SE511948C2 - Antennanordning innefattande en mikrostripanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511948 2 ledare som är "begravd" i dielektrikat försvåras åtkomsten av ledaren.

Ett ytterligare problem med dielektriska material i mikrostripledare kan vara materialvariationer mellan olika leveranser av ett och samma dielektriska material från en och samma tillverkare.

Ett känt sätt att dielektriska substratet i en mikrostripanordning är att ge reducera fältförlusterna i det det elektriskt ledande materialet en icke-plan utformning.

En nackdelar med denna lösning är att icke-plan utformning driver upp tillverkningskostnaden. Vidare uppstår vissa förluster i själva det elektriskt ledande materialet, jämfört med om materialet vore plant utformat.

En ytterligare typ av förluster som kan uppstå på grund av det dielektriska materialets egenskaper är så kallade reflektionsförluster, med andra ord förluster i den punkt där mikrostripanordningen är ansluten till annan utrustning, i antennfallet företrädesvis sänd- eller mottagarutrustning.

Det amerikanska patentet US 4,521,755 redovisar en anordning vilken syftar till att föšbättra de galvaniska egenskaperna i en utförd i striplineteknik. Denna anordning är för sin funktion transmissionsledning beroende av att vara placerad j. en längsgående kavitet upptagen i ett massivt metallstycke, vilket förefaller göra anordningen skrymmande samt dyr att tillverka. Anordningen kräver vidare bruk av relativt dyra dielektrika, exempelvis RT/DUROID 6010 0.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Ett problem som löses med hjälp av föreliggande uppfinning är således att i en anordning utförd i mikrostripteknik 10 15 20 25 30 35 511948 3 minimera de fältförluster som orsakas av det dielektriska material på vilket det ledande materialet är anordnat.

Ett annat problem som löses med hjälp av föreliggande uppfinning är att minimera inverkan av materialvariationer hos det dielektriska materialet i en mikrostripanordning.

Ytterligare ett problem som löses med hjälp av föreliggande uppfinning är att reducera de reflektionsförluster som föreligger vid en mikrostripanordning.

Genom att lösa de ovannämnda problemen blir det möjligt att i mikrostripanordningar kunna använda den typ av dielektrika som används i konventionell kretskortsteknik. anslutas till Därigenom kan mikrovågskretsar mikrostripanordningar anordnade pâ kretskort som är tillverkade i konventionell kretskortsteknik. Vidare kan mikrostripantenner tillverkas i konventionell kretskortsteknik. Tillverkningskostnaderna för de nämnda typerna av anordningar reduceras därmed kraftigt.

Dessa problem löses med hjälp av en mikrostripanordning som innefattar en första och en andra mikrostripledare. De två mikrostripledarna är av väsentligen samma dimensioner i sin längsriktning och.tvärriktning, och är galvaniskt förbundna med varandra medelst åtminstone en förbindelse. Vidare sträcker sig de två mikrostripledarna väsentligen parallellt med varandra på ömse sidor om ett dielektriska material.

På grund av denna utformning av mikrostripanordningen kommer fältförlusterna samt övrig inverkan på grund av det dielektriska materialet att reduceras ytterst väsentligt, i praktiken erhålles en resulterande mikrostripanordning som med avseende på sina elektriska prestanda skenbart är upphängd i luften. 10 15 20 25 30 35 511 948 4 Mikrostripanordningen innefattar vidare ett eller flera jordplan, vilka sträcker sig väsentligen parallellt med ett plan som definieras av de två mikrostripledarnas utsträckning i längsled och tvärsled.

I en används föredragen antenntillämpning mikrostripanordningen enligt uppfinningen för att excitera strålningselement. I denna tillämpning är jordplan belägna parallellt med mikrostripanordningen, både på dess ovansida och undersida. I det jordplan som är beläget på samma sida om mikrostripanordningen som strålningselementen finns aperturer, ovanför vilka aperturer strålningselementen är belägna.

