EP2489095B1 - Antennenkoppler - Google Patents

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EP2489095B1
EP2489095B1 EP10747815.8A EP10747815A EP2489095B1 EP 2489095 B1 EP2489095 B1 EP 2489095B1 EP 10747815 A EP10747815 A EP 10747815A EP 2489095 B1 EP2489095 B1 EP 2489095B1
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EP
European Patent Office
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high frequency
circuit board
printed circuit
antenna
conductor
Prior art date
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EP10747815.8A
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EP2489095A1 (de
Inventor
Igor Dremelj
Heinz Hohl
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Landis and Gyr AG
Original Assignee
Landis and Gyr AG
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Publication date
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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
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H01P5/187—Broadside coupled lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves

Definitions

  • the present invention relates to the field of radio frequency line technology; It relates to an antenna coupler for connecting a high-frequency antenna according to the preamble of claim 1.
  • an antenna In many technical devices that contain a high-frequency transmitter or receiver and at the same time are galvanically exposed to an earth-related high voltage (mains voltage), an antenna is to be connected via a coaxial cable.
  • the corresponding antenna and the coaxial cable must be galvanically isolated from the device, otherwise there is danger to life when touched.
  • the problem has been solved for example by two parallel arranged dipole antennas in the device, in which, however, by the unwanted radial radiation, a high transmission loss of at least 6dB for the useful signal.
  • the decoupled power was fed into a coaxial cable to be routed to a remote antenna.
  • a known decoupling via capacitors ( US4987391 ) has either a low withstand voltage (1 kV) or a high transmission loss, because a high design resistance of the capacitors a large design is a prerequisite, which has a negative effect on the damping due to high inductive reactance and unwanted radiation.
  • An antenna coupler for connecting a high-frequency antenna to a galvanically operable with a high voltage device comprising a multilayer printed circuit board with conductor planes which are electrically isolated from each other in the depth direction (z) of the multilayer printed circuit board, at least one to be coupled or coupled to the high-frequency antenna first High-frequency line in a first conductor level, at least one second high-frequency line to be coupled or coupled to the device in a second conductor level of the multilayer printed circuit board, wherein the multi-layer printed circuit board has an electrically insulating PCB core layer, wherein the first and second conductor level extend on the same side of the PCB core layer, wherein the device side is arranged to be coupled or coupled second radio-frequency line at a greater distance from the PCB core layer than the first radio-frequency line, and wherein the antenna coupler a electrically conductive shield structure extending in part on the opposite other
  • the object underlying the invention is achieved by the totality of the features of claim 1. Further embodiments are the subject of the dependent claims 2 to 7.
  • the antenna coupler according to the invention for galvanic isolation of the antenna from the transmitter / receiver achieves a high insulation voltage of up to 12kV DC and AC line voltage, but at the same time an extremely low transmission loss for the high frequency useful signal .
  • the antenna coupler according to the invention can achieve a particularly low transmission loss within desired frequency limits, since the coupling lines, so the first and second high-frequency line, can be arranged with a very small distance from each other in the depth direction of the multilayer printed circuit board.
  • the commonly used layer thickness of the multilayer printed circuit board can be used as the distance between the coupling lines. A distance of 0.3 mm, for example, can be realized.
  • There is a large usable high-frequency bandwidth can be more than one octave, for example, from 800 MHz to 2200 MHz. It can be produced inexpensively by using multilayer printed circuit boards, for example 2-fold or 4-fold multilayer printed circuit boards.
  • the antenna coupler is thus preferably designed as a multilayer printed circuit board.
  • the coupler is formed of two appropriately coupled high frequency lines.
  • the geometric arrangement of the metal surfaces (in particular copper surfaces) of the high-frequency lines forms the coupler.
  • the distances between the copper surfaces and the electrically insulating carrier material of the multilayer printed circuit board provide the necessary insulation voltage strength.
  • the high-frequency lines are two coplanar lines which are embedded in two different layers of the multilayer printed circuit board one above the other. These lines preferably each consist of at least one strip line for the inner conductor and at least two strip lines for the outer conductor.
  • the thickness of the dielectric is preferably selected such that a voltage resistance required in the respective application is achieved.
  • the terminals of the coplanar leads to the surface of the circuit board hold a required for the desired dielectric strength leakage current path.
  • the inner layer of the circuit board typically antenna side
  • coplanar line beyond the coupling zone with modified geometry eg changed conductor width and / or conductor distances extended before contacting the surface is made.
