EP1786059B1

EP1786059B1 - Coupling element for electromagnetically coupling of at least two lines of a transmission line

Info

Publication number: EP1786059B1
Application number: EP06023186A
Authority: EP
Inventors: Samir El Rai; Ralf Dr. Tempel
Original assignee: Atmel Duisburg GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2026-11-08
Also published as: EP1786059A1; DE102005054348B3; DE502006003165D1; US7760047B2; US20070109072A1; CN101060188A

Description

Die Erfindung betrifft eine Transmissionsleitung mit einem Kopplungselement zur elektromagnetischen Kopplung von mindestens zwei Leitern der Transmissionsleitung, wobei die Transmissionsleitung differentiell ausgebildet ist.The invention relates to a transmission line with a coupling element for the electromagnetic coupling of at least two conductors of the transmission line, wherein the transmission line is formed differentially.

Aus der US 2,935,705 , als nächstliegender Stand der Technik, ist eine Phasenschiebervorrichtung zum Phasenschieben für eine symmetrische Transmissionsleitung bekannt, die über einen Bereich der Phasenschiebung eine im Wesentlichen konstante Impedanz aufweist. Zur Einstellung der Phasenschiebung ist der Eingriff von Platten einer Kapazität durch Drehung veränderbar.From the US 2,935,705 As the closest prior art, a phase shifter for phase shifting is known for a balanced transmission line having a substantially constant impedance over a range of phase shift. To adjust the phase shift, the engagement of plates of a capacitance is variable by rotation.

Aus der US 4,121,182 ist ein Filter mit einem Kopplungselement zur Kopplung zwischen zwei unsymmetrischen Transmissionsleitungen bekannt, dass einen ersten Streifen und einen zweiten Streifen auf einem dielektrischen Substrat aufweist, deren Enden sich gegenüberstehen. Die Enden werden mit einem Varaktor und einer Kapazität miteinander verbunden.From the US 4,121,182 For example, a filter having a coupling element for coupling between two unbalanced transmission lines is known, which has a first strip and a second strip on a dielectric substrate, the ends of which face each other. The ends are connected together with a varactor and a capacitor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Transmissionsleitung mit einem Kopplungselement möglichst zu verbessern.Object of the present invention is to improve a transmission line with a coupling element as possible.

Diese Aufgabe wird mit einer differentiellen Transmissionsleitung mit einem Kopplungselement dadurch gelöst, dass das Kopplungselement mindestens einen ersten als Transmissionsleitungsabschnitt ausgebildeten Schenkel aufweist, der dem ersten Leiter der differentiellen Transmissionsleitung zur elektromagnetischen Kopplung zugeordnet ist, und einen zweiten als Transmissionsleitungsabschnitt ausgebildeten Schenkel, der dem zweiten Leiter der differentiellen Transmissionsleitung zur elektromagnetischen Kopplung zugeordnet ist, und dass das mindestens eine diskrete Bauelement zur Verbindung des ersten Schenkels mit dem zweiten Schenkel vorgesehen ist.This object is achieved with a differential transmission line with a coupling element in that the coupling element has at least one first leg formed as a transmission line section, which is associated with the first conductor of the differential transmission line for electromagnetic coupling, and a second leg formed as a transmission line section, the second conductor the differential transmission line is assigned to the electromagnetic coupling, and that the at least one discrete component is provided for connecting the first leg to the second leg.

