SE513312C2 - Kopplingsanordning för ett striplinenät - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 312 2 Ett annat sätt att uppnå mellan en striplineanordning och en annan struktur i ett andra lager koppling är att anordna en slits eller annan typ av apertur i det mellanliggande jordplanet. För att uppnå god koppling mellan striplineledaren och slitsen krävs någon form av asymmetri i striplineanordningen.

Ett exempel på sådan asymmetri redovisas i US 5 532 643, vilket redovisar en striplineanordning för koppling mellan striplineledaren och en slits i anordningens ena jordplan.

Anordningen innefattar skivor av ett första dielektriskt material på ena sidan om striplineledaren och skivor av ett andra dielektriskt striplineledaren, där de första och de andra dielektriska Detta arrangemang ger upphov till den asymmetri som behövs för material på andra sidan om materialen har olika dielektricitetskonstanter. att ledaren skall koppla till slitsen och vidare till ledaren i nästa striplineanordning.

En brist med denna anordning är att eftersom den kräver dielektriska striplineledaren kan luft inte genomgående användas som olika material på ömse sidor om dielektriskt material i anordningen. Detta är en nackdel eftersom de flesta dielektriska material andra än luft ger höga förluster på höga frekvenser, vilket gör anordningen svår att använda inom den delen av mikrovågsområdet. Vidare är de flesta dielektriska material med goda egenskaper på höga frekvenser dyra, vilket gör anordningen dyr.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Det problem som löses genom föreliggande uppfinning är således att åstadkomma en anordning för koppling mellan aperturer i jordplanen i ett striplinenät, vilken ger undertryckning av oönskade moder och åstadkommer en god kopplingsgrad. För undertryckning av oönskade moder skall anordningen vara fri från diskontinuiteter, och för att 1| 10 15 20 25 30 35 513 312 3 uppnå god koppling bör anordningen uppvisa elektrisk asymmetri.

Detta. problenx löses genonl en kopplingsanordning 'vilken innefattar ett första och ett andra jordplan vilka är anordnade väsentligen parallellt med varandra, sträcker sig i en gemensam huvudriktning, och vardera uppvisar åtminstone en apertur. En striplineledare är anordnad mellan det första och det andra jordplanet, ett första dielektriskt lager är beläget mellan striplineledaren och det första jordplanet, och ett andra dielektriskt lager är beläget mellan striplineledaren och det andra jordplanet.

Striplineledaren uppvisar en första huvudyta vänd mot det första jordplanet och en andra huvudyta vänd mot det andra jordplanens anslutning till aperturer jordplanet. I överstigs avståndet från aperturen till striplineledarens mest närbelägna huvudyta väsentligen av avståndet från nämnda huvudyta till det andra jordplanet.

Detta förhållande mellan avstånden från respektive apertur till det andra jordplanet och till striplineledaren gör att en elektrisk asymmetri kommer att "upplevas" av anordningen, vilket gör att den önskade kopplingen mellan aperturerna och striplineledaren erhålles.

Oönskade moder undertrycks genom att avståndet från respektive jordplan till striplineledarens mest närbelägna huvudyta är väsentligen konstant inom anordningen, det är med andra ord väsentligen fritt från diskontinuiteter, vilket gör att anordningen även uppvisar mekanisk enkelhet.

Företrädesvis är dessutom avstånden till striplineledarens mest närbelägna huvudyta från respektive jordplan, och därmed från respektive jordplans apertur, väsentligen lika stora. 10 15 20 25 30 35 513 312 4 Eftersom uppfinningen gör det möjligt att konstruera en anordning med nækanisk symmetri kan samma dielektriska material användas på bägge sidorna om striplineledaren. Det dielektriska nmterial som användes är i. en föredragen utföringsform luft, vilket eliminerar dielektriska förluster.

Ytterligare fördelaktiga utföringsformer anges i de bifogade underkraven.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hjälp av exempel på utföringsformer och med hänvisning till de bifogade ritningarna, där: Fig 1 visar ett principiellt tvärsnitt av en anordning enligt uppfinningen, och Fig 2 visar en perspektivskiss av en anordning enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER: I fig 1 visas ett tvärsnitt från sidan av en anordning 100 enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen.