  • the preferred embodiment of the inventive antenna coupler is designed as a one-sided shielded coupling structure.
  • the device-side coplanar line is supplemented by an additional shielding surface connected to PCB vias.
  • the shielding surface is arranged in such a way that, together with the strip conductors of the device-side coplanar line, it partially encloses the coaxial line, that is to say the antenna-side coplanar line. In this way, at least the screen side is less sensitive to interference from metal parts inside the device.
  • insulating support material of the multilayer printed circuit board for example, the known material FR-4, a glass fiber reinforced, epoxide-based material having a dielectric strength of more than 30kV / mm.
  • the antenna coupler according to the invention will be described below with reference to the figures. Only a section of the antenna coupler, namely the coupling region in the multilayer printed circuit board is shown in each case.
  • Fig. 1 shows in a perspective view of an inventive antenna coupler 1 with two of each other by a layer insulation 13 spaced and isolated coplanar lines 3a, 3b, 4a, 4b. Since the first coplanar line 3a, 3b is consequently concealed by the second coplanar line 4a, 4b in this illustration, it is Fig. 4 for the arrangement of both coplanar lines 3a, 3b, 4a, 4b to each other to help.
  • the coplanar lines 3a, 3b, 4a, 4b are disposed on one side of a circuit board core layer 6 and shielded with an electrically conductive shielding structure 5, this shielding structure 5 extending in part on the opposite one of the two sides of the circuit board core layer 6 and formed so that the first high-frequency line 3a, 3b and not shown here, device-side metal parts that are not part of the Antennenkopplers, do not interact in the conduction of high-frequency signals.
  • Fig. 1 are both coplanar lines 3a in the y direction of the illustrated coordinate system. 3b, 4a, 4b respectively in the sequence outer conductor 3b, 4b- inner conductor 3a, 4a-outer conductor 3b, 4b arranged. In the z-direction of the coordinate system follow one another metal surface or screen surface 9 - an intermediate layer of dielectric material 8 - antenna side, (first) coplanar 3a, 3b - layer insulation 13 - device side (second) coplanar 4a, 4b.
  • the coplanar lines 3a, 3b, 4a, 4b extend parallel to one another in the longitudinal direction x in the multilayer printed circuit board (2); Apart from short antenna-side and device-side longitudinal sections (strip lines 10a, 10b, 11a, 11b), the coplanar lines 3a, 3b, 4a, 4b completely overlap in the longitudinal direction and completely overlap in their transverse direction y perpendicular to the longitudinal direction x.
  • strip lines 10a, 10b are also visible which project in the longitudinal direction x of the first coplanar line or the first high-frequency line 3a, 3b via the second coplanar line or second high-frequency line 4a, 4b for connection to an unillustrated coaxial line to an antenna; in the following synopsis with Fig. 3 this situation becomes even clearer.
  • Fig. 2 shows an enlarged perspective view of a device-side end portion of the antenna coupler according to Fig. 1 ,
  • the second high-frequency line 4a, 4b with strip lines 11a, 11b projecting in the x-direction over the first high-frequency line 3a, 3b for the purpose of connection to a device not shown in detail here.
  • FIG. 1 shows Fig. 3 in an enlarged perspective view of the antenna-side end portion of the antenna coupler with the strip lines 10a, 10b to the first high-frequency line 3a, 3b.
  • Fig. 4 is shown in a sectional view to the yz plane visible as the second high-frequency line 4a, 4b with its outer conductor 4b, but not with its inner conductor 4a, electrically conductive through the PCB core layer 6 through with the metal surface 9 on the opposite other of the two sides of the PCB core layer 6 is connected for shielding.
  • FIG. 5 shows in Fig. 5 the xz plane of the antenna coupler. It becomes clear that a large number of connections or printed circuit board plated-through holes 12 hold the outer conductor 4b with the metal surface 9 at the same potential.
  • the invention presented here is not limited to the embodiments shown but to the features of the claims. It is, for example, the second high-frequency line 4a, 4b of course coupled on the antenna side, while the first high-frequency line 3a, 3b can be coupled device side.

