NO315400B1 - Integrert monolittisk mikrobölgekrets (MMIC)-modul - Google Patents

Abstract

Et flyktig bølgeledermodusfilter (8) integrert med en integrert monolittisk mikrobølgekrets MMIC (6) ved å danne både MMIC-kretsen (10) og bølgelederfilteret (8) på et enkelt substrat som danner en felles bunnplate (15) for begge elementene. Bølgelederen (14) har en struktur med en indre utsparing som er gitt en kontur for å tilveiebringe en ønsket grensefrekvens. Den underliggende delen av bunnplaten kan danne en nedre del av bølgelederen (14) og kan også være gitt en kontur for å definere sperrefreksensen. Justerbar dempning tilveiebringes av et motstandskort (26) som kan innføres i forskjellig grad i bølgelederen (14).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et flyktig bølgeledermodusfilter med en integrert justerbar demper som er kompatibel for integrering på en integrert monolittisk mikrobølgekrets (MMIC) modul.

Bølgefilteret kan lett tilveiebringe lave båndpassinnføringstap og høye uttakbånd avvisning, som er kalt stikkere som er ønskelige ved et filter. Det er kjent at en bølgeleder har en grensefrekvens under hvilke et signal kan forplantes gjennom bølgelederen. For en rektangulær bølgeleder med en bredde (a), dempning i bølgelederen ved en frekvens under grensefrekvensen er kjennetegnet ved følgende likning:

hvor a = dempning i neper/meter, a = bredden til bølgelederen, f = frekvensen fc = grensefrekvensen = (c/2a) for TEio modus, hvor c er hastigheten til den elektromagnetiske bølgeforplantningen. Denne bølgelederkarakteristikken for en frekvens under grensen er kalt en flyktig modus og er beskrevet av S. Ramo et al i publikasjon "Fields and Waves in Communication Electronics", John Wiley & Son Inc., 2. Utgave 1984, side 444-446.

Med denne karakteristikken til bølgelederen kan et høypassfiUer bli realisert ved

progressiv innsnevring av bredden på den rektangulære bølgelederen for å eliminere uønskede lavfrekvenssignaler og tillate høyfrekvenssignalene og passere gjennom bølgelederen. Dette filteret er kalt et flyktig modusfilter.

Et tynt resistivt kort kan bli satt inn i bølgelederen fra en slissåpning i en av de bredeste veggene til bølgelederen for å danne en justerbar demper, som beskrevet av R.E. Collin i artikkelen "Foundation for Microwave Engineering", publisert av McGraw-Hill, Inc.,

1966, side 262. Graden av dempning kan bli styrt ved å justere inntrengningsdybden til kortet. Demperen gir dempning for alle frekvenser som passerer gjennom bølgelederen.

Ved mikrobølger og millimeterbølgefrekvenser er passive anordninger på en MMIC-

modul typiske mikrostrip eller båndlinjekretsanordninger, innbefattende filtre og dempere. Eksempler på mikrobånd eller båndlinjefilter for MMIC-anvendelser er

beskrevet i US patentene nr. 5 485 131 og nr. 5 319 329. Filtrene verifiseres i mikrobånd og båndlinjekretser generelt med høyt passbåndinnføringstap og dårlig ut-av-bånd awisningsskjøt sammenlignet med de til et bølgelederfilter.

Mikrobånd og båndlinjekretser fremviser transversale elektromagnetiske (TEM) feltmønstre og passive variable komponenter er vanskelig å redusere ved TEM-kretser. Variable dempere har blitt realisert ved MMIC-kretser ved å bruke felteffekttransistor (FET)-kretser, som beskrevet i US patentene nr. 4 837 530 nr. 4 875 023, nr. 4 890 077, nr. 4 996 504 og nr. 5 309 048. Disse kretsene er imidlertid kompliserte og krever aktive komponenter, dvs. felteffekttransistorer. Variable dempere som bruker rene passive innretninger er vanskelig å implementere ved et mikrobånd eller en båndlinjekrets.

Ved en konvensjonell MMIC-modul for millimeterbølgeanvendelser var separate enheter nødvendig for et filter og en justerbar demper, som resulterer i et stort volum, større vekt og høyere kostnader.