Anordningen 100 innefattar ett första jordplan 160 och ett andra jordplan 110, vilka sträcker sig parallellt med varandra i en gemensam huvudriktning och har vardera en apertur 170, 120.

Anordningen 100 innefattar vidare en striplineledare 130 vilken har en första huvudyta 150 vänd mot det första jordplanet 160, och en andra huvudyta 140 vänd mot det andra jordplanet 110. Striplineledaren 130 är anordnad mellan de två jordplanen, väsentligen parallellt med dem.

Pâ ömse sidor om striplineledaren finns ett dielektriskt material 180, 190. Detta dielektriska material visas ej, 10 15 20 25 30 35 513 312 5 utan antyds enbart genom att fig 1 visar de mellanrum på ömse sidor om striplineledaren 130 i vilka dielektriskt material kan anordnas.

Ett syfte med anordningen 100 är att åstadkomma god elektrisk koppling mellan aperturen 170 i det första jordplanet 160 och aperturen 120 i det andra jordplanet 110 via koppling till striplineledaren 130. God koppling mellan aperturerna via striplineledaren kommer endast att uppnås om anordningen 100 är asymmetrisk sedd från det första jordplanet 160 i vinkelrät riktning mot striplineledaren 130 och det andra jordplanet 110.

Denna önskade asymmetri uppnås i anordningen enligt uppfinningen genom att striplineledaren 130 i anordningen 100 ges en sådan tjocklek H att i anslutning till 170,120 i 160,l10 avståndet (d1,dfl) från aperturen till striplineledarens 130 aperturerna jordplanen överstigs mest närbelägna huvudyta 150,140 väsentligen av avståndet (d2flL') från nämnda huvudyta till det andra jordplanet.

I en utföringsform uppnås det önskade förhållandet mellan avstånden (d1,d2nL',d2') genom att striplineledaren 130 ges en tjocklek H som är av samma föredragen storleksordning som avstånden UL,d¶) från respektive apertur l20,170 till striplineledarens 130 mest närbelägna huvudyta 150,140.

I en alternativ utföringsform kan det önskade förhållandet (dxrdzïdll rdf) striplineledaren 130 ges en tjocklek H som är hälften så stor som avstånden (d,¿L') från (l20,170) till striplineledarens (130) mest närbelägna huvudyta (150,140). mellan avstånden uppnås genom att respektive apertur 10 15 20 25 30 35 513 312 6 Det önskade förhållandet mellan avstånden (d,flL;d,',df) kan givetvis uppnås på ett stort antal andra sätt med bibehållen god funktion. De dimensioner på striplineledaren 130 som har nämnts ovan bör enbart ses som exempel på föredragna utföringsformer, vilka har det gemensamt att de är förhållandevis enkla att tillverka. För att ge en god funktion är det dock lämpligt om striplineledaren 130 uppvisar en tjocklek H som ligger inom intervallet d/4sHs2d, där d är endera av avstånden (d”cL') från respektive apertur (120,170) till striplineledarens (130) mest närbelägna huvudyta (150,140).

I en föredragen utföringsform på frekvensområdet 40 GHz är avstånden (d,flL') från aperturerna till striplineledaren 0.5 mm, men även 1 mm är ett tänkbart mått. I de utföringsformer där striplineledaren 130 ges en tjocklek som är i samma storleksordning som avstånden kommer striplineledarens tjocklek med andra ord att vara i storleksordningen 0.5 mm eller 1 mm.

I de utföringsformer där striplineledaren 130 ges en hälften av aperturerna till striplineledaren blir striplineledarens tjocklek som motsvarar avstånden från tjocklek 0.25 m eller 0.5 mm i utföringsformen på frekvensområdet 40 GHz.

