WO2022268466A1 - Uwb-bandpassfilter - Google Patents

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uwb
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Jörg Schrape
Belal ABU SUHEIL
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/2039—Galvanic coupling between Input/Output
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H05K1/024—Dielectric details, e.g. changing the dielectric material around a transmission line
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K2201/01—Dielectrics
    • H05K2201/0183—Dielectric layers

Definitions

  • the invention relates to a UWB bandpass filter formed by a printed circuit board, the printed circuit board
  • the filter structure has an input connection and an output connection, between which a line runs, which has a plurality of first line sections and second line sections, and
  • the filter structure has a plurality of first stub lines which are arranged between the first line sections and branch off from the second line sections.
  • a UWB bandpass filter with the characteristics mentioned above is described in Chapter 3 of Cem Cansever's master's thesis entitled "Design of a Microstrip Bandpass Filter for 3.1-10.6 GHz Uwb Systems”(2013); Electrical Engineering and Computer Science - Theses. 1 ; https://surface.syr.edU/eecs_thesis/1.
  • the line between the input port and the output port extends along a line between the input port and the output port.
  • the stub lines branch off at a right angle to this. All stubs are on one side the line between the input port and the output port.
  • the circuit board that forms the UWB bandpass filter is long and narrow. As a result, the UWB bandpass filter or the printed circuit board has a large overall length. As a result, the UWB bandpass filter described is unsuitable for some applications.
  • the invention was therefore based on the problem of changing a UWB bandpass filter, which is formed by a printed circuit board, in such a way that the printed circuit board or the UWB bandpass filter has a smaller overall length and is more compact.
  • first line sections and the stub lines are arranged parallel to one another.
  • the first line sections, which lie between the first stub lines, are rotated by 90° compared to the design known from the prior art.
  • the circuit board can be shortened at the expense of a greater width of the circuit board, and thus a smaller overall length can be achieved.
  • the printed circuit board is therefore more compact overall and better suited for many applications.
  • first stub lines branch off from the second line sections alternately in a first direction and a second direction.
  • the second line sections can extend at right angles to the first line sections.
  • the design of the line can be chosen in such a way that all first stub lines that branch off in the first direction start on or in the area of a first straight line, and that all first stub lines that branch off in the second direction start on or in the area of a second straight line begin that runs parallel to the first line.
  • the first line sections lie on a strip between the first and second straight lines
  • the second line sections lie on the first or second straight line or directly or at a small distance parallel to the first line or the second straight line.
  • the first stubs can run at right angles to the first or second straight line.
  • the printed circuit board can have a second dielectric layer and the filter structure can be embedded on a first side of the second dielectric layer and between the first and the second dielectric layer.
  • a second ground layer of electrically conductive material may be disposed on a second side of the second dielectric layer.
  • the printed circuit board or the UWB band-pass filter can be designed using shielded stripline technology, which means that a high degree of resistance to radiation and radiation can be achieved.
  • first stub lines that are not connected to the second line sections can be connected to the first or second ground layer via first through-connections routed through the first or second dielectric layer.
  • a direct current path to ground is formed at the same time as the bandpass filter characteristic achieved, which causes ESD protection for a circuit connected downstream of the filter.
  • first ground layer and the second ground layer may be connected to each other via second vias routed through the dielectric layers.
  • Such via guards can also improve the ingress and emissivity.
  • the printed circuit board or the dielectric material of the printed circuit board can be standard FR4 printed circuit board material, which has the advantage of low costs.
  • FIG. 1 is a perspective view of the circuit board forming the UWB bandpass filter with a second ground layer and a second dielectric layer removed to reveal the filter structure; and
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the circuit board.
  • the exemplary embodiment of the UWB bandpass filter illustrated in the figures is a fourth-order bandpass filter with an input connection 1 and an output connection 2.
  • An electrically conductive line 3 with first line sections 31 and second line sections 32 runs between the input connection 1 and the output connection 2
  • Electrically conductive first stub lines 4 branch off from the second line sections 32 .
