WO2001008252A1 - Übergang von einem hohlleiter auf eine streifenleitung - Google Patents

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Achim Strouhal
Siegbert Martin
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions

Definitions

  • the present invention relates to a transition from a waveguide to a strip line, the strip line running on a substrate protruding through an opening into the waveguide and a ground line belonging to the strip line being contacted with the waveguide wall.
  • Such a transition from a waveguide to a strip line is known from US 5,202,648.
  • the strip line runs on the upper side of the substrate, and the associated ground line consists of a conductive surface which is applied to the opposite side of the substrate and which is in contact with the waveguide wall.
  • a weak point of such transitions between a waveguide and a stripline is an often too low reflection loss and also a too high passage loss.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a transition of the type mentioned at the outset has the highest possible reflection loss and the lowest possible transmission loss.
  • the ground line belonging to the strip line consists of a plurality of ground areas layered one above the other in the substrate, all of which are contacted with one another by means of plated-through holes in the substrate.
  • the multilayer ground line results in a more favorable field conversion from the strip line to the waveguide, which results in a high reflection loss and a low transmission loss for the transition.
  • ground surfaces are applied to the substrate on both sides next to the strip line and that these ground surfaces are contacted via vias with the other ground surfaces layered one above the other in the substrate.
  • the substrate is advantageously fixed to the waveguide wall with at least one screw on a support, the screw being guided through the ground surface and making electrical contact between the latter and the support.
  • a low passage loss is achieved by the fact that the head of the at least one screw rests on one of the lateral ground surfaces next to the strip line on the substrate top and that a conductive band is clamped between the screw head and the ground surface, which is connected to the waveguide wall.
  • At least one conductive elastic body can be inserted between at least one of the two ground surfaces located on the side of the strip line and a projection of the waveguide wall projecting beyond the ground surfaces.
  • a conductive elastic body can be pressed in between the head of the at least one screw and the projection of the waveguide wall.
  • Figure 1 is a perspective view of a transition from a waveguide to a strip line
  • Figure 2 shows a longitudinal section A-A through the transition
  • Figure 3 shows a cross section B-B through the transition.
  • a strip line 2 runs on a multi-layer substrate 1 (multi-layer substrates).
  • a tongue 5 located on the substrate 1 is inserted into the Waveguide 3 protrudes.
  • the end of the strip line 2 running on the tongue 5 acts as an antenna 6 for coupling the waveguide field to the strip line or vice versa.
  • two ground areas 7 and 8 are applied to the top of the substrate next to the strip line 2, and in addition a plurality of ground areas are stacked on top of one another within the multilayer substrate, all of which have the same ground potential.
  • the cross section B-B shown in FIG. 3 through the waveguide 3 into the substrate 1 shows the multilayer ground areas 9 within the substrate 1.
  • the longitudinal section AA shown in FIG. 2 shows the two symmetrical ground surfaces 7 and 8 on both sides of the strip line 2. These ground surfaces 7 and 8 on the upper side of the substrate are electrically conductively connected to the other ground surfaces 9 stacked one above the other within the substrate 1 by a plurality of plated-through holes 10 , The locations and distances of the plated-through holes 10 are selected such that field spreading into the spaces between the ground surfaces of the multilayer substrate 1 is prevented. This could interfere with the function of circuits arranged in the individual substrate layers.
  • the ground surfaces 9 of the substrate 1 preferably project into the waveguide 3 by a few tenths of a millimeter in order to increase the positional tolerance of the substrate 1 with respect to the waveguide 3.
  • the field configuration under the strip line 2 in the waveguide 3 is closely related to the position of the ground surfaces 9. If the position of the substrate 1 is changed slightly, the field remains unchanged due to the position tolerance of the ground surfaces 9.
  • a penetration depth of the ground planes 9 into the waveguide 3 of 0.5-1.0 mm makes sense.
  • the multilayer substrate 1 forms a larger virtual one
  • Mass which creates a field configuration that is better converted into a waveguide shaft. This is because the larger expansion of the mass (due to the large number of stacked ground surfaces) in the direction of the broad side of the waveguide 3 intensifies the field into one
  • through-plating 11 is provided at the end of the antenna 6 of the strip line 2 running on the substrate tongue 5.
  • This through plating 11 at the end of the antenna 6 of the strip line leads to a broadening of the frequency band of the transition from the waveguide 3 to the strip line 2.
  • the thicker structure of the substrate 1 also increases the through-contact 11 at the end of the antenna 6, which leads to a more favorable conversion of the stripline field contributes to the waveguide field.
  • the substrate 1 is fixed by means of at least one screw - in the exemplary embodiment shown in FIG. 2 there are two screws 12 and 13 - on a support 14 extending from the waveguide wall below the opening 4.
  • the screws 12 and 13 rest with their heads on the ground surfaces 7 and 8 applied laterally next to the strip line 2 and thus make electrical contact between the ground surfaces 7 and 8 and the stacked ground surfaces 9 in the substrate 1 and the waveguide wall 14. Characterized in that in addition a contact between the applied on the top of the substrate 1 ground lines 7 and 8 and the Waveguide wall is produced, the through loss of the transition is reduced.
  • This contact can, as shown in Figure 2, by means of conductive strips 15 and 16, which at one end between the heads of the screws 12 and 13 and the conductive surfaces 7 and 8 and at their other end in the parting plane 17 of the two half-shells existing waveguide 3 are clamped.
  • FIG. 3 Another variant for the contacting of the ground surfaces 7, 8 and screws 12, 13 with the waveguide wall is shown in FIG. 3.
  • the waveguide 3 has a wall projection 18 above its opening 4, which protrudes over the ground surfaces 7 and 8 on the top of the substrate 1 protrudes. Between the ground surfaces 7 and 8 on the
  • One or more conductive elastic bodies 19 are clamped in on the substrate top and the wall projection 18.
  • One or more conductive elastic bodies 20 can also be pressed in between the heads of the screws 12 and 13 and the wall projection 18.