Description

    FELD DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Hochfrequenzleitungstechnik; sie betrifft einen Antennenkoppler zum Anschluss einer Hochfrequenzantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In vielen technischen Geräten, die einen Hochfrequenz-Sender oder -Empfänger enthalten und gleichzeitig galvanisch mit einer erdbezogenen Hochspannung (Netzspannung) beaufschlagt sind, soll eine Antenne über ein Koaxialkabel angeschlossen werden. Die entsprechende Antenne und das Koaxialkabel müssen galvanisch vom Gerät isoliert sein, da ansonsten bei Berührung Lebensgefahr besteht.
  • Das Problem wurde bisher beispielsweise durch zwei parallel angeordnete Dipol-Antennen im Gerät gelöst, bei denen durch die ungewollte radiale Abstrahlung jedoch eine hohe Durchgangsdämpfung von mindestens 6dB für das Nutzsignal entsteht. Die ausgekoppelte Leistung wurde in ein Koaxialkabel eingespeist, um an eine abgesetzte Antenne weitergeleitet zu werden.
  • Eine bekannte Entkopplung über Kondensatoren ( US4987391 ) besitzt entweder eine kleine Spannungsfestigkeit (1 kV) oder eine hohe Durchgangsdämpfung, da für eine hohe Spannungsfestigkeit der Kondensatoren eine große Bauform Voraussetzung ist, was sich aufgrund hohen induktiven Blindwiderstands und unerwünschter Abstrahlung negativ auf die Dämpfung auswirkt.
  • Aus der Publikation von S.S. BEDAIR und INGO WOLF: "Fast and accurate analytic formulas for calculating the parameters of a general broadside-coupled coplanar waveguide for (M) MIC applications" IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Bd. 37, Nr. 5, 1. Mai 1989 (1989-05-01), Seiten 843-850, XP002605986 Piscataway, USA, ist ein Antennenkoppler zum Anschluss einer Hochfrequenzantenne an ein im Betrieb galvanisch mit einer Hochspannung beaufschlagbares Gerät bekannt, umfassend eine Mehrlagenleiterplatte mit Leiterebenen, die in Tiefenrichtung (z) der Mehrlagenleiterplatte von einander elektrisch isoliert sind, mindestens eine mit der Hochfrequenzantenne zu koppelnde oder gekoppelte erste Hochfrequenzleitung in einer ersten Leiterebene, mindestens eine geräteseitig zu koppelnde oder gekoppelte zweite Hochfrequenzleitung in einer zweiten Leiterebene der Mehrlagenleiterplatte, wobei die Mehrlagenleiterplatte eine elektrisch isolierende Leiterplattenkernschicht aufweist, wobei die erste und zweite Leiterebene sich auf derselben der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht erstrecken, wobei die geräteseitig zu koppelnde oder gekoppelte zweite Hochfrequenzleitung mit größerem Abstand von der Leiterplattenkernschicht angeordnet ist als die erste Hochfrequenzleitung, und wobei der Antennenkoppler eine elektrisch leitfähige Abschirmstruktur aufweist, die sich zum Teil auf der gegenüberliegenden anderen der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht erstreckt und die ausgebildet ist, die erste Hochfrequenzleitung gegen eine Wechselwirkung bei der Leitung von Hochfrequenzsignalen abzuschirmen.
  • Ferner zeigen die folgenden Publikationen ebenfalls Ausführungsformen von Antennenkopplern, nämlich
  • "Chapter 10: Coplanar waveguides" in Franco di Paolo: "Networks and devices using planar transmission lines" 2000, CRC Press LLC, Florida, USA, XP002605987, ISBN: 0-8493-1835-1,
  • CHIEH-PIN CHANG ET AL: "A 3-dB Quadrature Coupler Using Broadside-Coupied Coplanar Waveguides" IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, Bd. 18, Nr. 3, 1. März 2008 (2008-03-01 Seiten 191-193, XP011205042, ISSN: 1531-1309 und
  • Es ist aus dem Dokument US7545243 bekannt, dass sich Leitungsstrukturen zur galvanischen Entkopplung eignen. Ein Nachteil dieser bekannten Lösung liegt jedoch ebenfalls in der geringen Spannungsfestigkeit.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Antennenkoppler zum Anschluss einer Hochfrequenzantenne dahingehend weiter zu entwickeln, wobei die oben genannten Nachteile behoben werden können.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 7. Der erfindungsgemäße Antennenkoppler zur galvanischen Trennung der Antenne von dem Sender/Empfänger erzielt eine hohe Isolationsspannungsfestigkeit von bis zu 12kV Gleichspannung und Netz-Wechselspannung, zugleich aber auch eine ausserordentlich geringe Durchgangsdämpfung für das Hochfrequenz-Nutzsignal. Der erfindungsgemäße Antennenkoppler kann eine besonders geringe Durchgangsdämpfung innerhalb gewünschter Frequenzgrenzen erreichen, da die Koppelleitungen, also die erste und zweite Hochfrequenzleitung, mit besonders geringem Abstand voneinander in Tiefenrichtung der Mehrlagenleiterplatte angeordnet werden können. Es kann die üblicherweise verwendete Schichtdicke der Mehrlagenleiterplatte als Abstand zwischen den Koppelleitungen genutzt werden. Ein Abstand von beispielsweise 0,3 mm ist realisierbar.
