durchkontaktierung mit der eigentlichen Antennenspeiseleitung eingebettet in einem Substrat verbunden ist. Dadurch wird die Signalenergie im Umfeld der Kopplungsöffnung der Antenne konzentriert, welches einen höheren Wirkungsgrad ermöglicht, als wenn man beispielsweise direkt die Mikrostreifenleitung mit der im Substrat eingebetteten Speiseleitung mittels einer Durchkontaktierung verbinden würde.
  • Mit anderen Worten wird durch den Hochfrequenz-Signalübertrager gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit einer ersten Streifenleitung an der Oberfläche eines dielektrischen Substrats zum Bereitstellen eines Signals, einer zweiten Streifenleitung im dielektrischen Substrat zur Aus- und/oder Einkopplung eines Hochfrequenzsignals, einer ersten Durchkontaktierungseinrichtung im Substrat zum Bereitstellen einer leitfähigen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Streifenleitung, einer ersten Massefläche im wesentlichen parallel zur Mikrostreifenleitung als untere Begrenzungsfläche des Substrats in vertikaler Richtung zum Bereitstellen einer Abschirmung; einer zweiten Massefläche im wesentlichen parallel zur ersten Massefläche zumindest im Bereich über der zweiten Streifenleitung auf dem Substrat zum Bereitstellen einer Abschirmung, einer Kopplungsöffnung in der zweiten Massefläche zum Abstrahlen hochfrequenter Energie, einer planaren Kopplungseinrichtung über und im wesentlichen parallel zur Kopplungsöffnung und einer zweiten Durchkontaktierungseinrichtung zwischen der ersten Massefläche und der zweiten Massefläche im Bereich der ersten Durchkontaktierungseinrichtung vorgesehen, um die Effizienz des Übertragers zu verbessern.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in Anspruch 1 angegebenen Hochfrequenz-Signalübertragers.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Substrat ein keramisches Material, vorzugsweise low temperature cofired ceramic (LTCC), auf. Keramische Substrate und vor allem LTCC weisen den Vorteil auf, dass sie gute Hochfreqenzeigenschaften besitzen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Substrat eine hohe Dielektrizitätszahl, insbesondere größer als 4, auf. Dadurch können vorteilhafte Substratmaterialien ausgewählt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite Durchkontaktierungseinrichtung mehrere diskrete Durchkontaktierungselemente auf. Dies birgt den Vorteil, einen möglichst homogenen und gleichmäßigen Feldübergang im Übergangsbereich zwischen der Mikrostreifenleitung und der Koplanarleitung von der unteren ersten Massefläche auf die obere zweite Massefläche zu gewährleisten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die diskreten Durchkontaktierungselemente im Bereich der ersten Durchkontaktierungseinrichtung senkrecht zur zweiten Massefläche betrachtet trichterförmig angeordnet, wobei die zweite Massefläche in diesem Bereich ebenfalls eine trichterförmige Ausnehmung aufweist. Auch diese Maßnahme dient dem homogenen Feldübergang im Bereich des Wechsels von der Mikrostreifenleitung auf die Koplanarleitung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung geht die erste Streifenleitung benachbart der ersten Durchkontaktierung in eine Koplanarleitung über. Dies ist von Vorteil, da auf diese Weise in Verbindung mit den beiden vorgenannten Merkmalen ein Großteil der HF-Energie nicht mehr nur zwischen der Streifenleitung und der unteren ersten Massefläche geführt wird und somit besser aus dem Substrat ausgekoppelt werden kann im Vergleich zu einer Anordnung, in welcher die speisende Mikrostreifenleitung lediglich mit einer Durchkontaktierung (Via) mit der im Substrat eingebetteten Leitung verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite Streifenleitung einen geringeren Abstand zu der zweiten Massefläche als zu der ersten Massefläche auf. Daraus folgen die Vorteile einer unsymmetrischen Triplate-Streifenleitung bei der gegebenen Antennenanordnung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist ein Ende der zweiten Streifenleitung in longitudinaler Richtung in etwa einen Abstand von einer viertel Wellenlänge der Nutzsignalwelle auf der Streifenleitung zur Kopplungsöffnung auf. Dadurch wird die Auskopplung des Hochfrequenzsignals durch die Kopplungsöffnung vorteilhaft optimiert.
    • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Schrägansicht zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Signalübertragers;
    Fig. 2
    eine schematische Längsschnittsansicht zur Erläuterung der Ausführungsform gemäß Fig. 1;
    Fig. 3
    eine schematische Detailansicht in Draufsicht zur Erläuterung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 und Fig. 2; und
    Fig. 4
    eine schematische Schrägansicht eines herkömmlichen Hochfrequenz-Signalübertragers.
    BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Signalübertragers.
  • In Fig. 1 ist eine erste Mikrostreifenleitung 10 dargestellt, welche auf einem dielektrischen Substrat 11, vorzugsweise aus einem keramischen Material, wie beispielsweise low temperature cofired ceramic (LTCC), besteht. Eine erste Massefläche 12 bildet in vertikaler Richtung vorzugsweise eine untere Begrenzungsebene des dielektrischen Substrats 11 und ist elektrisch leitend, beispielsweise aus einem Metall. In einem Übergangsbereich 13 von der Streifenleitung 10 in eine Koplanarleitung 14 auf der Oberfläche des Substrats 11 erfolgt eine Umstrukturierung der Speiseleitung 10, 14.
  • Die Koplanarleitung 14 wird mittels einer ersten Durchkontaktierungseinrichtung 15 auf eine zweite Streifenleitung 16 geführt, welche im Substrat 11 eingebettet ist. Die eingebettete Streifenleitung 16 verläuft vorzugsweise parallel zur ersten Streifenleitung und ebenfalls parallel zur ersten Massefläche 12. Die Durchkontaktierungseinrichtung 15 zwischen der Koplanarleitung 14 und der eingebetteten Streifenleitung 16 ist elektrisch leitend und weist vorzugsweise ein Metall auf, wobei diese Durchkontaktierungseinrichtung 15 vorzugsweise lotrecht verläuft. Das freilaufende Ende 16' der eingebetteten Streifenleitung 16 liegt im Bereich einer Koppelöffnung 17 bzw. eines Koppelschlitzes, welcher sich in einer zweiten Massefläche 18 auf der Oberfläche des Substrats 11 im wesentlichen parallel zur ersten Massefläche 12 befindet. Über der Kopplungsöffnung 17 ist im wesentlichen parallel zur zweiten Massefläche 18 eine Koppeleinrichtung, vorzugsweise ein Antennen-Patch-Element 19, vorgesehen, welches über die Koppelöffnung 17 mit der eingebetteten Leitung 16 elektromagnetisch verkoppelt ist. Der Koppelschlitz 17 ist quer zur Leitung 16, ähnlich einem Kreuz, ausgerichtet, über welchem sich das vorzugsweise rechteckförmige Patch-Element mit seinen Kanten jeweils parallel dazu ausrichtet erstreckt.
  • Die zweite Massefläche 18 ist mit der ersten Massefläche 12 über eine Durchkontaktierungseinrichtung 20, vorzugsweise aus mehreren diskreten Durchkontaktierungselementen 20', elektrisch leitend verbunden. Die zweite Massefläche 18 erstreckt sich vorzugsweise in Längsrichtung parallel der Streifenleitung 10, 16 bis über die Erstreckung des Patch-Antennen-Elements 19 und in der anderen Richtung bis über den Übergangsbereich 13 zwischen der Streifenleitung 10 und der Koplanarleitung 14. Im Bereich dieses Übergangs 13 weist die zweite Massefläche 18 einen vorzugsweise trichterförmigen Einschnitt bzw. eine trichterförmige Ausnehmung auf und umgibt den Übergang 13, die Koplanarleitung 14 und den Bereich der Durchkontaktierung 15, ohne die jeweiligen Einrichtungen elektrisch zu kontaktieren.