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Abstract

Eine auf einem Substrat (1) verlaufende Streifenleitung (2) ragt durch eine Öffnung (4) in einen Hohlleiter (3) hinein, wobei eine zu der Streifenleitung (2) gehörende Masseleitung (9) mit der Hohlleiterwandung kontaktiert ist. Das Substrat (1) ist ein Mehrlagen-Substrat, das mehrere übereinandergeschichtete Masseflächen (9) aufweist, die alle mittels Durchkontaktierungen im Substrat (2) miteinander verbunden sind. Die mehrlagige Masseleitung bewirkt eine günstigere Feldkonvertierung von der Streifenleitung (2) auf den Hohlleiter (3).

Description

Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung, wobei die auf einem Substrat verlaufende Streifenleitung durch eine Öffnung in den Hohlleiter hineinragt und eine zu der Streifenleitung gehörende Masseleitung mit der Hohlleiterwandung kontaktiert ist.
Ein derartiger Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung ist aus der US 5,202,648 bekannt. Dabei verläuft die Streifenleitung auf der Oberseite des Substrats, und die zugehörige Masseleitung besteht aus einer auf der gegenüberliegenden Substratseite aufgebrachten leitenden Fläche, die mit der Hohlleiterwandung kontaktiert ist . Eine Schwachstelle derartig ausgeführter Übergänge zwischen einem Hohlleiter und einer Streifenleitung ist eine oft zu geringe Reflexionsdämpfung und auch eine zu hohe Durchgangsdämpfung .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Übergang der eingangs genannten Art anzugeben, der eine möglichst hohe Reflexionsdämpfung und eine möglichst geringe Durchgangsdämpfung aufweist.
Vorteile der Erfindung
Gemäß Anspruchs 1 besteht die zu der Streifenleitung gehörende Masseleitung aus mehreren im Substrat übereinander geschichteten Masseflächen, die alle mittels Durchkontaktierungen im Substrat miteinander kontaktiert sind. Die mehrlagige Masseleitung bewirkt eine günstigere Feldkonvertierung von der Streifenleitung auf den Hohlleiter, womit sich für den Übergang eine hohe Reflexionsdämpfung und eine geringe Durchgangsdämpfung einstellt .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Dadurch, daß an dem als Antenne wirkenden, in den Hohlleiter hineinragenden Ende der Streifenleitung eine Durchplattierung im Substrat vorgesehen ist, wird der Übergang breitbandiger .
Um eine gute Kontaktierung zwischen der Masseleitung und der Hohlleiterwandung herstellen zu können, ist es zweckmäßig, daß auf dem Substrat zu beiden Seiten neben der Streifenleitung Masseflächen aufgebracht sind und daß diese Masseflächen über Durchkontaktierungen mit den anderen im Substrat übereinander geschichteten Masseflächen kontaktiert sind. Vorteilhafterweise wird das Substrat mit mindestens einer Schraube auf einer Auflage an der Hohlleiterwand fixiert, wobei die Schraube durch die Massefläche hindurchgeführt ist und zwischen diesen und der Auflage einen elektrischen Kontakt herstellt. Eine geringe Durchgangsdämpfung erreicht man dadurch, daß die mindestens eine Schraube mit ihrem Kopf auf einer der seitlichen neben der Streifenleitung auf der Substratoberseite aufgebrachten Masseflächen aufliegt und daß zwischen dem Schraubenkopf und der Massenflache eine leitendes Band eingeklemmt ist, das mit der Hohlleiterwand verbunden ist. Alternativ dazu kann zwischen mindestens einer der beiden seitlich der Streifenleitung befindlichen Masseflächen und einem über die Masseflächen hinausragenden Vorsprung der Hohlleiterwandung mindestens ein leitender elastischer Körper eingesetzt sein. Außerdem kann zwischen dem Kopf der mindestens einen Schraube und dem Vorsprung der Hohlleiterwandung ein leitender elastischer Körper eingepreßt werden.
Zeichnung
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein perspektivische Darstellung eines Übergangs von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung, Figur 2 einen Längsschnitt A-A durch den Übergang und
Figur 3 einen Querschnitt B-B durch den Übergang.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Wie der perspektivischen Prinzipskizze in Figur 1 zu entnehmen ist , verläuft auf einem Mehrlagen-Substrat 1 (Multi-Layer-Substrate) eine Streifenleitung 2 . In einer Seitenwand eines Hohlleiters 3 befindet sich eine Öffnung 4 , durch die eine am Substrat 1 befindliche Zunge 5 in den Hohlleiter 3 hineinragt. Das auf der Zunge 5 verlaufende Ende der Streifenleitung 2 wirkt als Antenne 6 zur Ankopplung des Hohlleiterfeldes an die Streifenleitung bzw. umgekehrt .