Ytterligare ett önskemål på anordningen enligt uppfinningen är att oönskade moder skall undertryckas så mycket som möjligt. Sådan undertryckning kommer att erhållas om anordningen är fri från diskontinuiteter, vilket uppnås enligt uppfinningen eftersom striplineledaren 130 i anordningen 100 har konstant tjocklek, är väsentligen plan, och placerad mellan och väsentligen parallellt med de två jordplanen 110,160, med luft som dielektrika. 10 15 20 25 30 35 513 312 7 Med striplineledaren 130 placerad väsentligen mitt emellan de två jordplanen kommer avstånden (d”d,') från de två jordplanen 110,l60 till striplineledaren 130 att bli väsentligen lika stora. På grund av detta kan de dielektriska material 180, 190 som är belägna på ömse sidor om striplineledaren 130 ha samma dielektricitetskonstant, vilket i sin tur gör det möjligt att använda luft som dielektriskt material på ömse sidor om striplineledaren, något som är fördelaktigt eftersom luft har ytterst goda egenskaper som dielektrika, exempelvis med avseende på förluster.

Om luft används som dielektrika skiljs företrädesvis striplineledaren 130 mekaniskt från de två jordplanen 160, 110 med hjälp av distanser placerade på utvalda ställen längs ledaren och utförda i ett material med så små dielektriska förluster sonlmöjligt. Ett annat alternativ är att skilja jordplan och striplineledare åt genom att placera plattor av ett lämpligt dielektriskt material mellan striplineledaren och de två jordplanen, med plattorna dimensionerade så att de endast delvis uppfyller utrymmena mellan ledaren och jordplanen. Lämpligen görs då genomgående hål i plattorna på så stor del av deras yta som den önskade mekaniska stabiliteten medger, för att på så vis kombinera den mekaniska stabilitet plattorna ger med de dielektriska egenskaperna hos luft.

I fig 2 visas en perspektivskiss av en anordning 200 där uppfinningen tillämpas. Anordningen 200 är en antenn avsedd för bruk på det högre mikrovågsområdet, ca 40 GHz. Antennen innefattar ett första jordplan 210 vilket utgörs av en vägg i en vågledarstruktur 220. Som antyds i fig 2 är vågledarstrukturen delad längs ett plan som sträcker sig parallellt med en striplineledare 240 i anordningen. På grund av denna delning mitt i vågledarens breda sida bryts inga strömbanor och_läckning motverkas. 10 15 20 25 30 35 513 312 8 I vågledarstrukturen finns en slits, 230. Placerad ovanför vågledarstrukturen 220 på ett förutbestämt avstånd från denna finns en striplineledare 240. Striplineledaren 240 hålls galvaniskt skild från jordplanet 210 exempelvis av dielektriska distanser eller plattor på det sätt som har beskrivits ovan i anslutning till fig 1. I fig 2 visas ej de medel som används för att hålla de ledande delarna av konstruktionen 200 galvaniskt åtskilda från varandra.

Med hjälp av striplineledaren delas effekt ut till ett antal punkter Q i. anordningen. Ovanför striplineledaren 240, galvaniskt åtskilt från den, finns anordnat ett andra jordplan 250. I detta andra jordplan 250 finns slitsar anordnade mitt för varje punkt Q. Slitsarna är lämpligtvis anordnade vinkelrät mot den del av striplineledaren de är belägna ovanför, och skärs i sin mittpunkt av striplineledaren. Givetvis är även andra vinklar nællan slitsarna och ledaren tänkbara.

Ovanför det andra jordplanet 250 finns anordnat ett antal patchar P. Varje patch P är belägen väsentligen mitt för en slits i det andra jordplanet 250.

Genom.uppfinningen uppnås således att man kan konstruera en antenn vilken har den asymmetri som behövs för att kunna koppla från aperturer i jordplan till en striplineledare och vice versa, samtidigt som undertryckning av oönskade moder uppnås genom att uppfinningen möjliggör en anordning vilken är fri från diskontinuiteter. På grund av detta kan luft användas som huvudsakligt dielektriskt material på ömse sidor om striplineledaren.

Den anordning som visas i fig 2 är ett exempel på hur en kopplingsanordning enligt uppfinningen kan användas för att låta aperturer i ett av jordplanen 250 mata en anordning struktur P utanför eller kopplingsanordningen. Den 10 15 20 513 312 9 anordning eller struktur som matas är givetvis inte begränsad till patchar, som visas i anslutning till fig 2, utan kan varieras på ett stort antal sätt.

