HU182739B - Low-damping ribbon line direction coupler - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya kiscsillapítású szalagvonalas Íránycsatoló, amely dielektromos szubsztrátbói álló síkpárhuzamos lemezt tartalmaz, amelynek egyik sík felületén egy villamosán vezető bevonat és a másik sík felületén két egymással párhuzamos szalagalakú, előnyösen 1/4 hosszúságú vezeték van elhelyezve. A találmány lényege abban van, hogy a vezető anyag egy része keretalakban úgy van eltávolítva/ hogy a két szalagalakú vezetékkel előnyösen párhuzamos csatolószalag marad vissza. A keret téglalap vagy négyzet alakú. A csatolószalag a két szalagalakú vezetékkel szimmetrikusan van elhelyezve. A csatolószalag ugyanolyan hosszúságú, mint a két szalagalakú vezeték. A két szalagalakú vezeték .egymástól mért távolsága és szélessége, valamint a rés helye és szélessége a csatolószalag és a bevonat között a két szalagalakú vezeték mentén különböző méretű. A csatolószalag keresztirányú résekkel van felosztva. -1-

Description

A találmány tárgya kis csillapítása szalagvonalas iránycsatoló, amelynek csillapítása a nagyfrekvenciás tartományban előnyösen 3 dB, és nem kritikus toleranciái miatt könnyen gyártható.

Kisaaillapitásu szalagvonalas iránycsatolók különböző megvalósítási formákban ismeretesek. Például a háromszintes szalagvonalas iránycaatolók két egymással párhuzamos széles lemezt tartalmaznak, amelyek között szintén egymással párhuzamosan vannak elhelyezve a fő- és mellékvezeték szalagalaku vezetői.

Az igen kis csatolási csillapítás érdekében a Re-entrantcsatolásnál a csatolást egy további szigetelten elhelyezett fémcsíkkal erősitik, amely átfedi a fő- és mellékvezetéket. Annak érdekében, hogy a nagyfrekvenciás áramköröket gazdaságosan lehessen előállítani fotokémiai maratási eljárással, az úgynevezett aszimmetrikus szalagvezetőket részesítik előnyben, amelyek dielektromos s zubsztrátbol álló sikpárhuzamos lemezeken helyezkednek el. Ezeknek a lemezeknek az egyik oldalán van elhelyezve a szalagalaku vezető, a másik oldala pedig a villamosán vezető földelt réteget hordozza. Ennél az aszimmetrikus szalagvezető technikánál /Microstrlp-technika/ ismeretesek kiscsillapitásu iránycaatolók. Például ismeretesek a 3 dB csatolási csillapítású hibrid vagy Branchline-csatolók, amelyeknél a négy kivezetés ?,/4 hosszúságú vezetékekkel egy körnegyed, vagy több körnegyed, vagy gyűrű alakjában vannak egymással összekötve. Ezeknek a csatolóknak a hátránya a nagy helyigény.

Egy másik szalagvonalas iránycsatolónál a szubsztrátlemez egyik oldalán a fő- és a mellékvezeték egymással párhuzamosan, egymástól a csatolási csillapítás által meghatározott távolságban van elhelyezve. Klscsatolásu csillapításhoz a két vezeték között csak nagyon kis távolság lehetne, úgyhogy a rés szélessége csak néhány mikrométer lehet. Ezzel a 'technikával a kicsiny es rosszul megvalósítható rés miatt csak 5-6 dB-nél nagyobb csillapítású iranycsatolók valósíthatók meg.

Ezeknek a csatolóknak a csillapítás további csökkentéséhez ismeretes egy olyan elrendezés, amelynél a Re-entrant-csatolókhóz hasonlóan egy további villamosán vezető, szigetelten elhelyezett csikót alkalmaznak, amely átfedi mindkét szalagvezetéket. Ennek az iránycsatolónak az a hátránya, hogy a szalagok számára egy kiegészítő tartókészülék szükséges, amely beállítási lehetőséggel rendelkezik. Ezenkívül nagyok a követeiményék a szubsztratlemezek és a szalagok sik felületével szemben, hogy ne jöjjön létre ellenőrizhetetlen légréa.

Egy további ismert szalagvonalas iránycsatolónál a dielektromos szubsztráton a két egymással párhuzamosan vezetett szalagalaku vezető egymással össze van kötve, úgyhogy a közöttük levő rés nullával egyenlő. Ehelyett a lemez másik oldalán elhelyezett földelt bevonat a két vezetékkel.párhuzamosan réselve van. Ennek a résn'ek a két végén a földelt bevonatot egy nagy köralaku részen eltávolítjáfc, úgyhogy a rés a két végén nyitott résvezetéket képez. A résvezeték hullámellenállásának egyenlőnek kell lennie a csatlakozóvezetékek hullámellenállásával, ami többnyire 60 Ohm. Ennek az elrendezésnek az a hátránya, hogy a két köralaku tárosa miatt nagy a helyigénye. Ezenkívül ennek az iránycsatolónak a megvalósitasához nagy dielektromos állandójú szubsztrátra van szükség, mivel 50 Ohm hulláméllenállásu résvezetékek csak ilyen szubsztráton állíthatók elő, mert különben a rés ismét olyan kicsiny lesz, amit már igen nehéz előállítani.