Wie in den Figuren 2 und 3 detaillierter dargestellt, sind auf der Substratoberseite neben der Streifenleitung 2 zwei Masseflächen 7 und 8 aufgebracht, und zusätzlich sind innerhalb des Mehrlagen-Substrats mehrere Masseflächen übereinandergeschichtet, die alle das gleiche Massepotential haben. Der in der Figur 3 dargestellte Querschnitt B-B durch den Hohlleiter 3 in das Substrat 1 zeigt die mehrlagigen Masseflächen 9 innerhalb des Substrats 1.
Der in der Figur 2 dargestellte Längsschnitt A-A zeigt die beiden symmetrischen Masseflächen 7 und 8 zu beiden Seiten der Streifenleitung 2. Diese Masseflächen 7 und 8 auf der Substratoberseite sind mit den anderen innerhalb des Substrats 1 übereinander geschichteten Masseflächen 9 durch mehrere Durchkontaktierungen 10 elektrisch leitend verbunden. Die Orte und Abstände der Durchkontaktierungen 10 sind so gewählt, daß eine Feldausbreitung in die Zwischenräume zwischen den Masseflächen des mehrlagigen Substrats 1 verhindert wird. Denn dadurch könnte die Funktion von in den einzelnen Substratlagen angeordneten Schaltungen gestört werden.
Die Masseflächen 9 des Substrats 1 ragen vorzugsweise um einige zehntel Millimeter in den Hohlleiter 3 hinein, um die Lagetoleranz des Substrats 1 gegenüber dem Hohlleiter 3 zu erhöhen. Die Feldkonfiguration unter der Streifenleitung 2 im Hohlleiter 3 hängt eng mit der Lage der Masseflächen 9 zusammen. Wird nun die Lage des Substrats 1 leicht verändert, so bleibt aufgrund der Lagetoleranz der Masseflächen 9 das Feld unverändert. Bei einer Betriebsfrequenz von z.B. 10 GHz ist eine Eindringtiefe der Masseflachen 9 in den Hohlleiter 3 von 0,5 - 1,0 mm sinnvoll .
Das mehrlagige Substrat 1 bildet eine größere virtuelle
Masse, wodurch eine Feldkonfiguration entsteht, die besser in eine Hohlleiterwelle überführt wird. Das Feld wird nämlich durch die größere Ausdehnung der Masse (wegen der vielen übereinandergestapelten Masseflächen) in Richtung der Breitseite des Hohlleiters 3 intensiver in eine
Feldkomponente des Grundwellentyps des Hohlleiters geformt .
Den Figuren 2 und 3 ist zu entnehmen, daß am Ende der auf der Substrat -Zunge 5 verlaufenden Antenne 6 der Streifenleitung 2 eine Durchplattierung 11 vorgesehen ist. Diese Durchplattierung 11 am Ende der Antenne 6 der Streifenleitung führt zu einer Verbreiterung des Frequenzbandes des Überganges vom Hohlleiter 3 auf die Streifenleitung 2. Durch den dickeren Aufbau des Substrats 1 vergrößert sich auch die Durchkontaktierung 11 am Ende der Antenne 6, was zu einer günstigeren Konversion des Streifenleitungsfeldes in das Hohlleiterfeld beiträgt.
Das Substrat 1 ist mittels mindestens einer Schraube - in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Figur 2 sind es zwei Schrauben 12 und 13 - auf einer unterhalb der Öffnung 4 von der Hohlleiterwandung ausgehenden Auflage 14 fixiert. Dabei liegen die Schrauben 12 und 13 mit ihren Köpfen auf den seitlich neben der Streifenleitung 2 aufgebrachten Masseflächen 7 und 8 auf und stellen somit zwischen den Masseflächen 7 und 8 und den übereinander geschichteten Masseflächen 9 im Substrat 1 und der Hohlleiterwandung 14 einen elektrischen Kontakt her. Dadurch, daß zusätzlich ein Kontakt zwischen den auf der Oberseite des Substrats 1 aufgebrachten Masseleitungen 7 und 8 und der Hohlleiterwandung hergestellt wird, wird die Durchgangsdämpfung des Überganges verringert . Diese Kontaktierung kann, wie in Figur 2 dargestellt, mittels leitender Bänder 15 und 16 erfolgen, die an einem Ende zwischen den Köpfen der Schrauben 12 und 13 und den leitenden Flächen 7 und 8 und an ihrem anderen Ende in der Trennebene 17 des aus zwei Halbschalen bestehenden Hohlleiters 3 eingeklemmt werden.
Eine andere Variante für die Kontaktierung der Massenflächen 7, 8 und Schrauben 12, 13 mit der Hohlleiterwandung zeigt die Figur 3. Hier weist der Hohlleiter 3 oberhalb seiner Öffnung 4 einen Wandvorsprung 18 auf, der über die Masseflächen 7 und 8 auf der Oberseite des Substrats 1 hinausragt. Zwischen den Masseflächen 7 und 8 auf der
Substratoberseite und dem Wandvorsprung 18 sind ein oder mehrere leitende elastische Körper 19 eingeklemmt. Auch können zwischen den Köpfen der Schrauben 12 und 13 und dem Wandvorsprung 18 ein oder mehrere leitende elastische Körper 20 eingepreßt werden.

