DE2352712A1

DE2352712A1 - Wellenleitung mit sperrkondensator

Info

Publication number: DE2352712A1
Application number: DE19732352712
Authority: DE
Inventors: Weldon H Jackson; John C Lamy
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1972-10-25
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1974-05-09
Also published as: JPS4976447A; US3784937A; GB1388222A; FR2204851A1; DE2352712B2; FR2204851B3

Description

WELLENLEITUNG MIT SPERRKONDENSATOR

Die Erfindung betrifft eine Wellenleitung mit einem Sperrkondensator gemäß dem Oberbegriff.

Hochfrequenz-Wellenleitungen werden teilx^eise verwendet, um Gleichspannungssignale oder Signale mit niedriger Frequenz sowie Signale mit Hochfrequenz zu übertragen, und dabei sollen häufig bestimmte Teile eines Hochfrequenzschaltkreises von diesen Signalen mit niedriger Frequenz, insbesondere, von der Gleichspannung isoliert werden» Der Sperrkondensator wird häufig in Reihe mit einer Hochfrequenz-Wellenleitung geschaltet, welche mit Schaltkreisen verbunden ist, die die Isolation von der Gleichspannung oder Signalen mit sehr niedriger Frequenz erfordern. Derartige Kondensatoren können jedoch in die Wellenleitungen Diskontinuitäten einführen und das Stehwellenverhältnis bzw₀ die Welligkeit erhöhen. Um die Welligkeit minimal zn machen, sollte der Kondensator elektrisch als Teil der Wellenleitung bei hohen Frequenzen erscheinen. Dieses ist in koaxialen Wellenleitungen beispielsweise dadurch erreicht worden, daß ein kleiner diskreter Kondensator in den Mittelpunktleiter der koaxialen Wellenleitung eingesetzt wurde= Es hat sich jedoch als

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schwieriger herausgestellt, Sperrkondensatoren in den Mittelpunktleiter einer Dünnfilm-Wellenleitung für einen Mikroschaltkreis einzufügen. Wenn ein diskreter Kondensator an dem Mittelpunktleiter eines Mikroschaltkreises befestigt wird, erzeugt er eine ausgeprägte Diskontinuität, welche die Welligkeit der Wellenleitung bei hohen Frequenzen erhöht.

Die Erfindung löst vor allem die Aufgabe, eine Wellenleitung mit einem Sperrkondensator zu schaffen, der keine Diskontinuitäten erzeugt.

Ausgehend von einer Wellenleitung gemäß dem Oberbegriff wird diese Aufgabe, gelöst durch die kennzeichnenden Merk-. male des Anspruchs. Dementsprechend wird in der Wellen- ♦ leitung selbst ein räumlich verteilter, also nicht: mehr diskreter Kondensator derart ausgabildet, daß der wirksame Kapazitätswert als Funktion der Frequenz des Signalea schwankt, welches auf der Wellenleitung übertragen wird. Durch dieses Merkmal wird der verteilte Kondensator eine ideale Kopplungseinrichtung für eine Breitbandwellenleitung, da Signale mit höherer Frequenz einen geringeren Kapazitätswert; zur Kopplung fordern als Signale mit niedriger Frequenz. Da Signale mit sehr hoher Frequenz sich gewöhnlich nur in einem Teil der Wellenleitung ausbreiten _g wird nur ein Teil des Kopplungskondensators bei sehr liehen Frequenzen verwendet. Wenn ate Sigaalfrsguens niedriger wird_? wird das Signal in einen größeren Abschnitt des Mittelpunktleiters geführt und breitet sich durch einen größeren Abschnitt des Kondensators aus, so daß der dem Signal angebotene Kapazitätswert erhöht wird. Zusätzlich ist die Dicke des Kondensators sehr klein im Vergleich zu den Äbsies der Wellenleitung, so da© das Hochfrequenzsignal im liehen in der gleichen Ebene bleibt, -wenn es äurdh U@n Kondensator gelangt. Im Gegensatz hierzu führt ein diskreter Kondensator üblicherweise Diskontinuitäten in die Wellenleitung ein, weil er eine beträchtliche Höhe über der Wellen-

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leitung aufweist Und in der Regel nicht die gleiche Breite wie der Mittelpunktleiter hat. Der Sperrkondensator gemäß der Erfindung ist also für die Dünnfilmverarbeitung besser geeignet als diskrete Kondensatoren, da kein getrennter Verbindungsvorgang erforderlich ist, um den Kondensator an der Wellenleitung zu befestigen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand bevorzugter. Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; es stellen dar:
Fig. 1 eine bevorzugte Äusführungsform einer Wellenleitung mit einem Sperrkondensator;

Fig. 2 eine Querschnittsänsicht der Anordnung gemäß Fig. 1? Fig. 3 eine andere Querschnittsansicht der Anordnung gemäß

Fig. 1;
Fig. 4 eine Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungs-

form einer Wellenleitung mit einem Sperrkondensator; Fig. 5 eine Querschnittsansicht der Anordnung gemäß Fig. 4; Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform.