  • the line 3 and the first stubs 4 form a filter structure 3, 4.
  • This filter structure 3, 4 is embedded between a first electrically conductive ground layer 61 and the second electrically conductive ground layer 62.
  • a first dielectric layer 81 and a second dielectric layer 82 are provided between the ground layers 6 and the filter structure 3, 4, in which electromagnetic waves can propagate.
  • the filter structure 3, 4 is also laterally surrounded by dielectric material.
  • the filter structure 3, 4 is compact, so that the printed circuit board and the UWB bandpass filter formed by the printed circuit board are also designed to be compact.
  • This is achieved in that the first and the second line sections 31, 32 are not lined up along a line, but successive line sections 31, 32 are bent at angles of 90° to one another. This means that the first line sections 31 are arranged parallel to one another.
  • the second line sections 32 connect the end of a preceding first line section 31 to the start of a following first line section 31.
  • One of the first line sections 31 is connected to the input connection 1 and another of the first line sections 31 is connected to the output connection 2, so that ultimately line 3 connects input port 1 and output port 2.
  • the second line sections lie either on or in the area of a first straight line or on or in the area of a second straight line, between which the first line sections 31 extend.
  • the first stub lines 4 branch out at a right angle from the second line sections alternately in a first direction and a second direction. For this purpose, the first ends of the stub lines 4 are connected to the second line sections 32 .
  • the printed circuit board has various vias 5, 7.
  • First vias 5 connect second ends of the stubs 4 to the ground layers 61, 62, thereby establishing a DC path to ground which provides ESD protection for a subsequent circuit.
  • the first stubs 4 are thereby short-circuited.
  • Second plated-through holes 7 connect the two ground layers 61, 62, as a result of which high ingress and emissive strength is achieved. These second vias are provided along the edge of the circuit board.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein UWB-Bandpassfilter gebildet durch eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte - eine erste dielektrische Schicht (81) aus einem dielektrischen Substrat, - eine Filterstruktur (3, 4) aus elektrisch leitendem Material, auf einer ersten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81), - eine erste Masseschicht (61) aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81), aufweist, - wobei die Filterstruktur (3, 4) einen Eingangsanschluss (1) und einen Ausgangsanschluss (2) aufweist, zwischen dem eine Leitung (3) verläuft, die mehrere erste Leitungsabschnitte (31) und zweite Leitungsabschnitte (32) aufweist, und - wobei die Filterstruktur (1, 2) mehrere Stichleitungen (4) aufweist, die zwischen den ersten Leitungsabschnitten (31) angeordnet sind und die von den zweiten Leitungsabschnitten (32) abzweigen, - wobei die ersten Leitungsabschnitte (31) und die Stichleitungen (4) parallel zueinander angeordnet sind, - wobei die Längsleitung (10) der mittleren ersten Leitungsabschnitte (31) eingefügt wird, aus der zwei um die mittlere erste Leistungsabschnitte rotationssymmetrische offene Stichleitungen (9) abzweigen.

Description

UWB-Bandpassfilter
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein UWB-Bandpassfilter gebildet durch eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte
- eine erste dielektrischen Schicht aus einem dielektrischen Substrat,
- eine Filterstruktur aus elektrisch leitendem Material, auf einer ersten Seite der ersten dielektrischen Schicht,
- eine erste Masseschicht aus elektrisch leitendem Material auf einer zweiten Seite der ersten dielektrischen Schicht, aufweist,
- wobei die Filterstruktur einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsan schluss aufweist, zwischen dem eine Leitung verläuft, die mehrere erste Lei tungsabschnitte und zweite Leitungsabschnitte aufweist, und
- wobei die Filterstruktur mehrere erste Stichleitungen aufweist, die zwischen den ersten Leitungsabschnitten angeordnet sind und die von den zweiten Lei tungsabschnitten abzweigen.
Aus dem Dokument US 10 116 024 B2 ist ein Kerbfilter bekannt, das in der sogenann ten Microstrip-Technologie aufgebaut ist. Dazu ist auf einer Seite einer dielektrischen Schicht eine Filterstruktur vorgesehen.