  • Es wird eine große nutzbare Hochfrequenz-Bandbreite erreicht, die mehr als eine Oktave betragen kann, beispielsweise von 800 MHz bis 2200 MHz. Er kann durch Verwendung von Mehrlagenleiterplatten, beispielsweise 2-fach oder 4-fach Mehrlagenleiterplatten, kostengünstig hergestellt werden.
  • Der Antennenkoppler wird also bevorzugt als Mehrlagenleiterplatte ausgeführt. Der Koppler wird aus zwei in geeigneter Art gekoppelten Hochfrequenzleitungen gebildet. Die geometrische Anordnung der Metallflächen (insbesondere Kupferflächen) der Hochfrequenzleitungen bildet den Koppler. Die Abstände zwischen den Kupferflächen sowie das elektrisch isolierende Trägermaterial der Mehrlagenleiterplatte sorgen für die notwendige Isolationsspannungsfestigkeit.
  • Vorliegend sind die Hochfrequenzleitungen zwei Koplanarleitungen, die in zwei verschiedene Lagen der Mehrlagenleiterplatte übereinander eingebettet sind. Diese Leitungen bestehen vorzugsweise je aus mindestens einer Streifenleitung für den Innenleiter und mindestens zwei Streifenleitungen für den Aussenleiter.
  • Diese zweimal drei Leiter sind in einer bevorzugten Ausführungsform im Abstand und in der Breite der Leitungen so gewählt, dass die resultierende Leitung einen Wellenwiderstand von 50 Ohm besitzt. Dies ermöglicht eine stossstellenfreie und damit verlustarme Weiterleitung der Hochfrequenzleistung vom Koaxialkabel zum Sender/Empfänger im Inneren des Gerätes.
  • Die Dicke des Dielektrikums (dielektrisches Material) ist vorzugsweise so gewählt, dass eine im jeweiligen Anwendungsfall benötigte Spannungsfestigkeit erreicht wird.
  • In bevorzugten Ausführungsformen halten die Anschlüsse der Koplanarleitungen an der Oberflache der Leiterplatte eine für die gewünschte Spannungsfestigkeit benötigte Kriechstromstrecke ein. Zu diesem Zweck ist in einem Ausführungsbeispiel die in der inneren Lage der Leiterplatte befindliche (typischerweise antennenseitige) Koplanarleitung über die Koppelzone hinaus mit veränderter Geometrie, also z.B. veränderter Leiterbreite und/oder Leiterabstände verlängert, bevor eine Kontaktierung zur Oberfläche hergestellt wird.
  • Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Antennenkopplers ist als einseitig geschirmte Koppelstruktur ausgebildet. Die geräteseitige Koplanarleitung ist durch eine mit Leiterplatten-Durchkontaktierungen verbundene zusätzliche Schirmfläche ergänzt. Die Schirmfläche ist erfindungsgemäß so angeordnet, dass sie zusammen mit den Streifenleitern der geräteseitigen Koplanarleitung die Koaxialleitung, also antennenseitige Koplanarleitung teilweise ummantelt. Auf diese Weise ist zumindest die Schirmseite weniger sensibel gegen eine Beeinflussung durch Metallteile im Inneren des Gerätes.
  • Zur Erzielung einer hohen Spannungsfestigkeit eignet sich als isolierendes Trägermaterial der Mehrlagenleiterplatte beispielsweise das bekannte Material FR-4, ein glasfaserverstärktes, epoxid-basiertes Material, welches eine Spannungsfestigkeit von mehr als 30kV/mm aufweist.
  • Es ist für ausreichend große Kriechstromstrecken an der Oberfläche der Leiterplatte zwischen den galvanisch isolierten Teilen zu sorgen. Für eine Spannungsfestigkeit von 12kV wird beispielsweise eine Kriechstromstrecke von etwas mehr als 10mm benötigt.
