DE2943502A1

DE2943502A1 - Unterstuetzte mikrostreifenleitungsanordnung zur fortpflanzung eines ungeraden wellenmodus

Info

Publication number: DE2943502A1
Application number: DE19792943502
Authority: DE
Inventors: Frans Christiaan De Ronde
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-11-03
Filing date: 1979-10-27
Publication date: 1980-05-14
Also published as: GB2038564B; JPS6117161B2; IT7926990A0; JPS5570102A; FR2440627B1; NL7810942A; BE879781A; FR2440627A1; JPS606567B2; SE435434B; DE2943502C2; SE7909016L; JPS6035804A; US4383227A; CA1164966A; GB2038564A; IT1124893B

Description

Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung zur Fortpflanzung eines ungeraden Wellenmodus

Die Erfindung bezieht sich auf eine unterstützte Mikrostreifenleitung mit zwei parallelen Metallflächen, einem parallel zu und zwischen denselben angeordneten Trager und einem auf einer ersten Oberfläche des Trägers angeordneten ersten streifenförmigen Leiter.

Eine derartige unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung ist aus dem Artikel von Dr. H.E. Brenner "use a computer to design suspended-substrate ICs" in Microwaves, September 1968, Seiten 38 - 46 bekannt. Mit Mikrostreifenleitungen werden u.a. Mikrowellenschaltungen hergestellt, wie Filter, Dämpfer-T-Kreuzungen, Mischer, Zirkulatoren usw. für u.a. Radar- und Kommunikationsanwendungen.

Eine derartige Mikrowellenanordnung ist meistens in einem völlig geschlossenen leitenden Gehäuse angeordnet. Dieses Gehäuse ist als Rückweg für die Ströme in der Schaltungsanordnung wirksam: sie schützt die Schaltungsanordnung gegen eine Einstrahlung von außen und vermeidet eine Abstrahlung der Mikrowellenschaltung nach außen. Das leitende Gehäuse bildet ein Stück "Hohlleiter", der auf beiden Seiten kurzge-

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schlossen ist. Die Breite dieses "Hohlleiters" wird derart gewählt, daß sich bei der Arbeitsfrequenz der Mikrowellenschaltung darin kein Modus fortpflanzen kann. Das bedeutet, daß der "Hohlleiter¹¹ möglichst schmal sein soll. Für eine Mikrowellenschaltung mit durchschnittlicher Bemessung soll die Schaltungsanordnung daher in eine Anzahl einzelner leitender Gehäuse untergebracht werden. Bei höheren Frequenzen ist diese Lösung außerdem schwer durchführbar.

Um diesen Nachteilen zu "begegnen, wurde bereits vorgeschlagen* einen breiten "Hohlleiter" zu benutzen, der - zur Dämpfung der dann auftretenden Moden - Dämpfungsschichten aufweist. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß diese Dämpfungsschichten wesentliche Verluste verursachen.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine unterstützte Mikrostreifen Ieitungsanordnug der eingangs genannten Art zu schaffen, wobei die beschriebenen Nachteile ausgeschaltet werden und auf einfache Weise die Erregung und Fortpflanzung unerwünschter Moden vermieden wird»

Zur Lösung dieser Aufgabe weist daher eine unterstützte leitungsanordnung nach der Erfinding das Kennzeichen auf, daß auf da? ersten Oberfläche des Trägers ein zweiter streifenförmiger Leiter angeordnet ist, der sich parallel zu und in kurzem Abstand von dem srsten erstreckt und mit dem ersten gekoppelt ist und daß zwischen den Leitern eine sysaaetrische Speisequelle zum Erzeugen einer Wellenerscheinung im ausschließlich wigeraden Modus und zwischen den Leitern eine symmetrische Belastung angeordnet sind.

An dieser Stelle sei beaerkt» daß es an sich bekannt ist, eine Mikrostreifenleitung mit einer anderen Mikrostreifenleitung zu koppeln» damit beispielsweise ein Filter oder eine Richtkopplung hergestellt wird» Wesentlich dabei ist jedoch, daß eine Wellenerscheinung geraden Modus sowie ungeraden Modus auftritt.

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Der erste und der zweite streifenförmige Leiter weisen bei Erregung in einem ungeraden Modus ein gleich großes aber in der Polarität entgegengesetztes Potential auf und es fließen daher in der entgegengesetzten Richtung durch die Leiter gleiche Ströme. Das elektrische Feld ist gegenüber einer mittelsenkrechten Ebene der Leiter ungerade symmetrisch und das Feld befindet sich im wesentlichen in der Nahe der Leiter. Das elektrische Feld in der Umgebung der Wand des "Hohlleiters" ist dagegen klein.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Erregung der beiden Leiter in einem ungeraden Modus die damit einhergehenden Ströme in den Metallflächen gering sind und der "Hohlleiter" nicht angeregt werden wird. Der Hohlleiter kann daher "übergroß" ausgebildet werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Impedanzbereich der unterstützten Mikrostreifenleiter nach der Erfindung größer als bei einem unterstützten Mikrostreifenleiter mit nur einem Leiter und einer TEM-Wellenerscheinung ist.

Die erfindungsgemäße unterstützte Mikrostreifenleitung bietet weiterhin den Vorteil, daß im Vergleich zu anderen planaren Wellenleitern wie der Spaltleitung und dem koplanaren Hohlleiter keine Resonanzen durch die großen Metalloberflächen, die bei diesen Konfigurationen auf dem Träger vorhanden sind, auftreten können.