In Fig. 1, 2 und 3 1st eine Dünnfilm-Hochfrequenz-Wellenleitung dargestellt, die auf einem isolierendem Substrat 12 aufgebaut ist» Die Wellenleitung hat beispielsweise einen Wellenwiderstand von 50 Ohm und enthält zwei Masse- bzw. Außenleiter 14a und 14b und einen Signal- bzw. Mittelpunktleiter 16. Der Mitteipunkfcleiter ist in zwei Abschnitten 16 und 16' ausgebildet* so daß ein Zwischenraum 18 gebildet wird, der die Ausbreitung von t Gleichstrom und Signalen mit sehr niedriger Frequenz längs des Mittelpunktleiters sperrt. Um einen Kopplungskondensat-cr zwischen den beiden Abschnitten des Mittelpunktleiters auszubilden, ist eine Metallschicht 20 unter dem Mittelpuaktleifcer in dem Bereich des Zwischenraumes angeordnet, und es ist eine dielektrische Schicht 22 zwischen dem Mittelpunktleiter und

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der Metallschicht vorgesehen. Dieser Kondensator besteht aus zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren. Einer der Kondensatoren ist zwischen dem Mittelpunkt-leiter 16 und dem Metallleiter 20 ausgebildet und der andere ist zwischen dem Mittelpunktleiter 16' und dem Metallleiter 20 ausgebildet, wobei die Metallschicht die beiden Kondensatoren verbindet.

Bei sehr hohen .Frequenzen neigt der Strom mit hoher Frequenz dazu» sich entlang den Außenrändern des Mittelpunktleiters auszubreiten, so daß nur die Außenbereiche des Kondensators verwendet werden. Zusätzlich breitet sich der Strom nur durch das Dielektrikum 22 nahe den Endabschnitten 17 und 17' der Mittelpunktielter 16 und 16* aus. Wenn die Frequenz des Signales auf der Wellenleitung sich erniedrigt,- fließt der . Hochfrequenzstrom in einem größeren Abschnitt des Mittelpunktleiters. Auch bei abnehmender Frequenz breitet sich das Signal durch von dem Zwischenraum 18 entferntere Abschnitte des Dielektrikums 22 und damit durch einen größeren Teil der Metallschicht 20 aus, bis der Signalstrom durch den ganzen Kondensator fließt. In dem Maß, in welchem eine größere Kopplung bei abnehmender Frequenz erforderlich ist, wird diese auch erreicht, da ein größerer Teil des räumlich verteilten . Kopplungskondensators ausgenutzt wird. Der Kapazitätswert des Zwischenraumes 18 erscheint parallel geschaltet zu den beiden seriell verbundenen Kondensatoren, obgleich der Kapazitätswert des Zwischenraumes 18 wesentlich geringer als derjenige der seriell geschalteten Kondensatoren ist. Der Unterschied des Kapazitätswertes beruht teilweise auf der Tatsache, daß die Stärke des Dielektrikums 22 sehr viel kleiner als die Breite des Zwischenraumes, und zwar typischerweise O,5 Mikron gegenüber 50 Mikron ist. Zusätzlich sind die vertikalen Abmessungen des Kondensators aufgrund der extremen Stärke des Dielektrikums 22 sowie der dünnen Metallschicht 20 (typischerweise 0,6 Mikron) unbedeutend im Vergleich zu der Stärke der Leiter 14 und 16 und zu den seitlichen Abmessungen der Wellenleitung, um das Stehwellenverhältnis bzw. die Welligkeit minimal zu machen. 409819/0761