Mätningar på denna typ av ndkrostripanordning har även visat på kraftigt minskade reflektionsförluster jämfört med tidigare kända mikrostripanordningar. Minskningen är i storleksordningen 6 dB.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare med hjälp av utföringsexempel och med hänvisning till de bifogade ritningarna, där Fig 1 visar en planvy ovanifrån av ett kretskort där föreliggande uppfinning används, och Fig 2 visar ett tvärsnitt av anordningen i fig 1, sedd i ett snitt längs en del av linjen I - I, och Fig 3 är en principiell skiss ovanifrån av föreliggande uppfinning, och Fig 4 visar en planvy ovanifrån av en antennanordning där föreliggande uppfinning används, och 10 15 20 25 30 35 511 948 5 Fig 5 visar ett tvärsnitt av anordningen i fig 4, sedd i ett snitt längs en del av linjen II - II.

FÖREDRAGNA uærönmcsromasn: I fig 1 visas en planvy ovanifrån av ett kretskort 100 i vilket en mikrostripanordning 130 enligt uppfinningen används. Kretskortet är indelat i två delar, benämnda A och B. Del A används för montering av kretsar 102, 104, och 106, avsedda för frekvensområden under mikrovågsområdet, och del B används för högfrekvenskretsar, 112, 114, 116, 118, 120, Mikrovågskretsarna är anslutna till mikrostripanordningen 130. företrädesvis mikrovågskretsar.

När ett kretskort används för kretsar inom så vitt skilda områden som beskrivits ovan kan det vara önskvärt att anordna elektrisk skärmning mellan olika delar av kortet, i föreliggande fall mellan den del av kortet som används för högfrekvenskretsar och övriga delar av kortet. En sådan skärm 110 visas i fig 1 med streckade linjer. Skärmen kan i ett utförande helt enkelt bestå av ett skikt av ledande material, vilket företrädesvis står i förbindelse med ett i anordningen ingående jordplan.

I fig 2 visas ett tvärsnitt av kretskortet 100 i fig 1, sedd framifrån i ett snitt längs en del av linjen I - I.

Som framgår av fig 2 innefattar mikrostripanordningen 130 enligt uppfinningen en första 233 och en andra 233' mikrostripledare vilka är av väsentligen samma dimensioner i sin längsriktning och tvärriktning och är anordnade väsentligen parallellt med varandra på ömse sidor om ett första lager 235 av ett dielektriskt material.

Mikrostripanordningen 130 innefattar vidare minst en galvanisk förbindelse 240 mellan de två mikrostripledarna.

Denna förbindelsen 240 mellan de två mikrostripledarna kan 10 15 20 25 30 35 511 948 6 utformas på ett stort antal olika sätt. En lämplig typ av förbindelse är så kallade via-hål, med andra ord hål som skapas med hjälp av exempelvis mekanisk borrning, laserborrning eller etsning, och därefter görs elektriskt ledande genonx att pläteras med ett elektriskt ledande material.

I fig 2 visas ett exempel där mikrostripledarna 233, 233' är förbundna med hjälp av via-hål 240 längs en linje som utgör en tänkt mittlinje i de tvâ mikrostripledarnas. Vid användning av denna typ av förbindelser bör förbindelserna ej vara längre belägna från varandra än Å/8, där A är centerfrekvensen i. det våglängdsområde som antennen är avsedd för.

I fig 2 visas förbindelsen 240 belägen väsentligen mitt i ledarna 233, 233' med avseende på ledarnas längsriktning.

Denna placering av förbindelsens 240, samt att den sträcker sig igenonxdet dielektriska substratet 235 bör bara ses som exempel på dess placering. Förbindelsen 240 kan placeras på ett stort antal mikrostripledarna 233, 233', vilket kommer att beskrivas andra positioner med avseende på närmare nedan I anordningen 100 ingår lämpligen även ett första jordplan 245, vilket sträcker sig väsentligen parallellt med ett plan som definieras av de två mikrostripledarnas 233, 233' utsträckning i längsled och tvärsled. I fig 2 visas åtskilt från den mest mikrostripledaren 233' med hjälp av ett andra lager dielektriskt material 235'. Detta andra lager dielektriskt jordplanet 245 närbelägna material 235' kan vara utformat som ett lager vilket är skilt från det första lagret 235 dielektriskt material, alternativt kan de två dielektriska lagren 235, 235', vara utformade i ett stycke. Om de två lagren 235, 235' dielektriskt material är utformade som två separata lager 10 15 20 25 30 35 511948 7 behöver de ej nödvändigtvis vara utformade i material med samma dielektriska egenskaper.