Ein UWB-Bandpassfilter mit den eingangs genannten Merkmalen ist in Kapitel 3 der Masterarbeit von Cem Cansever mit dem Titel "Design of a Microstrip Bandpass Filter for 3.1-10.6 GHz Uwb Systems" (2013); Electrical Engineering and Computer Science - Theses. 1 ; https://surface.syr.edU/eecs_thesis/1 beschrieben. Die Leitung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss erstreckt sich entlang einer Li nie zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss. In einem rechten Winkel dazu zweigen die Stichleitungen ab. Alle Stichleitungen liegen auf einer Seite der Leitung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss. Die Lei terplatte, die das UWB-Bandpassfilter bildet, ist lang und schmal. Dadurch hat das UWB-Bandpassfilter bzw. die Leiterplatte eine große Baulänge. Dadurch ist das be schriebene UWB-Bandpassfilter für einige Anwendungen ungeeignet.
Der Erfindung lag daher das Problem zugrunde, ein UWB-Bandpassfilter, das durch eine Leiterplatte gebildet ist, so zu verändern, dass die Leiterplatte bzw. das UWB- Bandpassfilter eine kleinere Baulänge aufweist und kompakter ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ersten Leitungsab schnitte und die Stichleitungen parallel zueinander angeordnet sind. Die ersten Lei tungsabschnitte, die zwischen den ersten Stichleitungen liegen, werden gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Design um 90° gedreht. Dadurch kann zu Lasten einer größeren Breite der Leiterplatte eine Verkürzung der Leiterplatte und so mit eine kleinere Baulänge erreicht werden. Die Leiterplatte ist dadurch insgesamt kompakter und besser für viele Anwendungen geeignet.
Es ist von Vorteil, wenn die ersten Stichleitungen von den zweiten Leitungsabschnit ten abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung abzweigen.
Dadurch wird eine geringe parasitäre Verkopplung erreicht.
Die zweiten Leitungsabschnitte können im rechten Winkel zu den ersten Leitungsab schnitten verlaufen.
Das Design der Leitung kann so gewählt sein, dass alle ersten Stichleitungen, die in die erste Richtung abzweigen, auf oder im Bereich einer ersten Geraden beginnen, und dass alle ersten Stichleitungen, die in die zweite Richtung abzweigen, auf oder im Bereich einer zweiten Geraden beginnen, die parallel zur ersten Linie verläuft. Die ers ten Leitungsabschnitte liegen dadurch auf einem Streifen zwischen der ersten und der zweiten Geraden und die zweiten Leitungsabschnitte liegen auf der ersten bzw. der zweiten Geraden oder unmittelbar oder mit geringem Abstand parallel zu der ersten bzw. der zweiten Geraden. Die ersten Stichleitungen können in einem rechten Winkel zu der ersten bzw. zweiten Geraden verlaufen.
Die Leiterplatte kann erfindungsgemäß eine zweite dielektrische Schicht aufweisen und die Filterstruktur kann auf einer ersten Seite der zweiten dielektrischen Schicht und zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht eingebettet sein.
Dann kann eine zweite Masseschicht aus elektrisch leitendem Material auf einer zwei ten Seite der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet sein. So kann die Leiterplatte bzw. das UWB-Bandpassfilter in geschirmter Stripline-Technik ausgeführt sein, wodurch eine hohe Einstrahl- und Abstrahlfestigkeit erreicht werden kann.
Die nicht mit den zweiten Leitungsabschnitten verbundenen Enden der ersten Stichlei tungen können über durch die erste bzw. zweite dielektrische Schicht geführte erste Durchkontaktierungen mit der ersten bzw. zweiten Masseschicht verbunden sein. Dadurch wird gleichzeitig zur erzielten Bandfiltercharakteristik ein Gleichstrompfad zur Masse gebildet, was einen ESD-Schutz für eine dem Filter nachgeschaltete Schaltung bewirkt.