  • Der erfindungsgemässe Antennenkoppler wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Nur ein Ausschnitt des Antennenkopplers, nämlich der Kopplungsbereich in der der Mehrlagenleiterplatte ist jeweils dargestellt.
    • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren ist folgende Farbkodierung der dargestellten Strukturelemente verwendet:
    • Hellblau: Luft
  • Orangerot und gelbgrün: Metallflächen von Streifenleitungen. Dunkelblaue und dunkelgrüne Abschnitte an Enden von Streifenleitungen (Mittelleitern) sind wie orangerote Abschnitte zu lesen, also als integrale Bestandteile der jeweiligen Streifenleitung zu verstehen, und haben an diesen Strukturelementen trotz ihrer anderen Farbgebung keine von einer orangeroten bzw. gelbgrünen Farbgebung abweichende Bedeutung.
    • Dunkelgrün: Dielektrische Schichtisolation
    • Hellgrün: Deckelisolation oder Kernschicht (Core) der Mehrlagenleiterplatte.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Antennenkopplers mit zwei von einander durch eine Schichtisolation beabstandete und isolierte Koplanarleitungen auf einer Seite einer Leiterplattenkernschicht und mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmstruktur, die sich zum Teil auf der gegenüberliegenden anderen der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht erstreckt und die ausgebildet ist, die erste Hochfrequenzleitung und geräteseitige Metallteile, die nicht Teil des Antennenkopplers sind, gegen eine Wechselwirkung bei der Leitung von Hochfrequenzsignalen abzuschirmen;
    Fig. 2
    vergrößerte perspektivische Ansicht eines geräteseitigen Endabschnitts des Antennenkopplers gemäss Fig. 1;
    Fig. 3
    vergrößerte perspektivische Ansicht des gegenüberliegenden antennenseitigen Endabschnitts des Antennenkopplers gemäss Fig. 1;
    Fig. 4
    Schnittansicht des eingangsseitigen Abschnitts -dargestellt: yz-Ebene- des Antennenkopplers; und eine
    Fig. 5
    weitere Schnittansicht -dargestellt: xz-Ebene- des Antennenkopplers.
    DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemässen Antennenkoppler 1 mit zwei von einander durch eine Schichtisolation 13 beabstandete und isolierte Koplanarleitungen 3a, 3b, 4a, 4b. Da die eine erste Koplanarleitung 3a, 3b von der zweiten Koplanarleitung 4a, 4b in dieser Darstellung konsequenterweise verdeckt wird, ist Fig. 4 für die Anordnung beider Koplanarleitungen 3a, 3b, 4a, 4b zueinander zur Hilfe zu nehmen.
  • Die Koplanarleitungen 3a, 3b, 4a, 4b sind auf einer Seite einer Leiterplattenkernschicht 6 angeordnet und mit einer elektrisch leitfähigen Abschirmstruktur 5 abgeschirmt, wobei sich diese Abschirmstruktur 5 zum Teil auf der gegenüberliegenden anderen der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht 6 erstreckt und so ausgebildet ist, dass die erste Hochfrequenzleitung 3a, 3b und hier nicht dargestellte, geräteseitige Metallteile, die nicht Teil des Antennenkopplers sind, bei der Leitung von Hochfrequenzsignalen nicht in Wechselwirkung treten.
  • In Fig. 1 sind in y-Richtung des dargestellten Koordinatensystems beide Koplanarleitungen 3a. 3b, 4a, 4b jeweils in der Abfolge Aussenleiter 3b, 4b- Innenleiter 3a, 4a- Aussenleiter 3b, 4b angeordnet. In z-Richtung des Koordinatensystems folgen aufeinander eine Metallfläche bzw. Schirmfläche 9 - eine Zwischenschicht aus dielektrischem Material 8 - antennenseitige, (erste) Koplanarleitung 3a, 3b - Schichtisolation 13 - geräteseitige (zweite) Koplanarleitung 4a, 4b.
  • Die Koplanarleitungen 3a, 3b, 4a, 4b verlaufen in der Mehrlagenleiterplatte (2) in Längsrichtung x zueinander parallel; abgesehen von kurzen antennenseitigen und geräteseitigen Längsabschnitten (Streifenleitungen 10a, 10b, 11a, 11b) überdecken sich die Koplanarleitungen 3a, 3b, 4a, 4b in Längsrichtung vollständig und sie überdecken sich in ihrer zur Längsrichtung x senkrecht stehenden Querrichtung y vollständig.