Die erfindungsgemäße Verwendung von als Transmissionsleitungsabschnitt ausgebildeten Schenkeln ermöglicht das Vorsehen einer kapazitiven Kopplung wie auch einer induktiven Kopplung zwischen den Leitern der Transmissionsleitung, wobei der jeweilige Kopplungsgrad durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung der Transmissionsleitungsabschnitte in weiten Bereichen veränderbar ist. Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung von Transmissionsleitungsabschnitten bei dem Kopplungselement daher einen vergrößerten Abstimmungsbereich hinsichtlich der elektromagnetischen Kopplung der Leiter der Transmissionsleitung.The inventive use of trained as a transmission line section legs allows the provision of a capacitive coupling as well as an inductive coupling between the conductors of the transmission line, wherein the respective Coupling can be varied by a corresponding geometric configuration of the transmission line sections in a wide range. Overall, the use according to the invention of transmission line sections in the coupling element therefore enables an enlarged tuning range with regard to the electromagnetic coupling of the conductors of the transmission line.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das diskrete Bauelement als resistives oder kapazitives Bauelement ausgebildet. Ganz besonders vorteilhaft weist ein als kapazitives Bauelement ausgebildetes diskretes Bauelement eine steuerbare Kapazität auf, so dass die kapazitive Kopplung zwischen den Schenkeln des erfindungsgemäßen Kopplungselements durch Einstellung der Kapazität des kapazitiven Bauelements bestimmbar ist. Hierbei ergibt sich gleichzeitig sehr vorteilhaft auch eine Änderung der induktiven Kopplung zwischen den Schenkeln des erfindungsgemäßen Kopplungselements. Ebenso ist bei einem steuerbaren resistiven Bauelement die Möglichkeit gegeben, einen Stromfluss zwischen den Schenkeln des erfindungsgemäßen Kopplungselements zu beeinflussen, wodurch ebenfalls die induktive Kopplung zwischen den Leitern der Transmissionsleitung verändert wird.In a particularly advantageous embodiment of the present invention, the discrete component is designed as a resistive or capacitive component. In a particularly advantageous embodiment, a discrete component designed as a capacitive component has a controllable capacitance, so that the capacitive coupling between the legs of the Coupling element according to the invention can be determined by adjusting the capacitance of the capacitive device. At the same time, this results in a very advantageous change of the inductive coupling between the legs of the coupling element according to the invention. Likewise, in the case of a controllable resistive component, it is possible to influence a current flow between the legs of the coupling element according to the invention, whereby the inductive coupling between the conductors of the transmission line is likewise changed.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das diskrete Bauelement als Kapazitätsdiode oder als Transistor, insbesondere als Feldeffekttransistor ausgebildet. Generell ist es möglich, jedes elektrische Bauelement zur Kopplung der Schenkel des Kopplungselements zu verwenden, das eine steuerbare Kapazität oder auch einen steuerbaren Ohmwiderstand aufweist. Eine konfigurierbare Kondensatormatrix (CDAC) ist ebenfalls zur Kopplung der Schenkel einsetzbar. Die Verwendung eines nicht steuerbaren kapazitiven oder induktiven Bauelements ist ebenfalls möglich.In a further advantageous embodiment of the present invention, the discrete component is designed as a capacitance diode or as a transistor, in particular as a field effect transistor. In general, it is possible to use any electrical component for coupling the legs of the coupling element, which has a controllable capacitance or a controllable ohmic resistance. A configurable capacitor array (CDAC) can also be used to couple the legs. The use of a non-controllable capacitive or inductive component is also possible.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jeder Schenkel des Kopplungselements mindestens einen parallel zu dem ersten Leiter beziehungsweise dem zweiten Leiter der Transmissionsleitung verlaufenden ersten Abschnitt auf. Dieser erste Abschnitt dient insbesondere zur Herstellung einer induktiven Kopplung des Kopplungselements beziehungsweise des betreffenden Schenkels des Kopplungselements mit demjenigen Leiter der Transmissionsleitung, dem der betreffende Schenkel des Kopplungselements zugeordnet ist. Der gewünschte Kopplungsgrad kann in an sich bekannter Weise durch eine Wahl des Abstands zwischen dem Leiter und dem ersten Abschnitt des Schenkels des Kopplungselements, durch die Länge des ersten Abschnitts oder durch weitere die Geometrie des Kopplungselements bestimmende Faktoren beeinflusst werden.In a further very advantageous embodiment of the present invention, each leg of the coupling element has at least one first section extending parallel to the first conductor or the second conductor of the transmission line. This first section is used in particular for producing an inductive coupling of the coupling element or the respective leg of the coupling element with that conductor of the transmission line to which the leg of the coupling element in question is associated. The desired degree of coupling can be influenced in a manner known per se by a selection of the distance between the conductor and the first section of the leg of the coupling element, by the length of the first section or by further factors determining the geometry of the coupling element.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass jeder Schenkel des Kopplungselements mindestens einen, vorzugsweise senkrecht zu dem ersten Abschnitt verlaufenden zweiten Abschnitt aufweist. Derartige senkrecht zu dem ersten Abschnitt verlaufende zweite Abschnitte haben ihrerseits einen Einfluss auf die induktive Kopplung der Leiter der Transmissionsleitung, dienen vorwiegend jedoch auch zur Beeinflussung der kapazitiven Kopplung zwischen den Leitern der Transmissionsleitung.A further very advantageous embodiment of the present invention provides that each leg of the coupling element has at least one second section, preferably perpendicular to the first section. Such perpendicular to the first section extending second sections in turn have an influence on the inductive Coupling of the conductors of the transmission line, but mainly serve to influence the capacitive coupling between the conductors of the transmission line.

Einerseits tragen die senkrecht zu den ersten Abschnitten verlaufenden zweiten Abschnitte direkt zur kapazitiven Kopplung der Schenkel des Kopplungselements und damit auch zur kapazitiven Kopplung zwischen den Leitern der Transmissionsleitung bei, und andererseits dienen die zweiten Abschnitte des erfindungsgemäßen Kopplungselements einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zufolge zur Kontaktierung des beziehungsweise der diskreten Bauelemente, die die beiden Schenkel des Kopplungselements miteinander verbinden.On the one hand, the second sections extending perpendicularly to the first sections contribute directly to the capacitive coupling of the legs of the coupling element and thus also to the capacitive coupling between the conductors of the transmission line, and on the other hand serve the second sections of the coupling element according to another particularly advantageous embodiment of the present invention for contacting the discrete or the components that connect the two legs of the coupling element together.

Die erfindungsgemäße Transmissionsleitung kann eines oder mehrere Kopplungselemente aufweisen und ist damit in weiten Bereichen hinsichtlich ihrer Ausbreitungskonstante beziehungsweise ihres Wellenwiderstands abstimmbar.The transmission line according to the invention can have one or more coupling elements and is thus tunable in a wide range with respect to their propagation constant or their characteristic impedance.