Außerdem können die erste Masseschicht und die zweite Masseschicht über durch die dielektrischen Schichten geführte zweite Durchkontaktierungen mit einander ver bunden sein. Auch durch solche Via-Guards kann die Ein- und Abstrahlfestigkeit ver bessert werden.
Die Leiterplatte bzw. das dielektrisch Material der Leiterplatte kann Standard-FR4- Leiterplattenmaterial sein, was den Vorteil geringer Kosten hat.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der das UWB-Bandpassfilter bildenden Leiter platte, wobei eine zweite Masseschicht und eine zweite dielektrische Schicht entfernt sind, so dass die Filterstruktur erkennbar ist, und Fig. 2 eine Darstellung eines Schnitts durch die Leiterplatte.
Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel des UWB-Bandpassfilters ist ein Bandpassfilter vierter Ordnung mit einem Eingangsanschluss 1 und einem Ausgangs anschluss 2. Zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 2 ver läuft eine elektrisch leitende Leitung 3 mit ersten Leitungsabschnitten 31 und zweiten Leitungsabschnitten 32. Von den zweiten Leitungsabschnitten 32 zweigen elektrisch leitende erste Stichleitungen 4 ab. Die Leitung 3 und die ersten Stichleitungen 4 bilden eine Filterstruktur 3, 4. Diese Filterstruktur 3, 4 ist zwischen einer ersten elektrisch lei tenden Masseschicht 61 und der zweiten elektrisch leitenden Masseschicht 62 einge bettet.
Zwischen den Masseschichten 6 und der Filterstruktur 3, 4 sind eine erste dielektri sche Schicht 81 und eine zweite dielektrische Schicht 82 vorgesehen, in denen sich elektromagnetische Wellen ausbreiten können. Die Filterstruktur 3, 4 ist auch seitlich von dielektrischem Material umgeben.
Die Filterstruktur 3, 4 ist kompakt, so dass die Leiterplatte und das von der Leiterplatte gebildete UWB-Bandpassfilter ebenfalls kompakt gestaltet sind. Das wird dadurch er reicht, dass die ersten und die zweiten Leitungsabschnitte 31 , 32 nicht entlang einer Linie aneinandergereiht sind, sondern aufeinanderfolgende Leitungsabschnitte 31 , 32 in Winkeln von 90° zueinander abgewinkelt sind. Dadurch sind die ersten Leitungsab schnitte 31 parallel zueinander angeordnet. Die zweiten Leitungsabschnitte 32 verbin den das Ende eines vorhergehenden ersten Leitungsabschnitts 31 mit dem Anfang ei nes folgenden ersten Leitungsabschnitts 31. Einer der ersten Leitungsabschnitte 31 ist mit dem Eingangsanschluss 1 und ein weiterer der ersten Leitungsabschnitte 31 ist mit dem Ausgangsanschluss 2 verbunden, so dass letztlich die Leitung 3 den Ein gangsanschluss 1 und den Ausgangsanschluss 2 verbindet. Die zweiten Leitungsabschnitte liegen entweder auf oder im Bereich einer ersten Ge raden oder auf oder im Bereich einer zweiten Geraden, zwischen denen sich die ers ten Leitungsabschnitte 31 erstrecken.
Die ersten Stichleitungen 4 zweigen in einem rechten Winkel von den zweiten Lei tungsabschnitten abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung nach außen ab. Dazu sind erste Enden der Stichleitungen 4 mit den zweiten Leitungsab schnitten 32 verbunden.
Die Leiterplatte weist verschiedene Durchkontaktierungen 5, 7 auf. Erste Durchkon taktierungen 5 verbinden zweite Enden der Stichleitungen 4 mit den Masseschichten 61 , 62, wodurch ein Gleichstrompfad nach Masse hergestellt ist, der einen ESD- Schutz für eine nachfolgende Schaltung bewirkt. Die ersten Stichleitungen 4 sind dadurch kurzgeschlossen. Zweite Durchkontaktierungen 7 verbinden die beiden Mas seschichten 61 , 62, wodurch eine hohe Ein- und Abstrahlfestigkeit erreicht wird. Diese zweiten Durchkontaktierungen sind entlang des Randes der Leiterplatte vorgesehen.