-2182.739 . Célunk a találmánnyal kiscsillapltásu szalagvonalas iránycsatoló technológiailag egyszerű és gazdaságos előállítása, amely iránycsatoló geometriai méretei nem kritikusak és igy nem okoznak gyártási nehézségeket.

A találmánnyal olyan kiscs3llapitásu szalagvonalas iránycsatolót kívánunk létrehozni az iránycsillapitás csökkentése nélkül, mely előállítható a fotokémiai maratási eljárással, nem tartalmaz külön felszerelt és beállított alkatrészeket, kis dielektromos állandójú szubsztráton is előállítható és kicsi a helyigénye.

A kitűzött feladatot egy szalagvonalas iránycsatolónáí, amely dielektromos szubsztrátanyagból áll, sikpárhuzamos lemezt tartalmaz, amelynek egyik sik felületén egy villamosán vezető földelt bevonat, másik sik felületén két egymással párhuzamos szalagalaku vezető van elhelyezve, amelyek előnyösen ?/4 hosszúságúak, a találmány szerint úgy oldjuk meg, hogy a földelt bevonatból a vezetőanyagot keretszerüen úgy távolitjuk el. hogy a két szalagalaku vezetővel előnyösen párhuzamos csatoloszalag marad vissza. A páratlan módus alacsonyabb Z_Oq hullámellenálláaát a kisellenállásu szalagvezetőknek megfelelő kapacitások sorbakapcsolásával a csatolószalagon át, és a páros módus nagyobb Z_oe hullámellenállását a résvezetékkel valósítjuk meg, amelyet a csatolószalag képez a földelt bevonattal.

Előnyösen a keret, ahol a vezető anyagot eltávolítjuk, téglalap vagy négyzet alakú.

Normál esetben a csatolószelag a két egymással párhuzamos szalagalaku vezetővel szimmetrikusan van elhelyezve, és előnyösen a csatolószalag ugyanolyan hosszúságú, mint a két szalagalaku vezeték.

A szalagvonalas iránycsatolók szélessávú változatánál előnyös, ha a vezetéktávolság a két egymással párhuzamos szalagalakú vezeték között, a vezetékszélesség, valamint a rés helye és szélessége a csatolószalag és a földelt bevonat között a két egymással párhuzamos szalagalaku vezeték mentén különböző méretű.

Egy további kiviteli alaknál a rezonancia elkerülése érdekében a csatolószalagot keresztirányú résekkel felosztjuk.

A találmány tárgyát a továbbiakban kiviteli példa· és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon az

1. ábra a találmány szerinti szalagvonalas iránycsatoló A-B metszete, a

2. ábra az iránycsatoló felülnézete, a

3. ábra az erőtér alakja páratlan modusban, a

4. és 5· ábra az erőtér alakja páros móduaban.

A javasolt iránycsatoló az egymással párhuzamos szalagalaku 1 és 2 vezetéket /fő és mellékvezeték/, a villamosán vezető földelt 3 bevonatot, a dielektromos szubsztrátból álló sikpárhuzamos 4 lemezt, az 5 csatolószalagot, a 6 csatlakozóvezetékeket, és a 7 rést tartalmazza, amely párhuzamos a szalagalaku, 1, 2 vezetékekkel, és az 5 csatolószalag és a 3 bevonat között a 3 bevonat eltávolításával van kialakítva.

A találmány szerinti iránycaatoló működésének magyarázatához, mivel a számítás menete a méretezésnél jelentősen eltér az iránycaatoló szokásos számításától, röviden ismertetünk egy méretezési lehetőséget. Ismeretes, hogy a páros és páratlan módus Ζ_οθ és Z_oo hullamellenállását a következő képletekkel lehet

-3182.739 r r i _ k ''

Kiszámítani

A képletben k ·= kicsatolás és

Z = a 6 csatlakozóvezetékek hullámellenálláaa

Egy 3 cLB-yes csatolónál k = 1/ V^2. Ha a hozzávezetések hullámellenállása Z_o - 50 Ohm, akkor a fent megadott két képletből a páros és páratlan módos hullámellenállása Z_oe = 120,7 Ohm és Z_Oo = 20,7 Ohm.

A szemléletesség kedvéért a 3· ábra a páratlan módus erővonalát éa a 4. ábra a páros módus erővonalait mutatja egy találmány szerinti iránycsatolón.

A páratlan módusokhoz az egyik szalagalaku 1 vezeték pozitív potenciálon van, és a másik szalagalaku 2 vezeték negatív potenciálon. A két potenciál abszolút értékben egyenlő.

