DE3722619C2 - Vorrichtung zur Messung der Streuparameter einer planaren Struktur im Millimeterwellenbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Streuparameter nach Betrag und Phase von planaren Strukturen im Millimeterwellenbereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Meßvorrichtung ist bereits aus der DE 33 30 099 C2 bekannt.

Bei der bekannten Meßvorrichtung ist die zu untersuchende planare Struktur mit einem leitfähigen Kleber auf die Oberseite eines scheibenförmigen Magazins geklebt. Das Magazin sitzt formschlüssig in einer Vertiefung auf der Oberseite eines Trägerteils. Links und rechts neben dem Magazin endet jeweils eine Streifenleitung, die durch einen angelöteten Draht mit dem zugehörigen Anschluß­ flecken auf der planaren Struktur verbunden ist. Das Trägerteil befindet sich im Inneren eines Hohlleiters, der aus zwei formschlüssig ineinander greifenden Teilen be­ steht, und wird durch seine Formgestaltung und die der Hohlleiterteile in dem Hohlleiter fixiert. Die Streifen­ leitungen münden mit ihrem anderen Ende auf dem Trägerteil jeweils in einen Streifenleitungs/Hohlleiter-Übergang.

Zum Auswechseln der Magazine beispielsweise bei Reihen­ untersuchungen von planaren Strukturen muß die gesamte Meßvorrichtung zunächst komplett demontiert und nach dem Magazinwechsel wieder montiert, justiert und fixiert werden. Außerdem sind bei jeden Wechsel der Magazine die verlöteten Verbindungsdrähte zu lösen und anschließend wieder zu verlöten. Besonders kritisch ist bei der be­ kannten Meßvorrichtung schließlich, daß auch die Streifen­ leitungs/Hohlleiter-Übergänge nach jedem Wechsel neu justiert und fixiert werden müssen, wodurch sich i. a. große Abweichungen in der Reproduzierbarkeit der Streu­ parameter ergeben, was sich ungünstig auf hochgenaue Messungen z. B. mit einem automatischen Netzwerks­ analysator auswirkt.

Andere Ausgestaltungen von Streifenleitungs/Hohlleiter- Übergänge sind aus der US 4 453 142 zu entnehmen und aus dem Artikel von M. V. Schneider, B. Glance und W. F. Bodtmann: "Microwave and Millimeter Wave Hybrid integrated Circuits for Radio Systems", erschienen in "The Bell System Technical Journal", Juli/August 1969, Seite 1703-1726.

Diese Übergänge weisen jedoch eine zu geringe Bandbreite für die Meßtechnik mit einem automatischen Netzwerks­ analysator auf.

Ferner ist aus der DD-PS 1 53 439 ein Streifenleitungs-/Koaxial­ leitungs-Übergang bekannt, der eine federnde Kontaktierung zwischen Streifenleitung und Koaxialleitung aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Meßvor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Streuparameter der planaren Struktur im Millimeter­ wellengebiet nach Betrag und Phase mit hoher Reproduzier­ barkeit gemessen werden können, die einfach zu bedienen ist und die ein schnelles und problemloses Auswechseln der Meßobjekte gestattet.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Patent­ anspruch 1 beschrieben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß geschieht das Einbringen eines Magazins mit der zu untersuchenden planaren Struktur in die Meßvor­ richtung bzw. das Auswechseln der Magazine, ohne daß dabei die empfindlichen und schwierig zu justierenden Streifen­ leitungs/Hohlleiter-Übergänge (bzw. Streifenleitungs/ Koaxialleitungs-Übergänge) demontiert werden müssen.

Hierzu wird das Magazin mit der planaren Struktur auf seiner Oberseite zwischen zwei Fixierteile eingefügt. Auf jedem der beiden Fixierteile ist auf der dem Magazin zugewandten Seite eine Trägerplatte angebracht, auf deren Oberseite die Streifenleitungen verlaufen und unmittelbar in der Nähe des Magazins enden. Mit ihrem anderen Ende sind die Streifenleitungen jeweils mit einem Streifen­ leitungs/Hohlleiter- bzw. Streifenleitungs/Koaxial­ leitungs-Übergang verbunden. Die Übergänge sind dabei auf der dem Magazin abgewandten Seite des jeweiligen Fixier­ teils angebracht, so daß die Streifenleitungen und das Magazin mit der planaren Struktur von oben frei zugänglich sind.