Ganz besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transmissionsleitung vorgesehen, dass die Transmissionsleitung und das oder die Kopplungselemente monolithisch in eine integrierte Schaltung integriert sind.In a further embodiment of the transmission line according to the invention, it is quite particularly advantageous for the transmission line and the coupling element or elements to be monolithically integrated into an integrated circuit.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transmissionsleitung ist vorgesehen, dass die Transmissionsleitung in einer ersten Metallisierungsebene der integrierten Schaltung angeordnet ist, und dass mindestens ein Kopplungselement in einer weiteren Metallisierungsebene der integrierten Schaltung angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Schenkel des erfindungsgemäßen Kopplungselements beispielsweise direkt unterhalb beziehungsweise oberhalb eines Leiters der in einer anderen Metallisierungsebene realisierten Transmissionsleitung anzuordnen, wodurch beispielsweise der zwischen den Leitern der Transmissionsleitung vorzusehende Abstand verringert werden kann, und wodurch gleichzeitig eine zusätzliche kapazitive Kopplungskomponente zwischen dem Schenkel des Kopplungselements und dem Leiter der Transmissionsleitung auftritt.In another advantageous embodiment of the transmission line according to the invention it is provided that the transmission line is arranged in a first metallization of the integrated circuit, and that at least one coupling element is arranged in a further metallization of the integrated circuit. In this way it is possible, for example, the legs of the coupling element according to the invention directly below or above a conductor to arrange the transmission line realized in another metallization level, whereby, for example, the distance to be provided between the conductors of the transmission line can be reduced and at the same time an additional capacitive coupling component occurs between the leg of the coupling element and the conductor of the transmission line.

Alternativ zu der vorstehend genannten Ausführungsform ist es ferner möglich, sowohl die Transmissionsleitung selbst als auch das beziehungsweise die erfindungsgemäßen Kopplungselemente in derselben Metallisierungsebene einer integrierten Schaltung anzuordnen, so dass insbesondere die ersten Abschnitte der Schenkel des Kopplungselements und die jeweiligen Leiter der Transmissionsleitung einen lateralen Abstand voneinander aufweisen.As an alternative to the above-mentioned embodiment, it is also possible to arrange both the transmission line itself and the coupling element or elements according to the invention in the same metallization level of an integrated circuit, so that in particular the first sections of the legs of the coupling element and the respective conductors of the transmission line a lateral distance from each other exhibit.

Insgesamt kann das erfindungsgemäße Kopplungselement sowohl mit herkömmlichen Transmissionsleitungen wie beispielsweise Mikrostreifenleitungen oder dergleichen eingesetzt werden, die auf einem hierfür vorgesehenen Substrat angeordnet sind, als auch mit Transmissionsleitungen, die monolithisch in integrierte Schaltungen integriert sind.Overall, the coupling element according to the invention can be used both with conventional transmission lines such as microstrip lines or the like, which are arranged on a substrate provided therefor, as well as with transmission lines which are monolithically integrated into integrated circuits.

Bei geeigneter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kopplungselements ist es im Gegensatz zu herkömmlichen Kopplungselementen ferner möglich, eine gleichsinnige Abstimmbarkeit einer induktiven und einer kapazitiven Kopplungskomponente zu erzielen, wodurch sich zwar eine Ausbreitungskonstante der mit dem beziehungsweise den Kopplungselementen versehenen Transmissionsleitung ändert, nicht jedoch der Wellenwiderstand dieser Transmissionsleitung. Sofern eine erfindungsgemäße Transmissionsleitung mit hinreichend vielen Kopplungselementen ausgestattet ist, kann der gesamte Abschnitt dieser Transmissionsleitung in der vorstehend beschriebenen Weise hinsichtlich seiner Ausbreitungskonstante geändert werden.In a suitable embodiment of the coupling element according to the invention, it is also possible, in contrast to conventional coupling elements, to achieve a co-tunability of an inductive and a capacitive coupling component, whereby a propagation constant of the transmission line provided with the coupling element or elements changes, but not the characteristic impedance of this transmission line. If a transmission line according to the invention is equipped with a sufficient number of coupling elements, the entire section of this transmission line can be changed in the manner described above with respect to its propagation constant.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Kopplungselements weist mindestens einer der Schenkel des Kopplungselements mehrere vorzugsweise parallel zu einem Leiter der Transmissionsleitung verlaufende erste Abschnitte auf, die wahlweise untereinander verbindbar sind, beispielsweise durch steuerbare kapazitive oder resistive Bauelemente. Auf diese Weise ist vorwiegend der Grad einer induktiven Kopplung zwischen dem entsprechenden Leiter der Transmissionsleitung und dem Kopplungselement beeinflussbar. Durch eine alleinige Veränderung dieser induktiven Kopplung können - analog zu der Veränderung einer kapazitiven Kopplung - die Ausbreitungskonstante bzw. der Wellenwiderstand der Transmissionsleitung verändert werden.In a further very advantageous variant of the coupling element according to the invention, at least one of the legs of the coupling element has a plurality of first sections preferably parallel to a conductor of the transmission line, which can be selectively connected to one another, for example by controllable capacitive or resistive elements Components. In this way, predominantly the degree of inductive coupling between the corresponding conductor of the transmission line and the coupling element can be influenced. By merely changing this inductive coupling, the propagation constant or the characteristic impedance of the transmission line can be changed analogously to the change in a capacitive coupling.

Darüberhinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Kopplungselement durch eine gegensinnige Abstimmung einer induktiven und einer kapazitiven Kopplungskomponente die Möglichkeit gegeben, zwar den Wellenwiderstand der mit dem beziehungsweise den Kopplungselementen versehenen Transmissionsleitung zu ändern, nicht jedoch die Ausbreitungskonstante dieser Transmissionsleitung. Sofern eine erfindungsgemäße Transmissionsleitung mit hinreichend vielen Kopplungselementen ausgestattet ist, kann der gesamte Abschnitt dieser Transmissionsleitung in der vorstehend beschriebenen Weise hinsichtlich seines Wellenwiderstands geändert werden.Moreover, in the coupling element according to the invention by an opposite vote of an inductive and a capacitive coupling component given the opportunity, although to change the characteristic impedance of the provided with the coupling element or the transmission line, but not the propagation constant of this transmission line. If a transmission line according to the invention is equipped with a sufficient number of coupling elements, the entire section of this transmission line can be changed in terms of its characteristic impedance in the manner described above.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments of the invention are shown.

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1a: eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements,
Figur 1b: eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements,
Figur 2a: eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements, und
Figur 2b: eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements.

In the drawing shows:

FIG. 1a: a first embodiment of the coupling element according to the invention,
FIG. 1b: a second embodiment of the coupling element according to the invention,
FIG. 2a: a third embodiment of the coupling element according to the invention, and
FIG. 2b: A fourth embodiment of the coupling element according to the invention.

Figur 1a zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements 10a, das zwischen zwei Leitern 20a, 20b einer Transmissionsleitung angeordnet ist, um diese miteinander elektromagnetisch zu verkoppeln und damit die Eigenschaften der Transmissionsleitung zu verändern. Von den beiden Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung sind jeweils nur diejenigen Abschnitte in Figur 1a sowie in den weiteren Figuren dargestellt, die sich unmittelbar im Bereich des Kopplungselements befinden. FIG. 1a shows a first embodiment of the coupling element 10a according to the invention, which is arranged between two conductors 20a, 20b of a transmission line to this Electromagnetically coupled to each other and thus to change the properties of the transmission line. Of the two conductors 20a, 20b of the transmission line only those sections are in FIG. 1a and shown in the further figures, which are located directly in the region of the coupling element.

Das erfindungsgemäße Kopplungselement 10a weist wie aus Figur 1a ersichtlich, einen ersten Schenkel 11a auf, der dem Leiter 20a der Transmissionsleitung zugeordnet ist. Ferner weist das erfindungsgemäße Kopplungselement 10a einen zweiten Schenkel 11b auf, der dem zweiten Leiter 20b der Transmissionsleitung zugeordnet ist. Beide Schenkel 11a, 11b sind erfindungsgemäß als Transmissionsleitungsabschnitt ausgebildet und ermöglichen damit eine im Vergleich zu herkömmlichen Kopplungselementen verbesserte induktive sowie kapazitive Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung.The coupling element 10a according to the invention has as shown FIG. 1a can be seen, a first leg 11a, which is associated with the conductor 20a of the transmission line. Furthermore, the coupling element 10a according to the invention has a second leg 11b, which is assigned to the second conductor 20b of the transmission line. Both legs 11a, 11b are designed according to the invention as a transmission line section and thus allow an improved compared to conventional coupling elements inductive and capacitive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line.

Besonders vorteilhaft weist jeder Schenkel 11a, 11b des Kopplungselements 10a einen ersten Abschnitt 11a' beziehungsweise 11b' auf, der vorzugsweise parallel zu dem ersten Leiter 20a beziehungsweise zu dem zweiten Leiter 20b der Transmissionsleitung angeordnet ist und damit eine besonders gute induktive Kopplung zwischen dem erfindungsgemäßen Kopplungselement 10a und den jeweiligen Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung bewirkt.Particularly advantageously, each leg 11a, 11b of the coupling element 10a has a first section 11a 'or 11b', which is preferably arranged parallel to the first conductor 20a or to the second conductor 20b of the transmission line and thus a particularly good inductive coupling between the coupling element according to the invention 10a and the respective conductors 20a, 20b of the transmission line.

Darüber hinaus weist jeder Schenkel 11a, 11b bei der in Figur 1a abgebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements zwei jeweils senkrecht zu dem ersten beziehungsweise zweiten Abschnitt 11a', 11b' verlaufende zweite Abschnitte 11a", 11b" auf, die einerseits eine kapazitive Kopplung zwischen den Schenkeln 11a, 11b des Kopplungselements 10a bewirken, und die andererseits zur Verbindung der beiden Schenkel 11a, 11b beziehungsweise der betreffenden zweiten Abschnitte 11a", 11b" beider Schenkel 11a, 11b untereinander jeweils mit einem kapazitiven Bauelement 12a, 12b verbunden sind.In addition, each leg 11a, 11b at the in FIG. 1a shown embodiment of the coupling element according to the invention two respectively perpendicular to the first and second portion 11a ', 11b' extending second portions 11a ", 11b" on the one hand cause a capacitive coupling between the legs 11a, 11b of the coupling element 10a, and the other for connection of the two legs 11a, 11b or of the respective second sections 11a ", 11b" of both legs 11a, 11b are connected to each other in each case with a capacitive component 12a, 12b.