  • Als Beispielmasse für die hier dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Antennenkopplers sind die folgenden Werte hilfreich, wobei die hier angegebenen Werte der Breite in y-Richtung zu betrachten sind, die Längenwerte in x-Richtung und die Dickenwerte in z-Richtung:
    • Breite Innenleiter 3a, 4a: 3mm
    • Breite Aussenleiter 3b, 4b: 2mm
    • Länge Koplanarleitungen 3a, 3b, 4a, 4b: 25mm
    • Dicke Schichtisolation 13: 0,3mm
    • relative Dielektrizitätszahl der Schichtisolation 13: εr=4,5
    • seitlicher Abstand Innenleitern 3a, 4a und Aussenleitern 3b, 4b: 1,2mm
  • In Fig. 1 sind ebenfalls Streifenleitungen 10a, 10b sichtbar, die in Längsrichtung x der ersten Koplanarleitung bzw. der ersten Hochfrequenzleitung 3a, 3b über die zweite Koplanarleitung bzw. zweite Hochfrequenzleitung 4a, 4b zwecks Anschlusses an eine hier nicht dargestellte Koaxialleitung zu einer Antenne hinausragen; in der folgenden Zusammenschau mit Fig. 3 wird dieser Sachverhalt noch deutlicher.
  • Mit 7 ist in Fig.1 Luft als das den Antennenkoppler 1 umgebende Medium dargestellt; neben isolierenden Eigenschaften weist die Luft keine weitere Funktion auf.
  • Fig. 2 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines geräteseitigen Endabschnitts des Antennenkopplers gemäss Fig. 1. Hier wird deutlich, dass die zweite Hochfrequenzleitung 4a, 4b mit Streifenleitungen 11a, 11b in x-Richtung über die erste Hochfrequenzleitung 3a, 3b zwecks Anschlusses an ein hier nicht näher gezeigtes Gerät hinausragt.
  • Wie bereits zur Fig. 1 andeutet, zeigt Fig. 3 in einer vergrösserten perspektivischen Darstellung den antennenseitigen Endabschnitt des Antennenkopplers mit den Streifenleitungen 10a, 10b zu der ersten Hochfrequenzleitung 3a, 3b.
  • In der Fig. 4 ist in einer Schnittansicht zur yz-Ebene sichtbar dargestellt, wie die zweite Hochfrequenzleitung 4a, 4b mit ihrem Aussenleiter 4b, jedoch nicht mit ihrem Innenleiter 4a, elektrisch leitfähig durch die Leiterplattenkernschicht 6 hindurch mit der Metallfläche 9 auf der gegenüberliegenden anderen der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht 6 zwecks Schirmung verbunden ist. Eine weitere Schnittdarstellung zeigt in Fig. 5 die xz-Ebene des Antennenkopplers. Hierbei wird deutlich, dass eine Vielzahl von Verbindungen bzw. Leiterplatten-Durchkontaktierungen 12 den Aussenleiter 4b mit der Metallfläche 9 auf gleichem Potential halten.
