DE3126196A1

DE3126196A1 - Directional coupler for integrated millimetric wave systems

Info

Publication number: DE3126196A1
Application number: DE19813126196
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing. 7911 Thalfingen Callsen; Wolfgang Dr.-Ing. 7910 Neu-Ulm Menzel
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1981-07-03
Filing date: 1981-07-03
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE3126196C2

Abstract

A directional coupler having good coupling properties and bandwidth is intended to be suitable for integration into millimetric wave systems. For this purpose, the coupling structure is fitted on a dielectric substrate (2) as conductor strips (3) having a slot (4) parallel thereto, which substrate is located in the centre of a waveguide crossing. Input coupling (injection) is effected by means of fin lines, preferably antipodal fin lines (5, 5' to 8, 8'). <IMAGE>

Description

Richtkoppler für integrierte mm-Wellen-SystemeDirectional coupler for integrated mm-wave systems

Die Erfindung betrifft einen Richtkoppler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a directional coupler according to the preamble of Claim 1.

Bisher verwendete Koppler sind im wesentlichen nach folgenden Prinzipien aufgebaut: a) Koppler in reiner Hohlleitertechnik weisen gute Eigenschaften bezüglich Richtdämpfung und Bandbreite auf.Couplers used so far are essentially based on the following principles constructed: a) Couplers in pure waveguide technology have good properties with regard to Directional attenuation and bandwidth.

Ihre Herstellung erfordert jedoch einen hohen mechanischen Aufwand, speziell im mm-Wellen-Bereich. Darüber hinaus sind derartige Koppler relativ groß und eignen sich nicht für den Aufbau von integrierten mm-Wellen-Systemen. However, their production requires a high mechanical effort, especially in the mm shaft range. In addition, such couplers are relatively large and are not suitable for the construction of integrated mm-shaft systems.

b) Koppler nach dem Prinzip des Hybridringkopplers in Mikrostreifenleitungstechnik haben die Nachteile, daß sie verhältnismäßig schmalbandig sind und daß Mikrostreifenleitungen im mm-Wellenbereich relativ hohe Ver-Luste aufweisen.b) Coupler based on the principle of the hybrid ring coupler in microstrip line technology have the disadvantages that they are relatively narrow and that microstrip lines in the mm wave range have relatively high losses.

c) Gekoppelte Schlitze (gekoppelte FinLeitungen) weisen eine sehr starke Kopplung auf, so daß schwache Kopplungen nur chwer zu realisieren sind.c) Coupled slots (coupled fin lines) have a very strong coupling, so that weak couplings are difficult to implement.

u) In IEEE Int. Microw. Symp. MTT-S 1970, Seiten 184 bis 187 und IEEE Trans. on MTT-22 (1974), Seiten 364 bis 8 werden Koppler beschrieben mit einer ikrostreifen-Leitungs-Schlitz-Kopplung. Die blikrostreifenleitungsanschlüsse eignen sich für eine Integration im mm-Wellen-Bereich wenig, und die Leerlaufkreise für die Schlitz-Leitung erfordern relativ viel Platz, der in einer Hohlleiterfassung nicht vorhanden ist.u) In IEEE Int. Microw. Symp. MTT-S 1970, pages 184 to 187 and IEEE Trans. On MTT-22 (1974), pages 364 to 8, couplers are described with a microstrip-line-slot coupling. The blue strip line connections are suitable for integration in the mm-wave range little, and the idle circuits for the slot line require a relatively large amount of space, which is not available in a waveguide socket.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Richtkoppler der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei guten Koppeleigenschaften und Bandbreite die Integration in mm-Wellen-Systeme erlaubt. Die Erfindung ist im Anspruch 1 beschrieben. Die Tnteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen bzw.The object of the invention is to provide a directional coupler of the type mentioned at the beginning Art to create the integration with good coupling properties and bandwidth allowed in mm shaft systems. The invention is described in claim 1. The subclaims contain advantageous designs or

Weiterbildungen der Erfindung.Developments of the invention.

Zur Integration von mm-Wellen-Komponenten hat sich als ein geeignetes Leitungsmedium die sogenannte Finleitung herausgestellt. FIG. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Finleitung, hier eine antipodale Finleitung. In einen Hohlleiter 1 ist ein dielektrisches Trägermaterial 2 eingebracht, auf das mit Fotoätztechnik-Mitteln Leiterstrukturen 11 aufgebracht sind. Der erfindungsgemäße Koppler ist vorteilhaft auf diese Leiterstruktur zugeschnitten. FIG. 2 zeigt die prinzipielle Leiterstruktur des Kopplers. Sie wird in einer kreuzförmigen Hohileiterverzweigung angebracht.For the integration of mm-shaft components has proven to be a suitable Line medium highlighted the so-called Finleitung. FIG. 1 shows a cross section by a fin line, here an antipodal fin line. In a waveguide 1 is a dielectric carrier material 2 is introduced onto which by means of photo-etching technology Conductor structures 11 are applied. The coupler according to the invention is advantageous tailored to this ladder structure. FIG. 2 shows the basic conductor structure of the coupler. It is attached in a cross-shaped hollow ladder branch.