Mit einem Stück Hohlleiter kann ein reaktives Element mit im Grunde jedem möglichen Wert verwirklicht werden: abhängig von der Wellenlänge und der Art des Abschlusses (offen/kurzgeschlossen) hat das Element einen induktiven oder einen kapazitiven Charakter. Um Mikrowellenschaltungen herzustellen, werden derartige Stücke Hohlleiter verwendet. Mit der unterstützten Mikrostreifenleitung nach der Erfindung

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sind entsprechende Mikrowellenschaltungen konzipiert worden, wie ein Balancering, ein Filter, ein Dämpfer, eine T-Kreuzung, ein Mischer, ein Zirkulator, usw.

Asymmetrien in einer unterstützten Mikrostreifenleitung oder der Mikrowellenschaltung, die damit verwirklicht worden ist, können die Ursache davon sein, datygerade Moden angeregt werden. Die mit geraden Moden einhergehenden Ströme in den beiden Metallflächen sind - anders als bei den ungeraden Moden - wesentlich, weil sie einander verstärken. Dies bietet die Möglichkeit, gerade Moden dadurch zu dämpfen, daß nach der Erfindung die Metallflächen aus leitendem und widerstandsfähigem Material zusammengestellt werden.

i'Iikrowellenschaltungen, die in der ungeraden-Modus-unterstützten Mikrostreifenleitungsteohnxk verwirklicht sind, weisen als gemeinsames Kennzeichen ein hohes Ausmaß an Symmetrie auf, damit das Anregen gerader Moden vermieden wird.

Bei einer Kurve in unterstützten Mikrostreifenleitungen sind, um die elektrische Länge der beiden Leiter gleich zu halten, nach der Erfindung die erste und die zweite Leitung durch einen Spalt in Richtung der Halbierenden des Ablenkwinkels unterbrochen und die ersten Leiter sind mit den zweiten Leitern kreuzweise verbunden.

Bei einer unterstützten Mikrostreifenleitung ist es möglich, auch die zweite Oberfläche des dielektrischen Trägers zum Anbringen einer Weilenleiterstruktur zu benutzen. !"-Kreuzungen, wie ein Serie-T, ein Shunt-T oder ein ^HMagic-T^H sind auf diese Weise hergestellt. Der Vorteil dieser Mikrowellenelemente in einer Ausführung nach der Erfindung bestellt darin, daß durch Benutzung der beiden Oberflächen eine sehr gute Symmetrie und eine gedrängte Bauart erhalten wird«

Äiasführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung PHN 9272 - 9 -

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dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer bekannten unterstützten Mikrostreifenleitung,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen unterstützten Mikrostreifenleitung,

Fig. 3 eine Draufsicht eines Teils einer Metallfläche zum Gebrauch in dem /\usführungsbeispiel nach Fig. 2, der nach der Erfindung aus leitenden Quadraten zusammengestellt ist, die durch Widerstandsspuren miteinander verbunden sind,

Fig. 4 eine Draufsicht eines Signalwandlers zum Gebrauch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Kurve in einer erfindungsgemäßen unterstützten Mikrostreifenleitung,

Fig. 6 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kurve in einer unterstützten Mikrostreifenleitung nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Kreuzung zweier unterstützter Mikrostreifenleitungen nach der Erfindung,

Fig. 8a eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Serie-T-Kreuzung nach der Erfindung,

Fig. 8b einen Schnitt gemäß der Linie VIIIB - VIII B aus Fig. 8a der T-Kreuzung nach der Erfindung,

Fig. 8c eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer isolierten Serie-T-Kreuzung nach der Erfindung,

Fig. 9a eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Shunt-T-Kreuzung nach der Erfindung,

Fig. 9b einen Schnitt gemäß der Linie IX B - IX B aus Fig. 9a des weiteren Ausführungsbeispiels der T-Kreuzung nach der Erfindung,

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Fig. 9c eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer isolierten Shunt-T-Kreuzung nach der Erfindung,

Fig. 10 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Magic-T-Kreuzung nach der Erfindung,

Fig. 11 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Zirkulators,

Fig. 12a eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Belastungsimpedanz für eine unterstützte Mikrostreifenleitung nach der Erfindung,

Fig. 12b einen Schnitt gemäß der Linie XII B - XII B aus Fig. 12a des weiteren Ausführungsbeispiels der Belastungsimpedanz nach der Erfindung,

Fig. 13a eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Kurzschlusses für eine unterstützte Mikrostreifenleitung nach der Erfindung,

Fig. 13b einen Schnitt gemäß der Linie XIII B - XIII B aus Fig. 13a des Ausführungsbeispiels des Kurzschlusses nach der Erfindung,

Fig. 14a eine Draufsicht eines weiteren Äusführungsbeispiels eines Kurzschlusses für eine unterstützte Mikrostreifenleitung nach der Erfindung,

Fig, 14b einen Schnitt gemäß der Linie XIV B - XIV B aus Flg. 14a des weiteren Ausführungsbeispiels eines Kurzschlusses nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte bekannte unterstützte Mikrostreifenleitung besteht aus einem parallel zu einer Metallische 1 und einer MetallfJäcfre 2 angeordneten dielektrischen Trüger 3 für einen streifenförmlgen Leiter 4. Diese unterstützte Mikrostreifenleitung wird in einem TEM-Modus betrieben. Die Metallflächen 1 und 2 bilden einen Teil eines leitenden Gehäuses_f das den Träger 3 und den darauf angeordneten Leiter 4 völlig umschließt, Eine unterstützte Mikrostrelienleitung bietet einige Vorteile gegenüber der Mikrostreifenleitungskonfiguration, die aus einem streifenförxnigen Leiter besteht, der auf einem Träger angeordnet ist, der auf der