I betraktning av vanskelighetene med mikrobånd og båndlinjemikrobølge og millimeterbølgekretser ved realisering av et filter med tilfredsstillende frekvensreaksjon og en gunstig justerbar demper tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et kombinert bølgelederfilter og en demperanordning som er kompatibel for integrasjon på en MMIC-krets.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør fremstilling av et bølgelederfilter med en justerbar demper på en MMIC-modul ved å anvende lavkostteknikk, slik som formstøping eller metallisert injeksjonsstøpt plast, og enda tilveiebringes det en filterytelse og demperjusterbarhet som kan sammenlignes med separate bølgelederfiltre og justerbare dempere. Sammenlignet med separate bølgelederfiltre og dempere er det integrerte filteret/demperen ifølge foreliggende oppfinnelse fysisk mindre og billigere i sin utførelse og derfor egnet for kommersiell anvendelse slik som kommunikasjoner og automobilelektronikk.

Ved den foretrukne beskrivelse tilveiebringes en integrert monolittisk mikrobølgekrets (MMIC)-modul kjennetegnet ved de trekk som fremgår av det medfølgende selvstendige patentkrav 1.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen fremgår av de medfølgende uselvstendige kravene 2 til og med 10.

Den foretrukne utførelsesform er E-planet, som er planet langs bredden av bølgelederen, sentrert om et flatt grunnplan med et enkelt dekksnitt som innbefatter en flerhet av impedanstransformatorer som filterseksjonen. Dette muliggjør at en vegg til bølgelederen åpnes opp for å motta et tynt resistivt kort, som demper signalene som passere gjennom senterbølgesnittet. Inntrengningen av kortet i bølgelederen er justerbart ved å bevege kortet fra utsiden av bølgelederen for derved å tilveiebringe en variabel dempning for signalene.

I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et planriss av en MMIC-modul som har et filter/demper toppenhet med sondekoplinger ved inngangen og utgangen i filteret i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 2 viser et snitt langs linjen 2-2 i Fig. 1, som viser trinnvairasjonene i det

utsparede bunnplanet og toppenhetdelene til bølgelederen.

Fig. 3 viser et snitt av en annen utførelsesform lignende den på Fig. 2, men med

trinn variasjoner kun i toppenhetdelen til bølgelederen.

Fig. 4 viser et snitt av en annen utførelsesform lignende Fig. 2 og 3, men med

avtagende variasjoner i toppenhetdelen til bølgelederen.

Fig. 5 viser et endesnitt langs linjen 5-5 på Fig. 1, som viser endene til

bølgelederen ved utførelsesformene på Fig. 2, 3 og 4.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et indikert bølgelederfilter av en demper som kan fremstilles lett på en integrert monolittisk mikrobølgekrets (MMIC)-modul med god ytelse, billig og gode resultater ved fremstillingen.

Fig. 1 viser en MMIC-modul 6 på hvilke er integrert en filter/demper 8 og andre deler av en MMIC-krets 10. Filteret/demperen 8 har en toppenhet 12 som dekker en bølgeleder 14. Toppenheten 12 er fortrinnsvis festet til en bunnplate 15 til MMIC-modulen 6 ved flere skruer 17. Bølgelederen 14 har et hult indre oppgitt av ledende vegger og er definert av toppenheten 12 og bunnplaten 15. Bølgelederen 14 har en inngangs-koplingssonde 16 nær en ende for å motta mikrobølger og en utgangskoplingssonde 18 nær den andre enden for sending av filtrerte og/eller dempede bølger.

Bølgelederen 14 innbefatter en flerhet av impedansetransformatorer 20, som er variasjoner i bredden på bølgelederen 14 langs dens lengde, vist på Fig. 2. Bølgelederen er anvendt for et høypassfilter, idet bølgelederens bredde innsnevres bak inngangs-koplingen for å avvise mikrobølgeinngangsfrekvenser under grensefrekvensen. Grensefrekvensen fc til TEio modusen til en rektangulær bølgeleder bestemmes av bredden (a) til bølgelederen ved forholdet

og c er fastheten til den elektromagnetiske bølgeforplantningen. For en rektangulær bølgeleder er TE]0 modusen den dominante forplantningsmodusen og har den laveste grensefrekvensen.

Ved frekvenser under grensefrekvensen dempes inngangssignalene og forplantes ikke gjennom bølgelederen. Dempningen i en rektangulær bølgeleder under grensefrekvensen er kjennetegnet av likningen (1) nevnt ovenfor.