Zur Justierung werden die Fixierteile und das Magazin solange gegeneinander verschoben, bis die Enden der Streifenleitungen den zugehörigen Anschlußflecken auf der planaren Struktur unmittelbar gegenüberliegen. An­ schließend werden die Fixierteile und das Magazin in dieser Position zueinander fixiert. Nach erfolgter Justierung und Fixierung werden die Streifenleitungen mit den Anschlußflecken verbunden, indem von oben flach ausgebildete Verbindungsteile auf die Streifenleitungs­ enden bzw. auf die Anschlußflecken gedrückt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß vorhandene Feldstörungen der Übergänge in einen un­ kritischen Bereich gelegt werden, so daß eine hohe Reproduzierbarkeit der Messungen erreicht wird. Außerdem können die Meßobjekte sehr einfach ausgewechselt werden. Eine besonders einfache Bedienung der gesamten Meßvor­ richtung wird erreicht, wenn die planare Struktur mittels einer Aussaugvorrichtung durch Unterdruck auf der Ober­ seite des Magazins fixiert werden. In diesem Fall können die planare Struktur direkt ausgewechselt werden, ohne daß danach die Meßvorrichtung neu justiert werden muß, was sich günstig bei Reihenuntersuchungen von planaren Strukturen auswirkt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. In den Figuren sind vorteilhafte Ausführungs­ formen der Erfindung sowie weitere Details der erfindungs­ gemäßen Lösung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Teil einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung in perspektivischer Darstellung.

Fig. 2 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung im Querschnitt (Aus­ schnitt).

Fig. 3-4 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung mit zwei Streifen­ leitungs/Koaxialleitungs-Übergängen im Quer­ schnitt bzw. in der Draufsicht.

Fig. 5-6 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung mit vier Streifen­ leitungs/Hohlleiter-Übergängen im Querschnitt bzw. in einem horizontalen Schnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Teil einer vorteilhaften Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besteht aus den beiden Fixierteilen 3 und 4, die sich mit ihren Stirnseiten gegenüberstehen. Zwischen ihnen ist das Magazin 2 mit der planaren Struktur 1 auf seiner Oberseite eingefügt. Auf der Oberseite der beiden Fixierteile 3 und 4 ist jeweils eine Trägerplatte 30 und 40 aufgebracht, vorzugsweise eine Keramikleiterplatte, die mit einen elektrisch leitenden Kleber aufgeklebt ist.

Auf der Oberseite der Trägerplatten 30 und 40 verläuft jeweils eine Streifenleitung 31 und 41, die an der stirn­ seitigen Kante der Trägerplatte unmittelbar in der Nähe eines Anschlußfleckens 10, 11 auf der planaren Struktur 1 endet. Die Streifenleitungen 31, 41 sind über flach aus­ gebildete Verbindungsteile (vorzugsweise flache Goldband­ stückchen) 5a und 5b mit den Anschlußflecken 10, 11 ver­ bunden. Zur Herstellung der Verbindung wird auf die Ver­ bindungsteile eine äußere Kraft F ausgeübt, die die Ver­ bindungsteile 5a, 5b auf die zu verbindenden Streifen­ leitungen 31, 41 bzw. Anschlußflecken 10, 11 drückt.

Der in Fig. 2 gezeigte Teil einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besteht beispielhaft aus dem Fixierteil 3 mit Trägerplatte 30 und Streifenleitung 31 sowie dem Magazin 2 mit der planaren Struktur 1. Das Verbindungsteil 5a ist an einem Stempel 50a befestigt, der mittels einer Feder 51a federnd in einem Halter 52a sitzt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine vorteilhafte Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit zwei Streifenleitungs/Koaxialleitungs-Übergängen im Querschnitt (Fig. 3) und in der Draufsicht (Fig. 4; ohne die Halter 52 mit den Stempeln 50).