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anderen Seite eine Metallfläche aufweist. Ein erster Vorteil besteht darin, daß Inhomogenitäten in dem dielektrischen Träger bei der unterstützten Mikrostreifenleitung eine viel geringere Störung verursachen, da das Dielektrikum hauptsächlich Luft ist. Ein zweiter Vorteil besteht darin, daß eine 50 Ohm Impedanz mit ziemlich breiten Leitern verwirklicht werden kann, wodurch die photolithographischen Anforderungen, die an die Herstellung gestellt werden, geringer sind. Außerdem sind die Leiterverluste kleiner, was insbesondere im Hinblick auf eine Verwendung im mm-Wellenbereich wichtig ist. Ein dritter Vorteil besteht darin, daß der Träger bei einer unterstützten Mikrostreifenleitung auf beiden Seiten zum Anbringen von Mikrowellenschaltungen benutzt werden kann.

Das leitende Gehäuse, in dem sich die Mikrostreifenleitung und die mit u.a. Mikrostreifenleitungen hergestellten Mikrowellenschaltungen befinden, bildet eine Wellenleiter struktur in Form eines Hohlleiters. Die Breite dieses Hohlleiters wird derart gewählt, daß sich&eine Wellenmoden darin fortpflanzen können. Das bedeutet, daß die Breite b des Hohlleiters ziemlich gering sein muß. Ein Nachteil besteht darin, daß sogar eine Mikrowellenschaltung durchschnittlichen Umfangs in einer Anzahl einzelner Metallgehäuse untergebracht werden muß, was teuer und für höhere Frequenzen außerdem schwer durchführbar ist.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine unterstützte Mikrostreifenleitung nach der Erfindung. Auf dem dielektrischen Träger 3 ist ein zum ersten Leiter 4 sich parallel erstreckender zweiter Leiter 5 angeordnet. Die Leiter 4 und 5 sind elektromagnetisch miteinander gekoppelt, weil der Abstand s zwischen dem ersten Leiter 4 (viel) kleiner ist als die Breite w der beiden Leiter 4 und 5.

Mit der unterstützten Mikrostreifenleitung nach der Erfindung PHInI 9272 - 12 -

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kann ein großer Impedanzbereich bestrichen werden. Eine geringe charakteristische Impedanz kann durch breite Leiter (w groß) in geringem Abstand s voneinander verwirklicht werden, wobei die Impedanz entweder durch eine Metallkappe über dein Leiterpaar oder durch eine Metallfläche auf der anderen Seite des Trägers noch weiter verringert werden kann. Ein hoher Wellenwiderstand wird dadurch erreicht, daß schmale Leiter (w klein) in relativ großem Abstand s voneinander gewählt werden. Die Leiter 4 und 5 werden in einem ungeraden ¥ellenmodus angeregt und betrieben. Dies bedeutet, daß die beiden Leiter ein gleich großes aber in der Polarität entgegengesetztes Potential aufweisen und d*ß gleiche Ströme in entgegengesetzter Richtung durch die beiden Leiter fließen. Das elektrische Feld ist ungerade symmetrisch gegenüber einer mittelsenkrechten Ebene der beiden Leiter 4 und

Das elektrische Feld befindet sich im wesentlichen zwischen den beiden Leitern 4 und 5. In der Nähe des leitenden Gehäuses und daher in gewissem Abstand von den Leitern ist das resultierende Feld infolge der gleich großen aber in der Polarität entgegengesetzten Potentiale sehr klein. Die mit dem ungeraden Wellenmodus einhergehenden Ströme in den Metallflächen 1 und 2 sind daher gering. Ein wesentlicher Vorteil einer Anregung mit einem ungeraden Wellenmodus besteht darin, daß der "Hohlleiter" kaum angeregt wird und daher "übergroß" gemacht -werden kann» Bei Versuchen hat es sich z.B. herausgestellt, daß Resonanzen, die bei gerade-Modusanregung einer Hikrowellenschaltung in einem "Hohlleiter"-, der fünfmal "übergroß" war, auftraten, bei ungerade-Modusanregung nicht auftraten«

Ein weiterer Vorteil der schwachen Wandstrome in den Metallflächen 1 und 2 besteht darin, daß Versuche mit Mikrowellenschaltungen mit verringerter Metallische 1 oder durchgeführt werden können.

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Die unterstützte Mikrostreifenleitung bietet weiterhin den Vorteil, daß im Vergleich zu anderen planaren Hohlleitern wie bei der Schlitzleitung und dem koplanaren Hohlleiter keine Resonanzen infolge der großen Metalloberflächen auftreten können, die bei diesen Konfigurationen auf dein Träger vorhanden und auch als Leiter wirksam sind. Die unterstützte» Mikrostreifenleitung nach der Erfindung wird kurz als "SOi-I-Leitung" (Suspended Üddmode Microstrip) bezeichnet.