  • Selbstverständlich ist die hier vorgestellte Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen sondern auf den Merkmalen der Ansprüche beschränkt. Es ist beispielsweise die zweite Hochfrequenzleitung 4a, 4b selbstverständlich auch antennenseitig koppelbar, während die erste Hochfrequenzleitung 3a, 3b geräteseitig koppelbar sein kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antennenkoppler
    2
    Mehrlagenleiterplatte
    3a, 3b
    erste Hochfrequenzleitung mit Innenleiter und Aussenleiter, erste Koplanarleitung
    4a, 4b
    zweite Hochfrequenzleitung mit Innenleiter und Aussenleiter zweite Koplanarleitung
    5
    Abschirmstruktur
    6
    Leiterplattenkernschicht
    7
    Luft
    8
    dielektrisches Material
    9
    Metallfläche, Schirmfläche
    10a, 10b
    Steifenleitung zu 3a, 3b
    11a, 11b
    Streifenleitung zu 4a, 4b
    12
    Verbindung, Leiterplatten-Durchkontaktierungen
    13
    Schichtisolation

Claims (7)

  1. Antennenkoppler (1) zum Anschluss einer Hochfrequenzantenne an ein im Betrieb galvanisch mit einer Hochspannung beaufschlagbares Gerät, umfassend
    - eine Mehrlagenleiterplatte (2) mit Leiterebenen, die in Tiefenrichtung (z) der Mehrlagenleiterplatte (2) von einander elektrisch isoliert sind,
    - mindestens eine mit der Hochfrequenzantenne zu koppelnde oder gekoppelte erste Hochfrequenzleitung (3a, 3b) in einer ersten Leiterebene,
    - mindestens eine geräteseitig zu koppelnde oder gekoppelte zweite Hochfrequenzleitung (4a, 4b) in einer zweiten Leiterebene der Mehrlagenleiterplatte (2),
    wobei die Mehrlagenleiterplatte (2) eine elektrisch isolierende Leiterplattenkernschicht (6) aufweist,
    - wobei die erste und zweite Leiterebene sich auf derselben der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht (6) erstrecken,
    - wobei die geräteseitig zu koppelnde oder gekoppelte zweite Hochfrequenzleitung (4a, 4b) mit größerem Abstand von der Leiterplattenkernschicht (6) angeordnet ist als die erste Hochfrequenzleitung (3a, 3b),
    - und wobei der Antennenkoppler (1) eine elektrisch leitfähige Abschirmstruktur (5) aufweist, die sich zum Teil auf der gegenüberliegenden anderen der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht (6) erstreckt und die ausgebildet ist, die erste Hochfrequenzleitung (3a, 3b) gegen eine Wechselwirkung bei der Leitung von Hochfrequenzsignalen abzuschirmen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die zweite Hochfrequenzleitung (4a, 4b) auf einer Aussenfläche der Mehrlagenleiterplatte (2) angeordnet ist,
    - die Abschirmstruktur (5) eine Metallfläche (9) aufweist, die die erste Hochfrequenzleitung (3a, 3b) teilweise ummantelt,
    - wobei die zweite Hochfrequenzleitung mit ihrem Aussenleiter (4b) elektrisch leitfähig durch die Leiterplattenkernschicht (6) hindurch mit der Metallfläche (9) auf der gegenüberliegenden anderen der beiden Seiten der Leiterplattenkernschicht (6) verbunden ist und dabei die erste Hochfrequenzleitung (3a, 3b) gegenüber der zweiten Hochfrequenzleitung (4a, 4b) und gegenüber der Metallfläche (9) isoliert ist.
  2. Antennenkoppler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Hochfrequenzleitung (3a, 3b, 4a, 4b) in der Mehrlagenleiterplatte (2) in Längsrichtung (x) der ersten und zweiten Hochfrequenzleitung (3a, 3b, 4a, 4b) zueinander parallel verlaufen.
  3. Antennenkoppler (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzleitungen (3a, 3b, 4a, 4b) - abgesehen von kurzen antennseitigen- und geräteseitigen Längsabschnitten der Hochfrequenzleitungen (3a, 3b, 4a, 4b) - sich in Längsrichtung vollständig überdecken.
  4. Antennenkoppler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beabstandeten Hochfrequenzleitungen (3a, 3b, 4a, 4b) einander in ihrer zur Längsrichtung senkrecht stehenden Querrichtung (y) vollständig überdecken.
  5. Antennenkoppler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzleitungen (3a, 3b, 4a, 4b) als Koplanarleitungen ausgebildet sind.
  6. Antennenkoppler (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Leiterebene mindestens eine Streifenleitung (10a, 11a) zur Kopplung an einen antennenseitigen bzw. geräteseitigen Innenleiter und mindestens zwei Streifenleitungen (10b, 11b) zur Kopplung an einen antennenseitigen bzw. geräteseitigen Aussenleiter aufweisen.
  7. Antennenkoppler (1) nach Anspruch 6, bei dem die Streifenleitungen (10a, 10b, 11a, 11b) der ersten und zweiten Hochfrequenzleitungen (3a, 3b, 4a, 4b) einen jeweiligen seitlichen, also senkrecht zur Längsrichtung (x) der Streifenleitungen (10a, 10b, 11a, 11b) zu messenden Abstand voneinander in der betreffenden Leiterebene, und eine jeweilige, in der betreffenden Leiterebene in seitlicher Richtung (y) zu messende Breite aufweisen, die in Kombination einen Wellenwiderstand der betreffenden Hochfrequenzleitung von 50 Ohm bewirken.
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