Die Meßvorrichtung besteht aus einem linken und einem rechten Fixierteil 3, 4, auf die die Keramikleiterplatten 30, 40 mit einem elektrisch leitenden Kleber aufgeklebt sind. (Höhenunterschied 0.01 mm). Die Innenleiter 81a, der Koaxialstecker 8a, 8b sind auf die Streifen­ leitungen 31, 41 durch Druckkontakt fixiert. Die Außen­ leiter 80a sind mittels Schrauben 83a und
Flanschen 82a an den Fixierteilen 3, 4 befestigt.

Beide Fixierteile 3, 4 sind bis auf die Bohrungen 32, 42 zur Aufnahme der Spannschraube 6 identisch. Die Bohrung 32 ist mit einem Gewinde versehen, während die Bohrung 42 kein Gewinde aufweist. Die Fixierung der beiden Teile geschieht über Führungsstifte 7a, 7b, die in ent­ sprechende Bohrungen 33a, 43a; 33b, 43b in den Fixier­ teilen eingefügt sind. Mit der Spannschraube 6 wird das eingefügte Magazin 2, dessen Seitenflächen (wie auch die Stirnseitenteile der Fixierteile, die von den Seiten­ flächen des Magazins berührt werden) planparallel aus­ gebildet sind, mit der aufgeklebten planaren Struktur 1 auf seiner Oberseite zwischen den beiden Fixierteilen 3, 4 leicht eingespannt (das Magazin weist ebenfalls eine Durchgangsloch 22 ohne Gewinde für die Spannschraube 6 auf), um ein Positionieren der Enden der Streifen­ leitungen 31, 41 zu den Anschlußflecken auf der planaren Struktur 1 durch Verschieben des Magazins 2 zu er­ möglichen, und anschließend durch Anziehen der Spann­ schraube 6 festgespannt.

Die Kontaktierung der Anschlußflecken auf der planaren Struktur 1 mit den Streifenleitungen 31, 41 geschieht durch federnde Kontaktstempel 50a, 50b, die jeweils spielfrei in einem Halter 52a, 52b sitzen. Die Halter 52a, 52b sind einzeln parallel schwenkbar in dem zu­ gehörigen Fixierteil gelagert, um den freien Zugang von oben zu den Streifenleitungen 31, 41 bzw. zu der planaren Struktur 1 zu ermöglichen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine vorteilhafte Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit vier Streifenleitungs/Hohlleiter-Übergängen im Querschnitt (Fig. 5) und in einem horizontalen Schnitt (Fig. 6).

Die Meßvorrichtung besteht aus einem linken und einem rechten Fixierteil 3 und 4, auf die Keramikleiterplatten 30, 40 mit einem elektrisch leitenden Kleber aufgeklebt sind (Höhendifferenz: (0.01 mm). Die Streifenleitungen 31, 39, 41, 49 verlaufen auf der Oberseite der Trägerplatten 30, 40 und münden mit ihren einem Ende jeweils in einen Streifenleitungs/Hohlleiter-Übergang 9a, 9b, 9c, 9d.

Beide Fixierteile 3, 4 sind bis auf die Bohrungen 32a, 42a, 32b, 42b zur Aufnahme der Spannschrauben 6a, 6b identisch. Die Bohrungen 32a, 32b sind mit einem Gewinde versehen, während die Bohrungen 42a, 42b kein Gewinde aufweisen. Die Fixierung der beiden Fixierteile zueinander geschieht über Führungsstifte 7a, 7b, die in entsprechende Bohrungen 33a, 43a, 33b, 43b in den Fixierteilen eingefügt sind. Mit den Spannschrauben 6a, 6b wird das eingelegte planparallele Magazin 2 mit aufgeklebter planarer Struktur 1 zwischen den beiden Fixierteilen 3, 4 leicht einge­ spannt, um ein Positionieren der Enden der Streifen­ leitungen 31, 39, 41, 49 zu den Anschlußflecken auf der planaren Struktur 1 durch Verschieben des Magazins 2 zu ermöglichen, und anschließend durch Anziehen der Spann­ schrauben 6a, 6b festgespannt.