Um zu vermeiden, daß bei Anregung mit einem ungeraden Modus gerade Moden angeregt werden, ist es notwendig, die Leiter und die Mikrowellenschaltungen, die damit hergestellt v/erden, symmetrisch zu entwerfen, u.a. durch Herstellungstoleranzen ist dies jedoch nicht immer verwirklichbar. Der Anregung eines geraden Modus eigen ist jedoch, daß dies mit Wandströmen in den Metallflächen 1 und 2 einhergeht. Dadurch, daß diese Metallflächen 1 und 2 aus leitendem Material und widerstandsfähigem Material zusammengestellt werden, können diese Ströme und damit die geraden Wellenmoden gedämpft werden.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer Metallfläche 1 oder 2 dargestellt, bei der die Metallfläche aus leitenden quadratischen Teilen 6 aufgebaut ist, die mit einander kreuzenden Spuren 7 aus einem Metall mit einer schlechten elektrischen Leitfähigkeit verbunden sind.

Wird eine Welle in ein Stück Hohlleiter gesendet, das an dem Ende kurzgeschlossen ist, so wird die Welle an diesem Ende reflektiert. Sie kommt zurück zum Eingang mit einem Phasenunterschied gegenüber der eintretenden Welle, wobei der Unterschied von der Länge des Hohlleiters abhängig ist. Auch andere Diskontinuitäten als ein Kurzschluß verursachen eine Relexion. Ein derartiger Hohlleiterteil kann sich als reaktives Element verhalten. Er hat, abhängig von der Wellenlänge und von der Art des Abschlusses, einen induktiven, reellen oder einen kapazitiven Charakter. Zum Herstellen

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von Mikrowellenschaltungen werden u.a. derartige Hohlleiterteile benutzt. Diese können quer zu einem durchgehenden Hohlleiter angeordnet werden. Mit der unterstützten Mikrostreifenleitung können viele Mikrowellenschaltungen konzipiert werden. Diese Elemente sind durch ein hohes Ausmaß an Symmetrie, das der Entwurf zur Vermeidung einer Anregung unerwünschter Wellenmoden aufweist, gekennzeichnet.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Signalwandlers in unterstützter Mikrostreifenleitung dargestellt. Der Signalwandler bildet einen Teil einer symmetrischen Speisequelle zum Erzeugen einer Wellenerscheinung ausschließlich in ungeradem Modus. Der Signalwandler umfaßt eine Mikrostreifenleitung, die durch einen auf einer ersten Oberfläche des Trägers 3 angeordneten streifenförmigen Leiter 63 und eine auf einer zweiten Oberfläche angeordnete leitende Fliehe ob gebildet wird. Die Leiterstrukturen, die auf der ersten Oberfläche angeordnet sind, sind in der Figur mit durchgezogenen Linien dargestellt und diejenigen auf der zweiten Oberfläche sind durch gestrichelte Linien angegeben.

Die Mikrostreifenleitung 63 ist mit einer breitbandigen Impedanz in Form eines fächerförmigen Leiters 64 sit der Länge entsprechend /i /4 abgeschlossen. An die Mikrostreifenleitung kann eine asymmetrische Speisequelle angeschlossen werden. Mit der Hikrostreifenleitung 63 ist eine Schlitzübertragungsleitung 65 gekoppelt, die durch einen Schlitz in der leitenden Flache 66 gebildet wird, Die Sciilitzübertragungsleitung 6b ist am Anfang und am Ende mit einer sehr hohen Abschlußirapedanz abgeschlossen, die durch scheibenförmige Ausnehmungen 67 bzw, 68 in der leitenden Fläche 66 gebildet werden.

Wenn sich über die Mikrostreifenleitung 63 eine TSM-Welle fortpflanzt» wird an der Spaltütertragungsleitung €5 eine Quasi-TEM-Welle erregt» Die Schlitzübertragungsleitung 65

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ist mit dem auf der ersten Oberfläche angeordneten ringförmigen Verbindungsleiter 69 zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Leiter 4 bzw. 5 der SOM-Leitung gekoppelt. Die Kopplung zwischen der Schlitzübertragungsleitung 65 und dem Verbindungsleiter 68 ist als elektromagnetische Reihe-T-Kreuzung wirksam, wobei im Querzweig des "T" (Teil des Verbindungsleiters 69) gleich große aber entgegengesetzte Felder erzeugt werden, und zwar an einer Stelle, die gegenüber den beiden Enden der SOM-Leitung symmetrisch liegt, wodurch eine Wellenerscheinung ausschließlich in einem ungeraden Modus in der SOM-Leitung erzeugt wird.

Die Länge des Verbindungsleiters 68 beträgt vorzugsweise /\/2. Die Mikrowellenschaltung nach Fig. 4 ist reziprok und kann in dieser Form dazu verwendet werden, an die SOM-Leitung eine asymmetrische Belastung symmetrisch anzuschließen.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Kurve in einer unterstützten Mikrostreifenleitung dargestellt. Die Kurve weist einen festen Radius auf. Der Winkel beträgt oL . Die beiden Leiter 4 und 5 sind durch einen Schlitz 60 in Richtung der Winkelhalbierenden von £< in den Leitern und 4¹ bzw. 5 und 5' unterbrochen und die Leiter 5 und sind durch einen leitenden Streifen 61, der auf dem Träger angeordnet ist,und die Leiter 4 und 4' sind durch einen Draht 62, der den Streifen 61 kreuzt, miteinander verbunden.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer Kurve in einer unterstützten Mikrostreifenleitung dargestellt. Der Vorteil der beiden Ausführungsformen einer Kurve besteht darin, daß der Abstand, den die Wellenerscheinung auf dem Leiter 4 und 5 bei der Richtungsablenkung zurücklegt, für die beiden Leiter derselbe ist, wodurch Phasenabweichungen zwischen den elektrischen Erscheinungen auf