A 3· ábrán latható, hogy az 5 csatolószalag a szimmetria miatt szükségszerűen ugyanazon a null-potenciálon van, mint a 3 bevonat. Ennek következtében a Zoo hullámellenállás számításához ugyanazok a számítási feltételek érvényesek. A vezetékek s távolságát úgy választjuk meg, hogy a rendelkezésre álló technológiai lehetőségekkel jól repródukálhatóan gyártható legyen. Ezután a vezeték w szélességéből, az a távolságból és a Z_oo hullámellenállásból meghatározható a vezeték szélessége, úgy mintha átmenő 3 bevonat lenne.

A páros módusokhoz mindkét szalagalaku 1, 2 vezeték számára ugyanazt a pozitív potenciált vesszük fel, míg a 3 bevonat negatív potenciálon van.

A páros módusok szükséges Zqa hulláméi len állás a, amelynek többnyire viszonylag nagynak kell lenni, közelítően az 5 csatolószalag és a 3 bevonat között elhelyezkedő és résvezetékként funkcionáló 7 rés hullámellenállása képezi /4. ábra/.

Ha a 4. ábra szerinti elrendezésben túlságosan kicsihy értékek adódnak a rés s^ szélességére, akkor az 5 csátolószalag az 5. ábra szerint valamivel keskenyebbre készíthető; úgyhogy a 7 rés az 1 és 2 vezeték alá kerül. Az 1 és 2 vezetekek az a*’ szélességen átfedik a 3 bevonatot. Ezáltal az 1 és 2 vezetékek közvetlenül kapacitiven hatnak a 3-'bevonatra, és csökkentik a páros módus Z_o hullámellenállását, úgyhogy a rés s^ szélessége ismét nagyobbra készíthető. A rés s^ szélességének végérvényes méretezése kisérleti utón a reflexiós tényező mérésével és a csatolási csillapítással könnyen végrehajtható.

A fenti szabály szerint méretezett Z_o = 50 Ohm hullámellenállásu, 3 dB csillapítású és az 1,5-3 MHz frekvenciatartományban működő iránycsatoló vezeték széléssége w = 1,5 mm, a vezetékek egymástól mért távolsága s = 0,5 mm ésa rés szélessége Sí. = 0,2 mm. A rés közvetlenül a vezeték széle alatt helyezkedik el. azaz a = 0. A csatolt vezetékek hosszúsága 17,6 mm. Szubsztratként AlpOx-at alkalmaztunk, amelynek dielektromos állandója £r = 9,6 es'vastagsága 0.63 mm volt.

Egy másik mintát egészen extrém méretekkel terveztünk.

Ez extrém méretek miatt ez gyakorlati felhasználásra nem alkalmas, hanem a fizikai megfontolások helyességének ellenőrzésére és demonstrálására szolgál, amely megfontolások a találmány

-4182.739 szerinti megoldáshoz vezettek. A szubsztrát anyagaként itt Cevaúsit Cu 07-et alkalmaztunk, amelynek dlelektromos állandója £r = 4,05 és vastagsága 1.6 mm volt. Ez egy üvegszállal exősltett epoxigyanta szubsztrát, amelyet tulajdonképpen a nyomtatott áramkörökhöz használnak,. Mivel ez az anyag nagy dielektromos veszteségei miatt az igen nagy frekvenciákon nem alkalmazható, a csatolószalag hosszúsága 210 mm volt. úgyhogy ez a 3 dB-es csatoló az URH tartományban működött. Meretei a következők voltak: w = 9,9 mm, s = 0,6 mm, s^ = 2 mm, a = -1,8 mm,

A rés a 3· ábra szerint helyezkedett el. A csatolási csillapítás /3 + *²/ dB volt a 150-300 MHz-es frekvenciasávban, tehát 1 oktávbSA.

Claims (6)

1. Kiscsillapitásu szalagvonalas iránycsatoló, amely dlelektromos szubsztrátból álló sikpárhuzamos lemezt tartalmaz, amelynek egyik sik felületén egy villamosán vezető bevonat és a másik sik felületén két egymással párhuzamos szalagalaku, előnyösen 7*/4 hosszúságú vezeték van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy a bevonatból /3/ a vezető anyag egy része keretalakban úgy van eltávolitva, hogy a két szalagalaku vezetékkel /1,

2. Az 1. igénypont szerinti iránycsatoló kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a keret téglalap vagy négyzet alakú.

2/ előnyösen párhuzamos csatolószalag /5/ marad vissza.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti iránycsatoló kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csatolószalag /5/ a két szalagalaku vezetékkel /1,2/ szimmetrikusan van elhelyezve.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti iránycsatoló kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy csatolószalag /5/ körülbelül ugyanolyan hosszúságú, mint a két szalagalaku vezeték /1,2/.

5. Az 1-4. igénypontok .bármelyike szerinti iránycsatoló kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a két szalagalak,u vezeték /1, 2/ egymástól mért távolsága /s/ és szélessége /w/, valamint a rés /7/ helye és szélessége /a^/ a csatolószalag /5/ és a bevonat /3/ között a két szalagalaku vezeték /1,2/ mentén különböző méretű,

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti lránycsatoló kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csatolószalag /5/ keresztirányú résekkel /7/ van felosztva.