Som vidare visas i fig 1 och 2 vetter den första mikrostripledaren 233 mot luft på den av dess ytor som inte vetter mot det första dielektriska materialet 235. För att i detta avseende skapa symmetri i mikrostripanordningen 130 sträcker sig i en föredragen utföringsform den andra mikrostripledaren 233' i en kavitet 246 på den av dess sidor som inte vetter mot det första dielektriska materialet 235. nödvändig. Ett Denna symmetri är önskvärd, men ej exempel på en tänkbar osymmetrisk konstruktion är att en av mikrostripledarna, företrädesvis den andra mikrostripledaren 233', sträcker sig i ett dielektriskt material.

Det är även tänkbart att hålla isär jordplanet 245 från mikrostripanordningen 130 och det första dielektriska lagret 235 med hjälp av dielektriska distanser.

\ Kretsarna 112, 114, 116, 118 och 120 kan förbindas med kretsarna 102, 104 och 106 med hjälp av (ej visade) via-hål eller ledningar på kretskortets yta. På så vis fås förbindelser mellan HF-kretsar och kretsar avsedda för lägre frekvensområden.

I fig 3 visas en principiell skiss ovanifrån av en utföringsform av en ndkrostripanordning 130 föreliggande uppfinning. Som framgår av ritningen är förbindelsernai.denna utföringsfornnbelägna längs en linje som utgör en tänkt mittlinje i de två mikrostripledarna, på ett maximalt avstånd av ungefärligen A/8, där Ä är centerfrekvensen i det enligt våglängdsområde som mikrostripanordningen 130 är avsedd för. 10 15 20 25 30 35 511 948 8 I fig 4 visas en principiell planvy ovanifrån av en antennanordning 400 där en mikrostripanordning 430 enligt föreliggande uppfinning används. Strålningselementen i antennanordningen 400 är rektangulära så kallade patchar 450, men mikrostripanordningen 430 enligt uppfinningen kan i princip användas tillsammans med många olika typer av strålningselement. Patcharna 450 bör med andra ord bara ses som exempel på strålningselement.

I fig 5 visas ett tvärsnitt av anordningen i fig 4, sedd framifrån i ett snitt längs linjen II - II. Som framgår av ritningen innefattar antennanordningen 400 i denna utföringsform ett första 445 och ett andra 445' jordplan, vilka är anordnade på varsin sida om mikrostripanordningen 430, men åtskilda från den av ett första 435 respektive ett andra 435' lager av ett dielektriskt material.

De två lagren 435, 435', dielektriskt material kan alternativt vara utförda sonxett sammanhängande lager i ett och samma material. I det fall att de är utformade som två separata lager kan de vara utformade i olika material.

Det första 445 och det andra 445' jordplanet sträcker sig väsentligen parallellt med ett plan som definieras av de två mikrostripledarnas 433, 433' utsträckning i längs- och tvärsled.

Den mikrostripanordning som visas i fig 4 och 5 innefattar även en eller flera förbindelser 440 mellan de två ndkrostripledarna 433, 433'. Vad som har sagts ovan i anslutning till beskrivningen av fig 1-3 om förbindelsen 240 mellan de två.mikrostripledningarna enligt uppfinningen gäller principiellt även för motsvarande förbindelse 440 i den utföringsfornx sonx visas i fig 4 och 5. Av denna anledning kommer förbindelsen 440 ej att beskrivas ytterligare här. 10 15 20 25 30 35 511948 9 Som visas i fig 5 vetter de två mikrostripledarna 433, 433' med sin ena yta mot det första dielektriska lagret 435. Den av mikrostripledarnas 433, 433' yta som ej vetter mot det dielektriska lagret 435 sträcker sig, i den föredragna utföringsform som visas i fig 5, i luftkaviteter 446, 446' i det andra lagret dielektriskt material 435'.