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den Leitern 4 und 5 vermieden werden.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform einer Kreuzung einer ersten unterstützten Mikrostreifenleitung, von der die Leiter 4 und 5 einen Teil bilden, und einer zweiten unterstützten Mikrostreifenleitung, die die Leiter 8 und 9 aufweist, dargestellt. Die Loiter der SOM-Leitungen 4-5 und 8-9 sind in der Nähe der Kreuzung schmaler ausgebildet und ihr gegenseitiger Abstand ist verringert worden, um den Wellenwiderstand der SOM-Leitungen gleich zu halten. Die SOM-Leitung 4-5 ist außerdem über eine Länge, die mindestens der Breite der SOM-Leitung 8-9 entspricht, an der Stelle der Kreuzung unterbrochen. Die Leiter 4 und auf beiden Seiten der Kreuzung sind durch je einen Draht miteinander verbunden. Der Vorteil dieser Äusführungsform besteht darin, daß das gegenseitige Beeinflussungsgebiet der beiden Leiterpaare sehr klein ist, wodurch eine gute Entkopplung erhalten wird.

Dadurch, daß die Mikrostreifenleitung in unterstützter Form ausgebildet ist, ist es möglich, die zweite Oberfläche des dielektrischen Trägers 3 ebenfalls zum Anbringen von Wellenleiterstrukturen zu benutzen* Diese Möglichkeit ist in einigen Ausführungsformen einer T-Kreuzung benutzt. Eine T-Kreuzung -wird u»a. ^Leistungsteiler und in Brückenschaltungen angewandt. In den in den Fig. 8, 9 und 10 dargesteilen Ausführungsformen derartiger T-Kreuzungen sind die Leiter, die auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Trägers 3 angeordnet sind, mit durchgezogenen Linien auf symbolische Weise angegeben. Die Leiter, die sich auf der zweiten Oberflache befinden, sind gestrichelt dargestellt. Auch der gegenseitige Abstand r; zwischen den Leitern ist nicht maßstabsgerecht dargestellt,

In Fig. 8a ist eine Reihe-T-Kreuzung dargestellt. Auf der PHN 9272 - 17 -

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ersten Oberfläche des Trägers 3 ist an eine erste Anschlußklemme 10 und eine zweite Anschlußklemme 11 ein erstes Leiterpaar 12, 13 angeschlossen und an eine dritte Anschlußklemme und eine vierte Anschlußklemme 15 ist ein zweites Leiterpaar 16, 17 angeschlossen. Die erste, zweite, dritte und vierte Anschlußklemme bilden die Eckpunkte eines imaginären Rechtecks. Das erste und das zweite Leiterpaar liegen fluchtend. Ein drittes Leiterpaar 18, 19 ist an die zweite Anschlußklemme 11 und die vierte Anschlußklemme 15 angeschlossen und bildet mit dem ersten und dem zweiten Leiterpaar einen geraden Winkel. Ein viertes Leiterpaar 22, 23 befindet sich auf der zweiten Oberfläche des Trägers 3 gegenüber und parallel zu dem dritten Leiterpaar 18, 19, wie in Schnitt VIII B - VIII B in Fig. 8b dargestellt ist.

Das vierte Leiterpaar ist mit einem ersten Ende mit einer sechsten Anschlußklemme 24 und einer fünften Anschlußklemme 20 verbunden. Das vierte Leiterpaar 22, 23 hat eine Länge entsprechend einer Viertelwellenlänge bei der verwendeten Frequenz. Das zweite Ende des vierten Leiterpaares 22, 23 ist (z.B. durch ein Loch im Träger 3) mit dem dritten Leiterpaar 18, 19 verbunden. Die sechste Anschlußklemme 24 ist mit der Anschlußklemme 14 und die fünfte Anschlußklemme 20 ist mit der Anschlußklemme 10 verbunden. Der Wellenwiderstand des Leiterpaares 12, 13 eniq>richt dem des Leiterpaares 16, 17.

Die Wirkungsweise der Reihe-T-Kreuzung als Leistungsteiler ist wie folgt: Beim Anschluß einer (nicht dargestellten) Signalquelle an die Anschlußklemmen 26 und 27 des Leiterpaares 18 und 19 wird die zugeführte Energie gleichmäßig über das Leiterpaar 12, 13 und das Leiterpaar 16, 17 verteilt. Im umgekehrten Fall ist die Wirkungsweise der T-Kreuzung wie folgt: Eine erste Wellenerscheinung pflanzt sich über das Leiterpaar 16, 17 und eine zweite Wellonorscheinung pflanzt sich über das Leiterpaar 12, 13 fort.

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An den Anschlußklemmen 26 und 27 ist der vektorielle Unterschied der beiden Wellenerscheinungen verfügbar. Wenn die Phase und die Amplitude der beiden Wellenerscheinungen einander entsprechen, resultiert an den Klemmen 26 und 27 ein Signal gleich Null.

Der Vorteil dieser Reihe-T-Kreuzung besteht darin, daß mit Hilfe zweier Leiterpaare 18, 19 und 22, 23, die je eine Viertelwellenlänge haben, die verfügbare Signalquelle doppelt benutzt wird. Die Quelle kann als durch zwei Quellen ersetzt gedacht werden, die unabhängig voneinander sind und zwischen dem Leiter 12 und 16 und dem Leiter 13 und 17 liegen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch Benutzung der beiden Oberflächen des Trägers 3 eine symmetrische und gedrängte T-Kreuzung hergestellt wird.