Bezugszeichenliste
1 Eingangsanschluss
2 Ausgangsanschluss
3 Leitung
31 erste Leitungsabschnitte
32 zweite Leitungsabschnitte
4 erste Stichleitungen
5 erste Durchkontaktierungen
6 Masseschichten
61 erste Masseschichten
62 zweite Masseschichten
7 zweite Durchkontaktierungen
8 dielektrische Schichten
81 erste dielektrische Schicht
82 zweite dielektrische Schicht
9 zweite Stichleitungen
10 schmaler Bereich eines ersten Leitungsabschnitts.

Claims

UWB-Bandpassfilter Patentansprüche
1. UWB-Bandpassfilter gebildet durch eine Leiterplatte, wobei die Leiterplatte
- eine erste dielektrische Schicht (81) aus einem dielektrischen Sub strat,
- eine Filterstruktur (3, 4) aus elektrisch leitendem Material, auf einer ersten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81),
- eine erste Masseschicht (61) aus elektrisch leitendem Material auf ei ner zweiten Seite der ersten dielektrischen Schicht (81), aufweist, wobei die Filterstruktur (3, 4) einen Eingangsanschluss (1) und einen Aus gangsanschluss (2) aufweist, zwischen dem eine Leitung (3) verläuft, die mehrere erste Leitungsabschnitte (31) und zweite Leitungsabschnitte (32) aufweist, und wobei die Filterstruktur (3, 4) mehrere erste Stichleitungen (4) aufweist, die zwischen den ersten Leitungsabschnitten (31) angeordnet sind und die von den zweiten Leitungsabschnitten (32) abzweigen, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Leitungsabschnitte (31) und die ersten Stichleitungen (4) parallel zueinander angeordnet sind.
2. UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stichleitungen (4) von den zweiten Leitungsabschnitten (32) abwechselnd in eine erste Richtung und eine zweite Richtung abzweigen.
3. UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Leitungsabschnitte (32) im rechten Winkel zu den ersten Leitungsabschnitten (31) verlaufen.
4. UWB-Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass alle ersten Stichleitungen (4), die in die erste Richtung ab- zweigen auf oder im Bereich einer ersten Geraden (a) beginnen, und dass alle ersten Stichleitungen (4), die in die zweite Richtung abzweigen, auf o- der im Bereich einer zweiten Geraden (b) beginnen, die parallel zur ersten Geraden (a) verläuft.
5. UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stichleitungen (4) in einem rechten Winkel zu der ersten bzw. zwei ten Geraden (a, b) verlaufen.
6. UWB-Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass nicht mit den zweiten Leitungsabschnitten (32) verbundene Enden der ersten Stichleitungen (4) über durch die erste dielektrische Schicht (81) geführte erste Durchkontaktierungen (5) mit der ersten Masse schicht (61) verbunden sind.
7. UWB-Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die Leiterplatte eine zweite dielektrischen Schicht (82) aufweist und dass die Filterstruktur (3, 4) auf einer ersten Seite der zweiten dielektri schen Schicht (82) und zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht (81 , 82) eingebettet ist.
8. UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Masseschicht (62) aus elektrisch leitendem Material auf einer zwei ten Seite der zweiten dielektrischen Schicht (82) angeordnet ist.
9. UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht mit den zweiten Leitungsabschnitten (32) verbundenen Enden der ers- ten Stichleitungen (4) über durch die zweite dielektrische Schicht (82) ge führte weitere erste Durchkontaktierungen (7) mit der zweiten Masseschicht (62) verbunden sind.
10. UWB-Bandpassfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Masseschicht (61) und die zweite Masseschicht (62) über durch die dielektrischen Schichten (8, 81 , 82) geführte zweite Durchkontak tierungen (7) mit einander verbunden sind.
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