Bei den kapazitiven Bauelementen 12a, 12b handelt es sich in dem vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel um steuerbare kapazitive Elemente wie beispielsweise Kapazitätsdioden, deren Kapazität über das Anlegen einer entsprechenden Gleichspannung an die Steuerleitung 12c gesteuert werden kann.In the embodiment described here, the capacitive components 12a, 12b are controllable capacitive elements such as, for example, capacitance diodes, whose capacitance is reached by applying a corresponding DC voltage to the capacitors Control line 12c can be controlled.

Sehr vorteilhaft kann bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Figur 1a sowohl die induktive als auch die kapazitive Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung allein durch Verändern der Kapazität der steuerbaren Kapazitäten 12a, 12b erreicht werden. Beispielsweise kann durch eine Verkleinerung der Kapazität der Elemente 12a, 12b auch direkt die induktive Kopplung zwischen den Schenkeln 11a, 11b und damit auch zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung beeinflusst werden, da sich durch die Veränderung der Kapazität der Wechselstromwiderstand der Elemente 12a, 12b entsprechend verändert.Very advantageous in accordance with the embodiment of the invention FIG. 1a both the inductive and the capacitive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line can be achieved solely by changing the capacitance of the controllable capacitors 12a, 12b. For example, by reducing the capacitance of the elements 12a, 12b directly also the inductive coupling between the legs 11a, 11b and thus also between the conductors 20a, 20b of the transmission line can be influenced, since the change in the capacitance of the AC resistance of the elements 12a, 12b changed accordingly.

Gleichzeitig verändert sich bei einer Änderung der Kapazitäten der Elemente 12a, 12b auch die kapazitive Kopplung zwischen den Schenkeln 11a, 11b. So nimmt in dem in Figur 1a abgebildeten Ausführungsbeispiel die kapazitive Kopplung durch Verringerung der Kapazität der Elemente 12a, 12b ebenfalls ab, so dass sich insgesamt eine Verringerung der kapazitiven Kopplung und der induktiven Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung ergibt.At the same time, if the capacitances of the elements 12a, 12b change, the capacitive coupling between the legs 11a, 11b also changes. So takes in the in FIG. 1a In the embodiment shown, the capacitive coupling by reducing the capacitance of the elements 12a, 12b also from, so that an overall reduction of the capacitive coupling and the inductive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line results.

Der Wellenwiderstand einer als verlustlos angenommenen Transmissionsleitung ist proportional zu der Wurzel aus dem Quotienten zwischen einem Induktivitätsbelag L' der Transmissionsleitung und einem Kapazitätsbelag C' der Transmissionsleitung, das heißt, $Z \propto \sqrt{\frac{L^{'}}{C^{'}}} .$

The characteristic impedance of a transmission line assumed to be lossless is proportional to the root of the quotient between an inductance covering L 'of the transmission line and a capacitance covering C' of the transmission line, that is,

Z α \sqrt{\frac{L^{'}}{C^{'}}},

Für die Ausbreitungskonstante γ einer als verlustlos angenommenen Transmissionsleitung gilt entsprechend: $γ \propto \sqrt{L^{'} C^{'}} .$

For the propagation constant γ of a transmission line assumed to be lossless, the following applies accordingly:

γ α \sqrt{L^{'} C^{'}},

Dementsprechend ergibt sich bei einer gleichsinnigen Verringerung der kapazitiven und induktiven Kopplung der Leitungen 20a, 20b der Transmissionsleitung, wie sie vorstehend beschrieben ist, und die mit einer entsprechenden Änderung eines Induktivitätsbelags L' beziehungsweise eines Kapazitätsbelags C' des mit dem Kopplungselement 10a versehenen Transmissionsleitungsabschnitts korrespondiert, keine Änderung des Wellenwiderstands des entsprechenden Transmissionsleitungsabschnitts. Allerdings ändert sich die Ausbreitungskonstante γ des entsprechenden Transmissionsleitungsabschnitts entsprechend der oben angegebenen Formel; das heißt im vorliegenden Beispiel verringert sich der Wert der Ausbreitungskonstante γ, während der Wellenwiderstand Z konstant bleibt.Accordingly, with a reduction in the same direction of the capacitive and inductive coupling of the lines 20a, 20b of the transmission line, as described above and corresponding to a corresponding change in an inductance pad L 'or a capacitance pad C' of the transmission line section provided with the coupling element 10a, does not change the characteristic impedance of the corresponding transmission line section. However, the propagation constant γ of the corresponding transmission line section changes according to the formula given above; that is, in the present example, the value of the propagation constant γ decreases while the characteristic impedance Z remains constant.

Entsprechend kann durch eine Steigerung der Kapazitäten der Elemente 12a, 12b auch eine Steigerung der induktiven und kapazitiven Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung und damit eine Vergrößerung des Werts der Ausbreitungskonstante γ erzielt werden, während der Wellenwiderstand Z des mit dem Kopplungselement 10a versehenen Transmissionsleitungsabschnitts im Wesentlichen unverändert bleibt.Accordingly, by increasing the capacitances of the elements 12a, 12b, an increase of the inductive and capacitive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line and thus an increase in the value of the propagation constant γ can be achieved, while the characteristic impedance Z of the coupling element 10a is provided Transmission line section remains essentially unchanged.