In Fig. 8c ist eine Ausführungsfomeiner isolierten Reihe-T (eine sogenannte ISO-TEE) dargestellt, die dadurch erhalten worden ist, daß in der Reihe-T entsprechend Fig, 8a zwischen der vierten Anschlußklemme 15 und der fünften Anschlußklemme ein Widerstand 21 angeorndet wird und zwischen der zweiten Anschlußklemme 11 und der sechsten Anschlußklemme 24 ein zweiter Widerstand 25. Der Widerstandswert der Widerstände und 25 ist gleich. Durch diese Widerstände und durch die richtige Wahl des Wellenwiderstandes der drei SOM-Leiirangen ist es möglich, die Zweige 12 - 13 und 16 - 17 zu entkoppeln. Die (reflektierte) Leistung wird in den Widerständen 21 und 25 aufgebraucht.

In Fig» 9a ist eine Ausführungsform einer Shunt-T-Kreuzung dargestellt. Auf der ersten Oberfläche des Trägers 3 ist das erste Leiterpaar 12, 13 an die Änsciilußklesijsen. 10 und 11 angeschlossen und das zweite Leiterpaar 16, 17 ist an die

14, 15 angeschlossen« Das dritte Leiter-

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paar 18, 19 ist an die Anschlußklemmen 11, 15 angeschlossen und büdet mit dem Leiterpaar 12, 13 und 16, 17 einen geraden Winkel. Gegenüber dem dritten Leiterpaar ist auf der zweiten Oberfläche des Trägers ein viertes Leiterpaar 22, 23 vorgesehen, wie dies im Schnitt IX B - IX B in Fig. 9b dargestellt ist. Das vierte Leiterpaar 22, 23 hat eine Viertelwellenlänge und ist mit einem ersten Ende mit den Anschlußklemmen 20, 24 verbunden und mit einem zweiten Ende mit dem dritten Leiterpaar 18, 19. Die Anschlußklemme 20 ist mit der Anschlußklemme 10 und die Anschlußklemme 24 mit der Anschlußklemme 14 verbunden.

Die Eigenschaften der Shunt-T-Kreuzung sind mit denen vergleichbar, die bei der Reihe-T-Kreuzung nach Fig. 8a angegeben werden.

In Fig. 9c ist eine Ausführungsform einer isolierten Shunt-T-Kreuzung (einer sogenannten ISO-TEE) dargestellt, die dadurch erhalten worden ist, daß in der Shunt-T nach Fig. 9a ein erster Widerstand 21 zwischen der vierten Anschlußklemme 15 und der fünften Anschlußklemme 20 angeordnet wird und daß zwischen der zweiten Anschlußklemme und der sechsten Anschlußklemme 24 ein zweiter Widerstand angeordnet wird. Der Widerstandswert der Widerstände 21 und 25 ist gleich.

In Fig. 10 ist eine Ausführungsform einer sogenannten Magic-T angegeben. Die Magic-T ist aus der Reihe-T nach Fig. 8a und der Shunt-T nach Fig. 9a zusammengestellt. Ein erstes Leiterpaar 12, 13 ist an die Anschlußklemmen 10, 11 und ein zweites Leiterpaar 16, 17 an die Anschlußklemmen 14, 15 angeschlossen. Ein drittes Leiterpaar 18, 23 ist mit einem ersten Ende an die Anschlußklemmen 11 und 15 und ein viertes Leiterpaar 19, 22 ist mit einem ersten Ende an die Anschlußklemmen 10 und angeschlossen. Das dritte und vierte Leiterpaar bilden einen

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geraden Winkel rait dem ersten und dem zweiten Leiterpaar. Die Leiter 19 und 22 haben eine Viertelwellenlänge, sind mit einem zweiten Ende mit den Leitern 18 und 23 verbunden und auf der zweiten Oberfläche des Trägers 3 angeordnet. Ein fünftes Leiterpaar 28, 29 ist mit einem ersten Ende an die Schlußklemmen 14, 15 und ein sechstes Leiterpaar 30, 31 ist mit einem ersten Ende an die Anschlußklemmen 10 und angeschlossen. Das fünfte und sechste Leiterpaar bilden einen rechten Winkel mit dem ersten und dem zweiten Leiterpaar. Das erste, zweite, fünfte und sechste Leiterpaar bildet eine Reihe-T und das erste, zweite, dritte und vierte Leiterpaar eine Shunt-T. Die Leiter 30 und 31 haben eine Viertelwellenlänge, sind mit einem zweiten Ende mit den Leitern23 und 29 verbunden und auf der zweiten Oberfläche des Trägers 3 angeordnet.

Ein Magic-T hat die Eigenschaft, daß die Reflexion der Wellenerscheinung in einem Leiterpaar Null ist, wenn die anderen Leiterpaare charakteristisch abgeschlossen sind. Außerdem weist die Magic-T die Eigenschaft auf, daß die Leiterpaare I6_t 17 gegenüber 12, 13 und die Leiterpaare 26, gegenüber 32, 33 entkoppelt sind.