ti · ·

Durch eine kammärtige Anordnung gemäß FIg₃. 4 und 5 kann ein Kondensator mit besonders geringen Verlusten hergestellt werden. Aus den vorgenannten durch das Herstellungsverfahren bedingten Überlegungen ist es oft erstrebenswert, für die Metallschicht 20 ein Material zu verwenden, das einen höheren Widerstandswert als der Außenleiter hat. Ein kammartiger Aufbau macht die Verluste in der Metallschicht minimal, indem die Stromwege durch das Material bei allen Frequenzen kurz gehalten werden. Bei sehr hohen Frequenzen fließt der Signalstrom nur in den äußeren Bereichen der Mittelpunkt_leiter, und er fließt durch das Dielektrikum zu der Metallschicht nur durch die Spitzen 27 und 27' der Finger 26 und 26¹. Wenn die Frequenz des Signales geringer wird, fließt der Strom durch mehrere Finger und durch einen größeren Abschnitt jedes Fingers. Da jedoch jeder Finger auf dem Mittelpunktleiter 16 sehr nahe bei einem Finger des Mittelpunktleiters 16' liegt, braucht der Strom selbst bei niedrigeren Frequenzen nicht sehr weit durch die Metallschicht 20 zu fließen. Wie bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Anordnung nimmt der Kapazitätswert des kammartigen Kondensators mit zunehmender Signalfrequenz zu, um die geeignete Kopplung bei allen Frequenzen zu ergeben.

Der Wert des Kopplungskondensators und die einfache Herstellung können noch weiter verbessert werden, indem eine doppelte dielektrische Schicht für das Dielektrikum 22 verwendet wird. Wenn das Metall 20 aus Tantal besteht, kann ein Abschnitt dieser Tantalschicht oxydiert werden, nachdem das Tantal auf das Substrat 12 aufgetragen worden ist. Dann kann ein Dielektrikum, beispielsweise Siliziumoxyd oder, Aluminiumoxyd auf das Tantaloxyd aufgetragen werden, um das doppelte Dielektrikum zu erhalten. Der Mittelpunktsleiter kann dann auf die zweite dielektrische Schicht aufgebracht werden. Obgleich der Kopplungskondensator in einer Wellenleitung mit symmetrisch zu dem Mittelpunktleiter angeordneten Außenleitern erläutert worden ist, kann die Erfindung auch

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realisiert werden in Streifenleitungen mit einer Grundebene, die unter dem Mittelpunktleiter liegt. Es können auch andere allgemein verwendete Anordnungen von Dünnfilm-Wellenleitungen verwendet werden. Beispielsweise kann gemäß Fig. 6 ein Substrat 12', welches lediglich den Mittelpunktleiter 16 trägt und den Sperrkondensator aufweist, in eine leitfähige Anordnung 24 eingesetzt werden, die einen Masseleiter für die Wellenleitung darstellt.

Zusammengefaßt wurde ein Sperrkondensator beschrieben, der in dem Mittelpunktleiter einer Dünnfilm-Wellenleitung ausgebildet ist, welche sich über einen Metallleiter erstreckt und von dem Mittelpunktleiter und den Außenleitern der Wellenleitung isoliert ist. Der räumlich verteilte Kondensator koppelt auf diese Weise Hochfrequenzsignale über einen breiten Frequenzbereich, während er die Gleichspannung und Signale mit sehr niedriger Frequenz auf der Wellenleitung sperrt.

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Claims

Hewlett-Packard Comp, \ 18, Okt. 1973
a t e η t a η s ρ r Ü c h e
3.J Wellenleitung mit einem Sperr kondensator mit einem Iso-Herenden Substrat und einem in festem Abstand zu dem Substrat gehaltenen Masseleiter/ dadurch ge kennze lehnet , daß eine leitfähige Schicht (20) auf einem ersten Abschnitt des Substrates {12} aufgebracht ist» eine leitfähige Schicht (22) über der leitfähigen Schicht aufgebracht ist, ein Signalleiter erste und zweite Segmente (16, 16') aufweist, die auf einem zweiten Abschnitt des Substrates und auf der isolierenden Schicht angeordnet sind, ein Zwischenraum (18) zwischen den ersten und den zweiten Segmenten des Signalleiters über der leitfähigen Schicht ausgebildet ist und der Masseleiter (14) und der Signalleiter im wesentlichen derart parallel in dem Bereich der leitfähigen Schicht angeordnet sind» daß sie eine Hochfrequenz-Wellenleitung mit einem konstanten Wellenwiderstand ausbilden, die Hochfrequenz-Signale übertragen kann.

2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Segmente des Signalleiters in dem Zwischenraum ein kammartiges Muster ausbilden.

3. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die isolierende Schicht zwei verschiedene dielektrische Schichten umfaßt.
4. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse-und Signalleiter auf der gleichen Fläche des Substrates aufgebracht sind.

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5. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse- und Signalleiter auf gegenüberliegenden, parallelen Flächen des Substrates aufgebracht sind.
6. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η !zeichnet , daß die Grundebene eine leitfähige Fläche im Abstand von dem Substrat aufweist.

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