Et høypassfilter realiseres ved å redusere bredden på bølgelederen 14. Av kostnads-grunner og pålitelige fremstillinger av filteret er det foretrukket at bølgeledertverrsntttet blir plutselig endret ved diskrete steder langs den lengde. Ved en foretrukket utførelsesform er det en flerhet av trinnimpedanstransformatorer 20 implementert langs bølgelederens 14 lengde. Hver av transformatorene 20 har en lengde på tilnærmet en kvart bølgelengde mellom tilliggende trinnuregelmessigheter for impedansetilpasning. Transformatorene er fortrinnsvis dannet ved maskinering av toppenheten 12 og bunnplaten 15 ved å bruke elektrodynamisk maskineringsteknikker, støping eller preging. Den smaleste bredden (a) til bølgelederen bestemmer grensefrekvensen fc for filteret. Snittet 22 til bølgelederen har en slissåpning 24 for å motta et tynt motstandskort 26 som trenger inn i det indre av snittet 22. Slissåpningen 24 er fortrinnsvis i ett med toppflaten til grunnplaten 15. Motstandskortet 26 virker som en variabel demper som demper signaler til alle frekvenser som utleder seg gjennom bølgelederen. Motstandskortet 26 er fortrinnsvis fremstilt av et høyresistansmateriale, slik som karbon. Motstandskortet 26 er bevegelig slik at dens inntrengning i bølgelederen kan justeres. Ved en foretrukket utførelsesform er den ene enden av motstandskortet 26 holdt av en dreietapp 28 og som er dreibar om dreietappen 28. Motstandskortet 26 er justerbart ved manuell dreiing av det og fastholdes av friksjonskraften mellom dreietappen 28 og motstandskortet 26. Dempningen til alle signalfrekvensene i bølgelederen øker ettersom motstandskortet 26 trenger dypere inn i bølgelederseksjonen 22.

Bølgelederen kan ha mange forskjellige tverrsnittsformer, slik som en rektangulær, sirkulær, ellipseformet eller avlang. For enkel fremstilling av bølgelederen på en MMIC-modul brukes teknikker slik som formstøping eller metallisert injeksjonsplaststøping, idet det fortrinnsvis gis et rektangulært tverrsnitt.

Kopling av mikrobølgeenergien inn og ut av bølgelederen 14 tilveiebringes av henholdsvis inngangssonden 16 og utgangssonden 18. Sondene 16 og 18 er ledende transmisjonslinjesegmenter som delvis trenger inn i den brede veggen til bølgelederen 22 nær kortslutningsendene 28 og 30 til bølgelederen. På grunn av det integrerte filteret med justerbar demper har et hovedsakelig symmetrisk sidetverrsnitt kan inngangen og utgangen av anordningen byttes om ved oppdrift.

Ved en foretrukket utførelsesform, vist på Fig. 3, har bunnplaten 46 til en MMIC-modul 48 en utsparing 50 som danner en del av bølgelederen 52, men den utsparede delen 50

flat over bølgelederlengden og inneholder ikke noe trinnuregelmessigheter. I toppbølge-lederdelen 54 definert av toppenheten 56 er utformet en rekke med trinntransformatorer 58, som hver har en lengde på tilnærmet en kvart bølgelengde og dannet ved plutselige endringer ved diskrete steder langs toppenhetdelen 54 på bølgelederen 52. På grunn av at bunnplaten 46 til MMIC-modulen 48 har en flat rektangulær utsparing uten variasjoner i dybden på utsparingen muliggjør denne utførelsen lave kostnader og gode resultater ved fremstillingen av filter/demper-anordningen.

Ved en annen utførelsesform, vist på Fig. 4, er trinntransformatoren på Fig. 2 og 3 erstattet av en regelmessig variasjon i bredden på bølgelederen 16 langs dens lengde. Grunnplanet 62 til MMIC-modulen 64 har en flat rektangulær utsparing 66 for å danne den nedre delen av bølgelederen 60. Toppenheten 68 utgjør toppdelen av bølgelederen 60 og har regelmessig endring i overgangen sett ifra to ender av bølgelederen 60 mot midten. Den smaleste bredden (a) i bølgelederen bestemmer dens grensefrekvens. Mange mulige utførelser forefinnes ved kopling av mikrobølgene inn og ut av bølgelederfilteret og demperanordningen. Ved en foretrukket utførelsesform som forenkler implementering av inn og utgangskoplingene i en bølgeleder på en MMIC-modul er sonder anvendt for å kople energi inn og ut av anordningen. På Fig. 5 er bunnplanet 15 delvis utsparret og er innrettet med toppenheten 12 for å danne en rektangulær bølgeleder 14. MMIC-sonden 16, som er et konduktivt transmisjonslinje-segment strekkende fra en bånnlinje eller et mikrobånd som trenger delvis inn i bølgelederen 14. Lengden på sonden som trenger inn og avstanden til sonden 16 fra bølgelederens kortslutningsende 28 er nøyaktig bestemt og minimaliserer friksjoner og tap når mikrobølgeenergi koples inn og ut av bølgelederen 14 gjennom sonden 16.