In Fig. 11 ist ein Zirkulator in unterstützter Mikrostreifenleitung dargestellt. Dabei sind drei Leiterpaare 43, 44 und 45, die gegenüber einander/liinkel von 120° miteinander einschließen, miteinander verbunden, wie in Fig. 12 dargestellt. Am Knotenpunkt der drei Leiterpaare 43, 44 und 45 ist ein Ferritzylinder 46 angeordnet. Die Richtung des Pfeiles zeigt, daß bei der dargestellten Richtung des statischen Magnetfeldes eine Welle, die über das Leiterpaar in Richtung des Knotenpunktes sich fortpflanzt, über das Leiterpaar 44 abgeführt wird, während beispielsweise die durch das Leiterpaar 44 reflektierte Welle über das Leiterpaar 45 abgeführt wird.

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In Fig. 12a ist eine breitbandige verschiebbare Belastun^simpedanz dargestellt. Über dem Leiterpaar 47, 48 ist ein keilförmiger Körper 53 angeordnet, der aus einem widerstandsfähigen Material mit einem Quadratwiderstand Rq hergestellt ist. Unmittelbarer Kontakt zwischen der SOM-Leitung (Leiterpaar 49, 50) und dem keilförmigen Körper 53 wird dadurch vermieden, daß zwischen der SOM-Leitung und dem keilförmigen Körper 53 eine nicht leitende Platte (aus dielektrischem Material) angeordnet wird. Die Keilform des Körpers 53 bezweckt, einen reflexionsarraen Abschluß der SOM-Leitung herzustellen, während die SOM-Leitung mit dem Wellenwiderstand 51 (^) abgeschlossen ist, um hinter dem Keil (d.h. die nicht-Keilseite) Reflexionen zu vermeiden.

In Fig. 12b ist ein Schnitt entlang der Linie XEI B - XII B dargestellt.

In Fig. 13a ist ein schmalbandiger verschiebbarer Kurzschluß für eine unterstützte Mikrostreifenleitung dargestellt. Auf dem Leiterpaar 47, 48 ist ein U-förmiger Leiter 54 angeordnet. Die SOM-Leitung ist mit dem charakteristischen Leitungswiderstand 51 (Z₀₀) abgeschlossen, damit Reflexionen hinter dem Keil (d.h. die nicht-Keilseite) vermieden bzw. gedämpft werden. Zwischen der SOM-Leitung 47-48 und dem U-förmigen Leiter ist eine nicht leitende Platte 56 angeordnet. Die Schenkel des U sind eine Viertelwellenlänge lang, um einen elektrischen Kontakt zwischen der SOM-Leitung und dem U-förmigen Leiter 54 über ein schmales Frequenzband herzustellen.

Ein Schnitt entlang der Linie XIII B - XIII B ist in Fig. 13b dargestellt.

In Fig. 14a ist ein breitbandiger verschiebbarer. Kurzschluß für eine unterstützte Mikrostreifenleitung dargestellt. Auf

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dem Leiterpaar 47, 48 ist ein leitender Streifen 55 angeordnet. Die SOM-Leitung ist mit der charakteristischen Leitungsimpedanz 51 (Z₀₀) angeschlossen.

Fig. 14b zeigt den Schnitt entlang der Linie XIV B - XIV B.

Die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die Mikrowellenschaltungen, die dargestellt sind. So sind auch z.B. Filter, Dämpfer und Phasenschieber in unterstützter Mikrostreifenleitung ausführbar. Mikrowellenschaltungen können auch aktive Elemente, wie z.B. Schottky-Dioden oder Transistoren, aufweisen. Damit können dann z.B. Mischer und Verstärker verwirklicht werden.

FHN 9272

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Claims

2^43502

N.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Holland

PATENTANSPRÜCHE:

Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung mit zwei parallelen Metallflächen, einem parallel zu und zwischen denselben angeordneten dielektrischen Träger und einem af einer ersten Oberfläche des Trägers angeordneten ersten streifenfcrmigen Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des Trägers ein zweiter streifenförmiger Leiter angeordnet ist, der sich parallel zu und in kurzem Abstand von dem ersten erstreckt und mit dem ersten gekoppelt ist und daß zwischen den Leitern eine symmetrische Speisequelle ) zum Erzeugen einer Wellenerscheinung im ausschließlich ungeraden Modus und zwischen den Leitern eine symmetrische Belastung angeordnet sind.
2. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrische Speisequelle eine asymmetrische Speisequelle, eine auf einer zweiten Oberfläche des Trägers angeordnete Schlitzübertragungsleitung, die durch einen Schlitz zwischen zwei elektrisch leitenden, auf dem Träger angeordneten Flächen gebildet ist, welche Leitung mit der asymmetrischen Speisequelle gekoppelt ist und einen auf der ersten Oberfläche angeordneten Ver-) bindungsleiter zwischen einem Ende des ersten und einem entsprechenden Ende des zweiten Leiters aufweist, wobei der Verbindungsleiter gegenüber der Schlitzübertragungsleitung symmetrisch und mit derselben zum Umwandeln der ungeraden Moden in der Schlitzübertragungsleitung in eine Wellenerscheinung in einem ausschließlich ungeraden Modus gekoppelt ist.
3. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallflächen aus leitenden und widerstandsfähigen Teilen zum Dämpfen gerader Moden zusammengestellt sind.