Figur 1b zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kopplungselements 10b, dessen Schenkel 11a, 11b denselben Aufbau aufweisen wie die Schenkel des in Figur 1a abgebildeten Kopplungselements 10a. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Figur 1a sind die Schenkel 11a, 11b des Kopplungselements 10b gemäß Figur 1b untereinander jedoch mit als Feldeffekttransistoren 13a, 13b ausgebildeten steuerbaren resistiven Elementen versehen, deren Ohmwiderstand über ein Steuersignal 13c eingestellt werden kann. Durch eine entsprechende Auswahl des Ohmwiderstands der resistiven Elemente 13a, 13b kann somit direkt eine induktive Kopplung zwischen den Schenkeln 11a, 11b des Kopplungselements 10b und damit auch die induktive Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung beeinflusst werden. FIG. 1b shows a further embodiment of the coupling element 10b according to the invention, the legs 11a, 11b have the same structure as the legs of in FIG. 1a illustrated coupling element 10a. Unlike the embodiment according to FIG. 1a are the legs 11a, 11b of the coupling element 10b according to FIG. 1b provided with each other, however, as a field effect transistors 13a, 13b formed controllable resistive elements whose ohmic resistance can be adjusted via a control signal 13c. By an appropriate selection of the ohmic resistance of the resistive elements 13a, 13b, an inductive coupling between the legs 11a, 11b of the coupling element 10b and thus also the inductive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line can thus be directly influenced.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 2a abgebildet. Bei dieser Erfindungsvariante weist das Kopplungselement 10c ebenso wie die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen einen ersten Abschnitt 11a', 11b' auf, der sich im Wesentlichen parallel zu dem jeweiligen Leiter 20a, 20b der Transmissionsleitung erstreckt und damit insbesondere eine induktive Kopplung zwischen den Schenkeln 11a, 11b realisiert.Another embodiment of the invention is in FIG. 2a displayed. In this variant of the invention, the coupling element 10c as well as the two embodiments described above on a first portion 11a ', 11b', which extends substantially parallel to the respective conductor 20a, 20b of the transmission line and thus in particular an inductive coupling between the legs 11a, 11b realized.

Eine kapazitive Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b sowie den ersten Abschnitten 11a', 1 1b' ist ebenfalls gegeben.A capacitive coupling between the conductors 20a, 20b and the first sections 11a ', 1 1b 'is also given.

Im Unterschied zu den in den Figuren 1a, 1b gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die in Figur 2a abgebildete Variante des Kopplungselements 10c je Schenkel 11a, 11b nur einen zweiten Abschnitt 11a", 11b" auf, der sich vorzugsweise etwa senkrecht zu dem jeweiligen ersten Abschnitt 11a', 11b' erstreckt.Unlike the ones in the FIGS. 1a, 1b shown embodiments of the present invention, the in FIG. 2a illustrated variant of the coupling element 10c each leg 11a, 11b only a second portion 11a ", 11b", which preferably extends approximately perpendicular to the respective first portion 11a ', 11b'.

Auch bei der in Figur 2a abgebildeten Erfindungsvariante ist eine Verbindung der zweiten Abschnitte 11a", 11b" durch ein kapazitives Element 12a mit einer steuerbaren Kapazität realisiert, die durch das Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung an den Anschluss 12c veränderbar ist.Also at the in FIG. 2a In the illustrated variant of the invention, a connection of the second sections 11a ", 11b" is realized by a capacitive element 12a having a controllable capacitance which can be changed by applying a corresponding control voltage to the terminal 12c.

Eine weitere Erfindungsvariante ist in Figur 2b abgebildet. Diese Erfindungsvariante unterscheidet sich von der in Figur 2a abgebildeten Ausführungsform dadurch, dass das Kopplungselement 10d ein als Feldeffekttransistor 13a ausgebildetes resistives Element mit steuerbarem Ohmwiderstand aufweist. Analog zu dem Kopplungselement 10b aus Figur 1b kann auch bei dem in Figur 2b abgebildeten Kopplungselement 10d eine induktive Kopplung der beiden Schenkel 11a, 11b durch das Anlegen eines entsprechenden Steuersignals an den Anschluss 13c eingestellt werden.Another variant of the invention is in FIG. 2b displayed. This variant of the invention differs from that in FIG. 2a illustrated embodiment in that the coupling element 10d has a designed as a field effect transistor 13a resistive element with controllable ohmic resistance. Analogous to the coupling element 10b FIG. 1b can also at the in FIG. 2b illustrated coupling element 10d an inductive coupling of the two legs 11a, 11b are set by the application of a corresponding control signal to the terminal 13c.

Insgesamt ist bei der vorliegenden Erfindung im Unterschied zu herkömmlichen Kopplungselementen sehr vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, gleichzeitig die kapazitive und die induktive Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung derart zu verändern, dass sich beispielsweise nur die Ausbreitungskonstante γ ändert, nicht jedoch der Wellenwiderstand Z der Transmissionsleitung. Das erfindungsgemäße Kopplungselement kann besonders vorteilhaft sowohl bei herkömmlichen Transmissionsleitungen wie beispielsweise Mikrostreifenleitungen und dergleichen eingesetzt werden, als auch bei in integrierte Schaltungen monolithisch integrierten Transmissionsleitungen.Overall, in the present invention, in contrast to conventional coupling elements very advantageously given the opportunity simultaneously to change the capacitive and inductive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line such that, for example, only the propagation constant γ changes, but not the characteristic impedance Z the transmission line. The coupling element according to the invention can be used particularly advantageously both in conventional transmission lines such as microstrip lines and the like, as well as in integrated circuits monolithically integrated transmission lines.