Claims

Ansprüche
1. Übergang von einem Hohlleiter auf eine Streifenleitung, wobei die auf einem Substrat (1) verlaufende Streifenleitung
(2) durch eine Öffnung (4) in den Hohlleiter (3) hineinragt und eine zu der Streifenleitung (2) gehörende Masseleitung (7, 8, 9) mit der Hohlleiterwandung kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseleitung aus mehreren im Substrat (2) übereinander geschichteten Masseflächen (7, 8, 9) besteht, die alle mittels Durchkontaktierungen im Substrat (2) miteinander kontaktiert sind.
2. Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem als Antenne (6) wirkenden, in den Hohlleiter (3) hineinragenden Ende der Streifenleitung (2) eine Durchplattierung (11) im Substrat (2, 5) vorgesehen ist.
3. Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat (1) , zu beiden Seiten neben der Streifenleitung
(2) Masseflächen (7, 8) aufgebracht sind und daß diese Masseflächen (7, 8) über Durchkontaktierungen (10) mit den anderen im Substrat (1) übereinandergeschichteten Masseflächen (9) kontaktiert sind.
4. Übergang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) mit mindestens einer Schraube (12, 13) auf einer Auflage (14) an der Hohlleiterwandung fixiert ist und daß die Schraube (12, 13) durch die Masseflächen (7, 8, 9) hindurchgeführt ist und zwischen diesen und der Auflage (14) einen elektrischen Kontakt herstellt.
5. Übergang nach den Ansprüchen 3 und 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schraube (12, 13) mit ihrem Kopf auf einer der seitlich neben der Streifenleitung (2) auf der Substratoberseite aufgebrachten Masseflächen (7, 8) aufliegt und daß zwischen dem Schraubenkopf und der Massefläche (7, 8) ein leitendes Band (15, 16) eingeklemmt ist, das mit der Hohlleiterwand verbunden ist .
6. Übergang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens einer zu beiden Seiten der Streifenleitung (2) befindlichen Masseflachen (7, 8) auf der Substratoberseite und einem über diese Masseflache (7, 8) hinausragenden Vorsprung (18) der Hohlleiterwandung mindestens ein leitender elastischer Körper (19) eingesetzt ist .
7. Übergang nach den Ansprüchen 4 und 6 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kopf der mindestens einen Schraube (12, 13) und dem Vorsprung (18) der Hohlleiterwandung ein leitender elastischer Körper (20) eingesetzt ist.
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