Der Koppler beruht im wesentlichen auf der Kombination eines Schlitzes 4 und eines Leiterstreifens 3, die parallel und symmetrisch zueinander verlaufen und jeweils etwa eine viertel Wellenlänge lang sind. Dieser Teil der Anordnung entspricht dem Prinzip, das oben in den unter d) genannten Artikeln beschrieben ist; durch die Ausnutzung beider Substratseiten sowie die andere Ankopplung ergeben sich jedoch weitaus größere Möglichkeiten zur Einstellung der Impedanzwerte sowie der einzelnen Leitungslängen. Darüber hinaus ist die Struktur von vornherein auf den Einbau in einen ohlleiter sowie auf die Integration mit anderen mm-ellen-Komponenten in Finleitungstechnik zugeschnitten.The coupler is essentially based on the combination of a slot 4 and a conductor strip 3, which run parallel and symmetrical to each other and are each about a quarter wavelength long. This part corresponds to the arrangement the principle described above in the articles referred to under d); by however, the utilization of both sides of the substrate and the other coupling result far greater possibilities for setting the impedance values as well as the individual ones Cable lengths. In addition, the structure is designed for installation in an ohlleiter as well as the integration with other mm-ellen-components in finline technology tailored.

Die Verbindung zwischen den vier Zuführungsleitungen 5, 5' bis 8, 8' und der Kopplerstruktur erfolgt durch geeignete Formgebung der Metallisierungsflächen, z. B. entsprechend FIG. 2.The connection between the four supply lines 5, 5 'to 8, 8 'and the coupler structure is made by suitable shaping of the metallization surfaces, z. B. according to FIG. 2.

Eine Möglichkeit zur Abstimmung des Kopplers besteht darin, Plättchen geeigneter Größe und Dielektrizitätszahl jeweils auf eine oder beiden Seiten des Kopplers aufzubringen. Auftretende Resonanzerscheinungen im Koppelbereich lassen sich z. B. durch die im Unteranspruch 4 genannten Maßnahmen vermeiden oder unterdrücken. FIG. 3 zeigt gemessene Übertragungsfaktoren 5 eines erfindungsgemäßen Kopplers als Funktion der Frequenz.One way to tune the coupler is to use platelets suitable size and dielectric constant on one or both sides of the Apply coupler. Leave any resonance phenomena in the coupling area z. B. avoid or suppress by the measures mentioned in dependent claim 4. FIG. 3 shows measured transmission factors 5 of a coupler according to the invention as Function of frequency.

Claims

Patentansprüche Richtkoppler unter Benutzung planarer Leitungstechnik mit einer Leiterstreifen-Schlitz-Koppelstruktur, insbesondere für den Millimeterwellenbereich, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Koppelstruktur ist auf einem dielektrischen Substrat (2) aufgebracht, das sich in der Mitte einer Hohlleiterkreuzung parallel zu den Schmalseiten der Hohlleiter (1) befindet (E-Ebene); - die Koppelstruktur besteht aus einem Leiterstreifen (3) diagonal auf der einen Substrat seite und einem dazu parallelen, symmetrisch angeordneten Schlitz (4) in der Metallisierung auf der anderen Substratseite; die Längen dieser beiden Strukturen betragen etwa ein Viertel der jeweiligen Leitungswellenlänge; - die Ankopplung der oppelstruktur erfolgt jeweils durch antipodale Finleitungen (5, 5' bis 8, 8'); dabei werden auf der Seite mit dem Leiterstreifen (3) jeweils zwei über ein Eck laufende Metallisierungsflächen (5, 6) durch den Leiterstreifen (3) mit den um das diagonal gegenüber-Liegende Eck laufenden Metallisierungsflächen (7, 8) verbunden, während auf der anderen Substratseite die Netallisierungen durch einen breiten Steg (9) quer zum Leiterstreifen (3) verbunden sind, wobei dieser Steg (9) unter dem Leiterstreifen (3) durch den Schlitz (4) unterbrochen ist.Claims Directional coupler using planar line technology with a conductor strip-slot coupling structure, especially for the millimeter wave range, characterized by the following features: - the coupling structure is on a dielectric Substrate (2) applied, which is parallel in the middle of a waveguide crossing to the narrow sides of the waveguide (1) is located (E-plane); - the coupling structure consists of a conductor strip (3) diagonally on one substrate side and one parallel, symmetrically arranged slot (4) in the metallization the other side of the substrate; the lengths of these two structures are approximately one Quarter of the respective line wavelength; - the coupling of the double structure takes place in each case by antipodal fin lines (5, 5 'to 8, 8'); included are on the side with the ladder strip (3) two running over a corner Metallization surfaces (5, 6) through the conductor strip (3) with the diagonally opposite corner running metallization surfaces (7, 8) connected while on the other side of the substrate the metalization through a wide web (9) are connected transversely to the conductor strip (3), this web (9) under the conductor strip (3) is interrupted by the slot (4).

2. Richtkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Masseflächen der antipodalen Finleitung je nach Bedarf der einzustellenden Leitungsimpedanz und -längen überlappen oder nit:ht.2. Directional coupler according to claim 1, characterized in that the ground planes of the antipodal fin line depending on the requirements of the line impedance to be set and lengths overlap or nit: ht.

3. Richtkoppler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Leiterstreifen (3) oder auf den Schlitz (4) weitere dielektrische Materialien zur Verbesserung der Kopplereigenschaft aufgebracht sind.3. Directional coupler according to claim 1 or 2, characterized in that further dielectric materials on the conductor strip (3) or on the slot (4) are applied to improve the coupler properties.

4. Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete lXIaßnahmen, z. B. Verkleinerung der Hohlleiterabmessungen im Koppelbereich oder Kurzschlußstifte neben den Koppelleitungen, unerwünschte Resonanzen im Koppler unterdrückt werden.4. Directional coupler according to one of claims 1 to 3, characterized in that that by suitable measures, e.g. B. Reduction of the waveguide dimensions in Coupling area or short-circuit pins next to the coupling lines, unwanted resonances be suppressed in the coupler.

5. Richtkoppler nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Metallisierungen der Vorder- und der Rückseite nur auf einer Substratseite befinden (unilaterale Finleitung).5. Directional coupler according to one of claims 1, 3 or 4, characterized in that that the metallizations of the front and the back are only on one side of the substrate are (unilateral fin line).