  • Die diskreten Durchkontaktierungselemente 20' zwischen der ersten Massefläche 12 und der zweiten Massefläche 18 weisen vorzugsweise ebenfalls eine trichterförmige Anordnung auf, welche in etwa der Gestalt des trichterförmigen Einschnitts in der zweiten Massenfläche 18 entspricht. Ein diskretes Durchkontaktierungselement 20' ist beispielsweise rund und/oder zylinderförmig lotrecht zwischen der ersten Massefläche 12 und der zweiten Massefläche 18 vorgesehen. Darüber hinaus ist die Durchkontaktierungseinrichtung 20 zwischen den Masseflächen 12, 18 vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer gedachten Spiegelebene durch die Mitte der Streifenleitung 10 bzw. der Koplanarleitung 14 vorgesehen. Auch eine durchgängige elektrisch leitende Wand als Kontaktierungseinrichung 20 zwischen den Masseflächen 12 und 18 ist vorstellbar, welche beispielsweise entlang der dann substituierten Kontaktierungselemente 20' verlaufen könnte.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Längsschnittsansicht zur Erläuterung der Ausführungsform gemäß Fig. 1.
  • In Fig. 2 ist ein Längsschnitt entlang der Mitte der Streifenleitung 10 bzw. der Koplanarleitung 14 dargestellt. Auf dem Substrat 11 ist eine Streifenleitung 10 vorgesehen, welche in einem Übergangsbereich 13 auf die Koplanarleitung 14 übergeht. Diese Koplanarleitung 14 ist über eine elektrisch leitende Durchkontaktierung 15 mit einer Streifenleitung 16 verbunden, welche sich im Substrat 11 eingebettet parallel zur Streifenleitung 10 und zu einer ersten Massefläche 12 erstreckt. Im Bereich der Durchkontaktierungseinrichtung 15 zwischen der Koplanarleitung 14 und der Streifenleitung 16 endet die Koplanarleitung 14 und die Streifenleitung 16 beginnt. Am anderen Endabschnitt 16' der Streifenleitung 16 befindet sich an der Oberfläche des Substrats 11 in der Ebene der ersten Streifenleitung 10 eine zweite Massefläche 18 mit einer Kopplungsöffnung 17.
  • Der Abstand zwischen der Kopplungsöffnung 17 und dem Ende 16' der eingebetteten Streifenleitung 16 in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Streifenleitung 16 betrachtet, beträgt vorzugsweise in etwa ein viertel der Wellenlänge des über die Speiseleitung 10, 13, 14, 15 und 16 zu übertragenden hochfrequenten Signals. Bei einem Abstand von λ/4 der Signalwellenlänge zwischen dem Ende 16', der Streifenleitung 16 und der Öffnung 17 in der Massefläche 18 erfolgt eine maximale Kopplung und der Planarstrahler 19 bzw. die Kopplungseinrichtung wird maximal angeregt.
  • Die Durchkontaktierungseinrichtung 20 zwischen der ersten Massefläche 12 und der zweiten Massefläche 18 ist in Fig. 2 nur exemplarisch dargestellt, um eine vorhandene Verbindung zwischen beiden Flächen 18 und 12 zu verdeutlichen (eine Entsprechung in Figur 1 an vergleichbarer Stelle ist nicht dargestellt). Obwohl die erste Massefläche 12 eine Begrenzung des Substrats 11 nach unten hin, d. h. in vertikaler Richtung zu begründen scheint, besteht durchaus die Möglichkeit, dass das Substrat 11 auch unterhalb der Massefläche 12 vorgesehen ist und insgesamt ein mehrschichtiger Aufbau bzw. eine mehrschichtige Struktur vorhanden ist.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Detailansicht in Draufsicht zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 2.
  • In Fig. 3 ist in erster Linie der Übergang 13 von der Streifenleitung 10 auf der Oberfläche des Substrats in die Koplanarleitung 14 auf der Oberfläche des Substrats 11 dargestellt. Dieser Übergang 13, welcher vorzugsweise einen konischen Verlauf aufweist, ist vorzugsweise in einem trichterförmigen Schlitz bzw. einer trichterförmigen Ausnehmung der zweiten Massefläche 18 vorgesehen, welche über die Durchkontaktierungseinrichtung 20 bzw. die diskreten Durchkontaktierungselemente 20' mit der in Fig. 3 nicht dargestellten ersten Massefläche 12 verbunden ist. Auch die vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur Koplanar- bzw. Streifenleitung 10 angeordneten Durchkontaktierungselemente 20' sind trichterförmig angeordnet.