Prinzipiell ist bei einer monolithisch integrierten Transmissionsleitung mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Kopplungselementen die Möglichkeit gegeben, sowohl die Transmissionsleitung als auch das beziehungsweise die Kopplungselemente in derselben Metallisierungsebene der integrierten Schaltung zu realisieren, wodurch ein besonders einfacher Aufbau erzielt wird und gegebenenfalls weitere vorhandene Metallisierungsebenen für andere Anwendungen verfügbar sind. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, eine erfindungsgemäße monolithisch integrierte Transmissionsleitung sowie entsprechende Kopplungselemente jeweils in unterschiedlichen Metallisierungsebenen einer integrierten Schaltung anzuordnen, so dass sich Abschnitte der Transmissionsleitung 20a, 20b zumindest teilweise mit Transmissionsleitungsabschnitten der Schenkel 11a, 11b von erfindungsgemäßen Kopplungselementen überlappen, wodurch eine zusätzliche kapazitive Kopplungskomponente eingeführt wird.In principle, in the case of a monolithically integrated transmission line with one or more coupling elements according to the invention, it is possible to connect both the transmission line and the coupling element or elements in the same Metalization level of the integrated circuit to realize, whereby a particularly simple structure is achieved and, where appropriate, other existing metallization levels are available for other applications. Alternatively, however, it is also possible to arrange a monolithically integrated transmission line according to the invention and corresponding coupling elements in different metallization levels of an integrated circuit, so that portions of the transmission line 20a, 20b at least partially overlap with transmission line sections of the legs 11a, 11b of coupling elements according to the invention, whereby a additional capacitive coupling component is introduced.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung einer Vielzahl vorn erfindungsgemäßen Kopplungselementen innerhalb einer Transmissionsleitung, deren Parameter wie beispielsweise die Ausbreitungskonstante γ sich somit durch eine einfache Ansteuerung der betreffenden Elemente 12a, 12b, 13a, 13b und deren Steuerleitungen 12c, 13c ändern lässt. Besonders vorteilhaft kann eine derartige erfindungsgemäße Transmissionsleitung zum Aufbau von spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO, voltage controlled oscillator), Filtern und anderen Komponenten verwendet werden, die Laufzeiteffekte bei der Signalausbreitung elektromagnetischer Wellen auf einer Transmissionsleitung ausnutzen. Beispielsweise eignet sich die erfindungsgemäße Transmissionsleitung besonders gut zum Aufbau von Reflektionsoszillatoren, deren Eigenschaften während des Oszillatorbetriebs durch eine entsprechende Änderung der Eigenschaften der Transmissionsleitung abgestimmt werden können.Particularly advantageous is the arrangement of a plurality of front coupling elements according to the invention within a transmission line whose parameters such as the propagation constant γ can thus be changed by a simple control of the relevant elements 12a, 12b, 13a, 13b and their control lines 12c, 13c. Such a transmission line according to the invention can be used particularly advantageously for the construction of voltage-controlled oscillators (VCO), filters and other components which exploit transit-time effects in the propagation of electromagnetic waves on a transmission line. For example, the transmission line according to the invention is particularly well suited for the construction of reflection oscillators whose properties can be tuned during the oscillator operation by a corresponding change in the properties of the transmission line.

Die erfindungsgemäße Verwendung von als Transmissionsleitungsabschnitt ausgebildeten Schenkeln 11a, 11b ermöglicht - wie beschrieben - das Vorsehen einer kapazitiven Kopplung wie auch einer induktiven Kopplung zwischen den Leitern 20a, 20b der Transmissionsleitung, wobei der jeweilige Kopplungsgrad u.a. auch durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung der Transmissionsleitungsabschnitte in weiten Bereichen veränderbar ist. Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung von Transmissionsleitungsabschnitten bei dem Kopplungselement daher einen im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen vergrößerten Abstimmungsbereich hinsichtlich der elektromagnetischen Kopplung der Leiter 20a, 20b der Transmissionsleitung.The inventive use of trained as a transmission line section legs 11a, 11b allows - as described - the provision of a capacitive coupling as well as an inductive coupling between the conductors 20a, 20b of the transmission line, the respective degree of coupling, inter alia, by a corresponding geometric configuration of the transmission line sections in wide Ranges is changeable. Overall, the inventive use of transmission line sections allows Therefore, in the coupling element in comparison with conventional devices enlarged tuning range with respect to the electromagnetic coupling of the conductors 20a, 20b of the transmission line.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Kopplungselements weist mindestens einer der Schenkel 11a, 11b des Kopplungselements mehrere vorzugsweise parallel zu einem Leiter 20a, 20b der Transmissionsleitung verlaufende erste Abschnitte 11a' auf, die wahlweise untereinander verbindbar sind, beispielsweise durch steuerbare kapazitive oder resistive Bauelemente. Auf diese Weise ist vorwiegend der Grad einer induktiven Kopplung zwischen dem entsprechenden Leiter der Transmissionsleitung und dem Kopplungselement beeinflussbar. Durch eine alleinige Veränderung dieser induktiven Kopplung können - analog zu der Veränderung einer kapazitiven Kopplung - die Ausbreitungskonstante γ bzw. der Wellenwiderstand Z der Transmissionsleitung verändert werden.In a further very advantageous variant of the coupling element according to the invention, at least one of the legs 11a, 11b of the coupling element has a plurality of first sections 11a ', preferably parallel to a conductor 20a, 20b of the transmission line, which can be selectively connected to one another, for example by controllable capacitive or resistive components , In this way, predominantly the degree of inductive coupling between the corresponding conductor of the transmission line and the coupling element can be influenced. By merely changing this inductive coupling, the propagation constant γ and the characteristic impedance Z of the transmission line can be changed, analogously to the change in a capacitive coupling.

Darüberhinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Kopplungselement durch eine gegensinnige Abstimmung einer induktiven und einer kapazitiven Kopplungskomponente die Möglichkeit gegeben, zwar den Wellenwiderstand Z der mit dem beziehungsweise den Kopplungselementen versehenen Transmissionsleitung zu ändern, nicht jedoch die Ausbreitungskonstante γ dieser Transmissionsleitung. Sofern eine erfindungsgemäße Transmissionsleitung mit hinreichend vielen Kopplungselementen ausgestattet ist, kann der gesamte Abschnitt dieser Transmissionsleitung in der vorstehend beschriebenen Weise hinsichtlich seines Wellenwiderstands geändert werden.Moreover, in the coupling element according to the invention by an opposite vote of an inductive and a capacitive coupling component given the opportunity, although the characteristic impedance Z of the provided with the coupling elements or the transmission line, but not the propagation constant γ of this transmission line. If a transmission line according to the invention is equipped with a sufficient number of coupling elements, the entire section of this transmission line can be changed in terms of its characteristic impedance in the manner described above.

Insgesamt ist durch das erfindungsgemäße Kopplungselement also die gleichzeitige Beeinflussung des Wellenwiderstands Z und der Ausbreitungskonstante γ einer Transmissionsleitung möglich, wie auch die isolierte Beeinflussung entweder des Wellenwiderstands Z oder der Ausbreitungskonstante γ, die mit der elektrischen Länge der Transmissionsleitung korrespondiert.Overall, the simultaneous influencing of the characteristic impedance Z and the propagation constant γ of a transmission line is possible by the coupling element according to the invention, as well as the isolated influence either the characteristic impedance Z or the propagation constant γ, which corresponds to the electrical length of the transmission line.

Claims

Transmission line (20a, 20b), which is constructed as a differential transmission line (20a, 20b) with a first line (20a) and a second line (20b), in which a coupling element (10a, 10b, 10c, 10d) for electromagnetic coupling of the first line (20a) and the second line (20b) is arranged between the first line (20a) and the second line (20b) of the differential transmission line (20a, 20b) and comprises at least one discrete component (12a, 12b, 13a, 13b) in which the coupling element (10a, 10b, 10c, 10d) has at least one first limb (11a), which is constructed as transmission line section and which is associated with the first line (20a) of the differential transmission line (20a, 20b) for the electromagnetic coupling, and a second limb (11b), which is constructed as transmission line section and which is associated with the second line (20b) of the differential transmission line (20a, 20b) for the electromagnetic coupling, and that the at least one discrete component (12a, 12b, 13a, 13b) is provided for connection of the first limb (11a) with the second limb (11b).
Transmission line (20a, 20b) according to claim 1, characterised in that the discrete component (12a, 12b, 13a, 13b) is constructed as a resistive or capacitive component.
Transmission line (20a, 20b) according to claim 1 or claim 2, characterised in that the discrete component (12a, 12b, 13a, 13b) is constructed as a capacitive diode or as a transistor, particularly as a field effect transistor.
Transmission line (20a, 20b) according to any one of the preceding claims, characterised in that each limb (11a, 11b) has at least one first section (11a', 11b') preferably extending parallel to the first line (20a) of the differential transmission line (20a, 20b) or to the second line (20b) of the differential transmission line (20a, 20b).
Transmission line (20a, 20b) according to claim 4, characterised in that each limb (11a, 11b) has at least one second section (11a", 11b") preferably extending perpendicularly to the first section (11a', 11b').
Transmission line (20a, 20b) according to claim 5, characterised in that the second section (11a") of the first limb (11a) is connected with the second section (11b") of the second limb (11 b) by way of the discrete component (12a, 12b, 13a, 13b).
Transmission line (20a, 20b) according to any one of the preceding claims, which comprises several coupling elements (10a, 10b, 10c, 10c) and can be adjusted in regions with respect to its propagation constant or with respect to its wave resistance.
Transmission line (20a, 20b) according to any one of the preceding claims, in which several coupling elements (10a, 10b, 10c, 10d) are constructed for a capability of adjustment of an inductive and a capacitive coupling component in the same sense in order to change a propagation constant of the differential transmission line (20a, 20b).
Transmission line (20a, 20b) according to any one of the preceding claims, in which several coupling elements (10a, 10b, 10c, 10d) are constructed for a capability of adjustment of an inductive and a capacitive coupling component in the same sense in order to change a wave resistance of the differential transmission line (20a, 20b).
Transmission line (20a, 20b) according to any one of the preceding claims, according to any one of the preceding claims, characterised in that the differential transmission line (20a, 20b) is arranged in a first metalisation plane of an integrated circuit and that at least one coupling element (10a, 10b, 10c, 10d) is arranged in a further metalisation plane of the integrated circuit.