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-"/eg
4. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kurve der Leitung der erste und der zweite streifenförmige Leiter durch einen Schlitz in Richtung der Winkelhalbierenden des Ablenkwinkels unterbrochen ist und die ersten Leiter mit den zweiten Leitern kreuzweise verbunden sind.
5. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Trägers angeordnet sindi vier Anschlußklemmen, die die Eckpunkte eines imaginären Rechtecks bilden; eine erste Mikrostreifenleitung, die an eine erste und eine zweite Anschlußklemme angeschlossen ist, die zu derselben Rechteckseite gehören; eine zweite Mikrostreifenleitung, die an eine dritte und eine vierte Anschlußklemme angeschlossen ist* wobei die Leiter der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung fluchtend liegen; eine dritte Mikrostreifenleitung, die an die zweite und die dritte Anschlußklemme angeschlossen ist, die zu derselben Rechteckseite gehören, wobei die dritte Mikrostreifenleitung mit der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung einen rechten Winkel einschließt, eine Verbindung zwischen der ersten Anschlußklemme und einer fünften Anschlußklemme und auf einer zweiten Oberfläche des dielektrischen Trägers einer vierten Mikrostreifenleitung angeordnet ist, die gegenüber der dritten Mikrostreifenleitung liegt und eine Länge entsprechend einer Viertelwellenlänge hat und mit einem ersten Ende mit der dritten Anschlußklemme und einer sechsten Anschlußklemme verbunden ist und ein zweites Ende der vierten Mikrostreifenleitung mit der dritten Mikrostreifenleitung verbunden ist und eine Verbindung zwischen der vierten und der sechsten Anschlußklemme zum Herstellen einer Reihen-T-Kreuzung angeordnet ist,
6» Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des

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Trägers angeordnet sind: vier Anschlußklemmen, die die Eckpunkte eines imaginären Rechtecks bilden; eine erste Mikrostreifenleitung, die an eine erste und eine zweite Anschlußklemme angeschlossen ist, die zu derselben Rechteckseite gehören; eine zweite Mikrostreifenleitung, die an eine dritte und eine vierte Anschlußklemme angeschlossen ist, wobei die Leiter der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung fluchtend liegen; eine dritte Mikrostreifenleitung, die an die erste und die dritte Anschlußklemme angeschlossen ist, die nicht zu derselben Rechteckseite gehören, wobei die dritte Mikrostreifenleitung mit der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung einen rechten Winkel einschließt; eine Verbindung zwischen der zweiten und der fünften Anschlußklemme und eine Verbindung zwischen der vierten und der sechsten Anschlußklemme und auf einer zweiten Oberfläche des Trägers eine vierte Mikrostreifenleitung angeschlossen ist, die gegenüber der dritten Mikrostreifenleitung liegt und eine Länge hat entsprechend einer Viertelwellenlänge und die mit einem ersten Ende mit der fünften Anschlußklemme der sechsten Anschlußklemme zum Herstellen einer Shunt-T-Kreuzung verbunden ist.
7· Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Anschlußklemme durch einen Widerstand mit der fünften Anschlußklemme verbunden ist und die zweite Anschlußklemme durch einen zweiten Widerstand mit der sechsten Anschlußklemme verbunden ist und daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes dem des zweiten Widerstandes entspricht.
8. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anschlußklemme durch einen ersten Widerstand mit der sechsten Anschlußklemme und die dritte Anschlußklemme durch einen zweiten Widerstand mit der fünften Anschlußklemme verbunden ist und daß der Widerstandswert des ersten Widerstandes dem des zweiten Widerstandes entspricht.
PHN 9272 4 _

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9. Unterstützte Mikrostreifenleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der ersten Oberfläche des dielektrischen Trägers angeordnet sind: vier Anschlußklemmen, die die Eckpunkte eines imaginären Rechtecks bilden; eine erste Mikrostreifenleitung, die an eine erste und eine zweite Anschlußklemme angeschlossen ist, die zu derselben Rechteckseite gehören; eine zweite Mikrostreifenleitung, die an eine dritte und eine vierte Anschlußklemme angeschlossen ist, wobei die Leiter der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung fluchtend liegen; eine dritte Mikrostreifenleitung, die an die erste und die vierte Anschlußklemme angeschlossen ist, die nicht zu derselben Rechteckseite gehören, wobei die dritte Mikrostreifenleitung mit der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung einen rechten Winkel einschließt; eine vierte Mikrostreifenleitung, die an die dritte Anschlußklemme und an eine fünfte Anschlußklemme angeschlossen ist und die vierte Mikrostreifenleitung mit der dritten MikrostreiJaileitung fluchtend liegt; eine Verbindung zwischen der fünften Anschlußklemme und der dritten Anschlußklemme und auf einer zweiten Oberfläche des dielektrischen Trägers eine fünfte Mikrostreifenleitung angeordnet ist, die gegenüber der dritten MikrostreiXenleitung liegt und eine Länge hat entsprechend einer Viertelwellenlänge und die mit einem ersten Ende mit der zweiten Anschlußklemme und der dritten Anschlußklemme verbunden ist und ein zweites Ende der fünften Mikrostreifenleitung mit der dritten Mikrostreifenleitung kreuzweise verbunden ist und auf der zweiten Oberfläche des dielektrischen Trägers eine sechste Mikrostreifenleitung angeordnet ist, die gegenüber der vierten Mikrostreifenleitung liegt und eine Länge hat entsprechend einer Viertelwellenlänge und die mit einem ersten Ende iait der ersten Anschlußklemme und einer sechsten Anschlußklemme verbunden ist, wobei die sechste Anschlußklemme mit dsr vierten Anschlußklemme und ein zweites Ende der sechsten Mikrostreifenleitung mit der vierten Mikrostreifenleitung zum Herstellen einer Magic-T-Kreuzung verbunden ist.

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