Uppfinningen är inte begränsad till de utföringsformer som har beskrivits ovan, utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Exempelvis kan uppfinningen i. princip tillämpas j. alla sammanhang där man önskar koppla mellan slitsar i två jordplan via en striplineledare. Ett exempel på en sådan tillämpning är en antennanordning i vilken en av jordplanens aperturer används som strålningselement.

Vidare kan en kopplingsanordning enligt uppfinningen användas för att låta en av jordplanens aperturer koppla till en ledare. En variant av denna utföringsform är att låta ett av de jordplan som ingår i anordningen enligt uppfinningen även vara jordplan för en ledare. I en annan utföringsform kan, som visats i anslutning till exemplet i fig 2 ovan, det ena jordplanet i anordningen enligt uppfinningen utgöra en vägg i en vågledare.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 513 312 10 PATENTKRAV :

1. Kopplingsanordning (100, 200) för ett striplinenät, vilken innefattar: - ett första (160) och ett andra (110) jordplan vilka är anordnade väsentligen parallellt med varandra, sträcker sig i en gemensam huvudriktning, samt vardera uppvisar åtminstone en apertur (170,120), - en striplineledare (130) anordnad mellan det första (160) och det andra (110) jordplanet, - ett första (190) dielektriskt lager beläget mellan striplineledaren (130) och det första jordplanet (160), - ett andra (180) dielektriskt lager beläget mellan striplineledaren (130) och det andra jordplanet (110), där striplineledaren uppvisar en första huvudyta (150) vänd mot det första jordplanet och en andra huvudyta (140) vänd mot det andra jordplanet, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att i anslutning till jordplanens aperturer (170,120) överstigs avståndet (d”cL') (130,230) mest närbelägna huvudyta (150,140) väsentligen av avståndet från aperturen till striplineledarens (dUd,') från nämnda huvudyta till det andra jordplanet (l10,160).

2. Kopplingsanordning (l00,200) enligt krav 1, i vilken avstånden (d,fl¶') från respektive jordplans (l60,ll0) aperturer (170,l20) till striplineledarens (130) mest närbelägna huvudyta (l50,l40) är väsentligen lika stora.

3. Kopplingsanordning (100) enligt krav l eller 2, i vilken striplineledaren (130) är väsentligen plan, anordnad huvudsakligen parallellt med jordplanen (l10,160), samt uppvisar en tjocklek H som är av samma storleksordning som 10 15 20 25 30 35 513 312 11 avstånden (d1flL') från respektive apertur (120,170) till striplineledarens (130) mest närbelägna huvudyta (140,150).

4. Kopplingsanordning (100) enligt krav 1 eller 2, i vilken striplineledaren (130) är väsentligen plan, anordnad huvudsakligen parallellt næd jordplanen (ll0,l60), samt uppvisar en tjocklek H som är hälften så stor som avstånden (away) från (12o,17o) till striplineledarens (130) mest närbelägna huvudyta (150,140). respektive apertur

5. Kopplingsanordning (100) enligt krav 1 eller 2, i vilken striplineledaren (130) är väsentligen plan, anordnad huvudsakligen parallellt med jordplanen (ll0,l60), samt uppvisar en tjocklek H som ligger inom intervallet d/4sHs2d, där d är endera av avstånden (d,flL') från respektive apertur (l20,l70) till striplineledarens (130) mest närbelägna huvudyta (150,l40).

6. Kopplingsanordning (100,200) enligt något av föregående krav, i vilken en av jordplanens aperturer (120,170) används som strålningselement i en antenn.

7. Kopplingsanordning (100,200) enligt något kraven 1-5, i vilken en av jordplanens aperturer (120,170) används för att mata en anordning utanför kopplingsanordningen.

8. Kopplingsanordning (100,200) enligt något kraven 1-5, i vilken en av jordplanens aperturer (120,l70) används för att mata en patch utanför kopplingsanordningen.

9. Kopplingsanordning (100,200) enligt något av kraven 1-5, i vilken åtminstone en av jordplanens aperturer (l20,l70) kopplar till en ledare.

10. ; Kopplingsanordning enligt krav 9, där åtminstone det ena jordplanet (l60,1lO) även är jordplan för en ledare. 513 312 12

11. Kopplingsanordning (100,200) enligt något av föregående krav, i vilken åtminstone det ena jordplanet (160) utgör en vägg i en vågledare.