Mens flere illustrative utførelsesformer av oppfinnelsen har blitt vist og beskrevet er naturligvis et utall variasjoner og alternative utførelsesformer mulig for fagmannen på området, idet begrensninger på slike variasjoner og endringer kun er avhengig av oppfinnelsen slik som den fremgår av kravene.

Claims (10)

1. Integrert monolittisk mikrobølgekrets (MMIC)-modul (6), karakterisert ved at den innbefatter en ledende bunnplate (15) en MMIC-krets (10) på bunnplaten (15), en bølgeleder (14) med et transversalt tverrsnitt og en langsgående størrelse på bunnplaten (15), idet bølgelederen (14) innbefatter en flerhet av variasjoner i sin tverrsnittstørrelse, idet det minste tverrsnittet (a) bestemmer bølgelederens grensefrekvens under hvilken elektromagnetiske bølger undertrykkes i amplitude, og signalforbindelser mellom bølgelederen (14) og MMIC-kretsen (10).

2. Modul ifølge krav 1, karakterisert ved at tverrsnittet er rektangulært.

3. Modul ifølge krav 1-2, karakterisert ved at signalforbindelsen videre innbefatter to sonder (16,18) anbrakt for å kople elektromagnetiske bølger inn og ut av bølgelederen (14), idet hver sonde (16,18) som trenger inn i bølgelederen (14) og har en inntrengningslengde og lokalisering nøyaktig bestemt for å minimalisere innføringstapene.

4. Modul ifølge hvilket som helst ett av kravene 1-3, karakterisert ved at variasjoner i tverrsnittet til bølgelederen (14) innbefatter en flerhet av trinnimpedanstransformatorer (20) dannet ved plutselige endringer i tverrsnittstørrelsen langs lengden av bølgelederen (14).

5. Modul ifølge krav 4, karakterisert ved at bølgelederen (14) er definert av en utsparing i bunnplaten (15) og en toppenhet (12) med en utsparing, idet hver av utsparingene har en flerhet med plutselige endringer i deres dybde for å danne en flerhet av trinnimpedanstransformatorer (20).

6. Modul ifølge krav 4, karakterisert ved at bølgelederen (52) er definert av en utsparing (50) i et jordplan (46) og en toppenhet (56) med en utsparing (54), idet jordplanutsparingen (50) har en vesentlig konstant dybde og toppenhetutsparingen (54) har en flerhet med plutselige endringer i dens dybde i utsparingen for å danne en flerhet av trinnimpedanstransformatorer.

7. Modul ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at variasjonene i tverrsnittet til bølgelederen (60) innbefatter kontinuerlige endringer i tverrsnittstørrelsen.

8. Modul ifølge krav 7, karakterisert ved at bølgelederen (60) er definert av en utsparing (66) i et jordplan (62) og en toppenhet (68) med en utsparing (70), idet jordplanutsparingen (62) har en vesentlig konstant dybde og toppenhet (70) utsparingen har en kontinuerlig endring i dybden på utsparingen (70) for å danne variasjoner i tverrsnittet.

9. Modul ifølge krav 1-3, karakterisert ved at den innbefatter en justerbar demper (22) anbrakt for å justere dempningen av elektromagnetiske bølger som forplantes gjennom bølgelederen (14).

10. Modul ifølge krav 9, karakterisert ved at den justerbare demperen (22) videre innbefatter en åpning (24) i bølgelederen (14) tilpasset til å oppta et motstandskort (26) som er bevegelig for å tillate variabel inntrengnings-dybde av kortet (26) i bølgelederen (14), og at den variable inntrengningsdybden bestemmer dempningsgraden i den justerbare demperen (22).