Genom luftkaviteterna 446, 446', åstadkommas symmetri med avseende på de material som arrangemanget med närmast omger mikrostripanordningen 430, vilket är en önskvärd men ej nödvändig egenskap. I alternativa utföringsformer kan den ena av mikrostripledarna sträcka dielektriskt material medan den andra mnikrostripledaren luftkavitet, alternativt att bägge mákrostripledarna sträcker sig i dielektriska material. sig i ett sträcker sig i en Patcharna 450 som ingår i antennen 400 är, som visas i fig 5, så belägna att de täcker urtagningar i det andra jordplanet 445'. Urtagningarna i det andra jordplanet är belägna väsentligen mitt för mikrostripledarna 433, 433'.

På detta vis exciteras patcharna 450 av mikrostripanordningen 430. Patcharna är i det visade exemplet åtskilda från det andra jordplanet av ett tredje lager' dielektriskt umterial 435". urtagningarna. och strâlningselementen. kan, göras på ett stort antal olika sätt, vilka inte närmare beskrivs här.

Dimensioneringen av Nedan kommer att beskrivas ett antal möjligheter som gäller allmänt för en mikrostripanordning'enligt uppfinningen, och med andra ord även för de bägge utföringsformer som har alltså en kretskortstillämpning. visats ovan, antenntillämpning och en Förbindelsen mellan de två mikrostripledningarna kan utformas på ett stort antal olika sätt. En möjlighet är 10 15 511 948 10 exempelvis att förbinda den första och den andra mikrostripledaren med varandra med hjälp av en sammanhängande förbindelse vilken företrädesvis sträcker sig i ledarnas längsriktning, väsentligen längs hela anordningens längd. En sådan förbindelse blir med andra ord en längsgående skära av elektriskt ledande material.

Ytterligare en möjlighet att förbinda den första och den andra mikrostripledaren med varandra är att ha en eller flera förbindelser vilken/vilka sträcker sig längs hela eller delar av ledarnas ytterkanter.

Uppfinningen är inte begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. En mikrostripanordning enligt uppfinningen kan användas i princip i alla tillämpningar där man önskar minimera inverkan av det dielektriska materialet.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 511 948 ll PATENTKRAV:

1. Antennanordning (400) innefattande en mikrostripanordning (430), minst ett strålningselement (450), åtminstone ett första (435) och ett andra (435') lager dielektriskt material samt ett första (445) och ett andra (445') jordplan, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att mikrostripanordningen (430) innefattar en första (433) och en andra (433') mikrostripledare vilka: - är av väsentligen samma dimensioner i sin längsriktning och tvärriktning, och - är galvaniskt förbundna.med.varandra medelst åtminstone en förbindelse (440), och - sträcker sig väsentligen parallellt med varandra på ömse sidor om det första lagret dielektriskt material (435).

2. Antennanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att åtminstone den ena mikrostripledaren (433,433') sträcker sig i. en kavitet (446,446') i det andra lagret (435') dielektriskt material.

3. Antennanordning (400) enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t d 8 r a v att den första (433) och den andra mikrostripledaren (433') är förbundna med varandra medelst via-hål (350).

4. Antennanordning (400) enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t d 3 r a v att via-hålen (350) är belägna väsentligen mitt i ledarna (433,433') med avseende på ledarnas längsriktning, på ett avstånd maximalt Å/8 från 10 15 20 511 948 12 varandra, där A är den våglängd för vilken mikrostripanordningen (430) huvudsakligen är avsedd.

5. Antennanordning (400) enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att den första (433) och den andra mikrostripledaren (433') är förbundna med varandra medelst en samanhängande förbindelse vilken är belägen väsentligen mitt i ledarna (433,433') med avseende på deras längsriktning.

6. Antennanordning (400) enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att den första (433) och den andra (433') ndkrostripledaren är förbundna med varandra medelst en eller flera förbindelser vilken/vilka sträcker sig längs hela eller delar av ledarnas ytterkanter.

7. Antennanordning (400) enligt någøt kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d att de i strâlningselementen är d ä r a v antennanordningen ingående patchelement vilka matas av mikrostripanordningen (430).