  • Wird vor der Durchkontaktierung 15 in die vergrabene Ebene 16 von einer Mikrostreifenleitung 10 auf eine Koplanarleitung 14 mittels des Übergangs 13 gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 gewechselt, so wird die HF-Energie überwiegend im Schlitz der Koplanarleitung 14 geführt. Dadurch wird nach der Durchkontaktierung 15 in die eingebettete Leitung 16 die HF-Energie bei der verwendeten asymmetrischen Streifenleitung hauptsächlich zwischen der oberen Massefläche 18 (mit Koppelschlitz 17) und der vergrabenen Leitung 16 geführt. Somit kann die HF-Energie leichter über den Koppelschlitz 17 ausgekoppelt werden und der Antennengewinn und der Antennenwirkungsgrad steigt. Die Funktionsweise der Antenne wird mittels des zwischengeschalteten Koplanarübergangs 10, 13, 14 in erster Linie deshalb verbessert, weil die Bezugsmasse für das HF-Signal von der unteren Massefläche 12 auf die obere Massefläche 18 ohne unstetigen Übergang verlaufen kann. Dadurch wird verhindert, dass die HF-Energie im Substrat 11 verbleibt und nicht abgestrahlt werden kann.
  • Insbesondere Materialien wie das keramische Substratmaterial LTCC sind beispielhaft zu sehen. Darüber hinaus ist auch die angesprochene Trichterform der Ausnehmung in der zweiten Massefläche im Bereich des Übergangs zwischen der Streifenleitung und der Koplanarleitung beispielhaft und ein in Draufsicht betrachteter runder Übergang ist ebenfalls vorstellbar.

Claims (9)

  1. Hochfrequenz-Signalübertrager mit:
    einer ersten Streifenleitung (10) an der Oberfläche eines dielektrischen Substrats (11) zum Bereitstellen eines Signals;
    einer zweiten Streifenleitung (16) im dielektrischen Substrat (11) zur Aus- und/oder Einkopplung eines Hochfrequenz-Signals;
    einer ersten Durchkontaktierungseinrichtung (15) im Substrat (11) zum Bereitstellen einer leitfähigen Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Streifenleitung (10; 16);
    einer ersten Massefläche (12) im wesentlichen parallel zur Mikrostreifenleitung (10) als untere Begrenzungsfläche des Substrats (11) in vertikaler Richtung zum Bereitstellen einer Abschirmung;
    einer zweiten Massefläche (18) im wesentlichen parallel zur ersten Massefläche (12) zumindest im Bereich über der zweiten Streifenleitung (16) auf dem Substrat (11) zum Bereitstellen einer Abschirmung;
    einer Kopplungsöffnung (17) in der zweiten Massefläche (18) zum Abstrahlen hochfrequenter Energie;
    einer planaren Kopplungseinrichtung (19) über und im wesentlichen parallel zur Kopplungsöffnung (17); und
    einer zweiten Durchkontaktierungseinrichtung (20) zwischen der ersten Massefläche (12) und der zweiten Massefläche (18) im Bereich benachbart der ersten Durchkontaktierungseinrichtung (15).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Substrat (11) ein keramisches Material, vorzugsweise low temperature cofired ceramic (LTCC), aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Substrat (11) eine hohe Dielektrizitätszahl, insbesondere größer als 4, aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Streifenleitung (10) benachbart der ersten Durchkontaktierung (15) in eine Koplanarleitung (14) übergeht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Durchkontaktierungseinrichtung (20) mehrere diskrete Durchkontaktierungselemente (20') aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die diskreten Durchkontaktierungselemente (20') im Bereich der ersten Durchkontaktierungseinrichtung (15) senkrecht zur zweiten Massefläche (18) betrachtet trichterförmig angeordnet sind, wobei die zweite Massefläche (18) in diesem Bereich ebenfalls eine trichterförmige Ausnehmung aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Streifenleitung (10) benachbart der ersten Durchkontaktierung (15) von der zweiten Massefläche (18) umgeben ist, ohne diese zu kontaktieren.
  8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die zweite Streifenleitung (16) einen geringeren Abstand zu der zweiten Massefläche (18) aufweist als zu der ersten Massefläche (12).
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Ende (16') der zweiten Streifenleitung (16) in longitudinaler Richtung in etwa einen Abstand von einer viertel Wellenlänge der Nutzsignalwelle auf der Streifenleitung zur Kopplungsöffnung (17) aufweist.
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