Die Kontaktierung der Anschlußflecken auf der planaren Struktur 1 mit den Streifenleitungen 31, 39, 41, 49 geschieht durch federnde Kontaktstempel 50, die jeweils spielfrei in einem Halter 52 sitzt. Die Halter 52 sind einzeln parallel schwenkbar in dem zugehörigen Fixierteil 3, 4 gelagert, um den freien Zugang von oben zu den Streifenleitungen 31, 39, 41, 49 bzw. zu der planaren Struktur 1 zu ermöglichen.

Es versteht sich, daß die Erfindung mit fachmännischen Wissen auf vielerlei Art und Weise abgewandelt und weiter­ gebildet bzw. an spezielle Einsatzbedingungen angepaßt werden kann, ohne daß dies hier näher erläutert werden müßte.

So kann z. B. für die Messung mehrerer gleichartiger Meßobjekte ein Magazin mit einer Ansaugvorrichtung zum Einsatz kommen, bei dem die zu untersuchenden planaren Strukturen nicht - wie bisher üblich - aufgeklebt, sondern mit Unterdruck auf dem Magazin fixiert werden. Dadurch entfällt der zeitaufwendige Umbau und die erneute Justierung der Meßvorrichtung.

Auch können Fixierteile Streifenleitungs/Hohlleiter-Über­ gänge und Streifenleitungs-/Koaxialleitungs-Übergänge in Kombination enthalten bzw. ein Fixierteil mit Streifen­ leitungs/Hohlleiter-Übergängen mit einem Fixierteil mit Streifenleitungs/Koaxialleitungs-Übergängen zu einer Meß­ vorrichtung kombiniert werden, um beispielsweise Dioden auf vorteilhafte Weise untersuchen zu können.

Weiterhin können zur leichteren Justierung die Stirnseiten der Fixierteile mit einen Wulst versehen werden, der beispielsweise unterhalb des Magazins parallel zu dessen Unterseite verläuft, einen rechteckförmigen Querschnitt hat und auf dem das Magazin zum liegen kommt. Der Wulst kann auch U-förmig ausgebildet sein.

Schließlich ist es nicht notwendig, die Verbindungsteile fest an der Unterseite der zugehörigen Stempel anzu­ bringen. Sie können auch mit einem ihrer Enden fest an dem Ende der zugehörigen Streifenleitung auf der Trägerplatte bzw. an den zugehörigen Anschlußflächen auf der planaren Struktur angebracht werden.

Claims (23)

1. Vorrichtung zur Messung der Streuparameter einer planaren Struktur im Millimeterwellenbereich, mit einem Magazin, auf dessen Oberseite die planare Struktur ange­ bracht ist, welche auf ihrer Oberseite Anschlußflecken aufweist, mit Streifenleitungen, welche links und rechts neben dem Magazin enden und über Verbindungsteile mit den Anschlußflecken verbindbar sind, mit Fixierteilen, welche zusammengefügt die Streifenleitungen und das Magazin zueinander fixieren, wobei die fixierten Streifen­ leitungen mit der planaren Struktur annähernd in einer Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sich zwei aufrecht stehende Fixierteile (3, 4) mit ihren Stirnseiten gegenüberstehen;
• - daß zwischen den beiden Fixierteilen (3, 4) das ebenfalls aufrecht stehende Magazin (2) form­ schlüssig eingeklemmt ist;
• - daß auf den Oberseiten der beiden Fixierteile (3, 4) jeweils eine Trägerplatte (30, 40) angebracht ist, welche mit ihrer Stirnseite unmittelbar bis an die Stirnseite des zugehörigen Fixierteils (3, 4) heran­ reicht
• - daß auf den Oberseiten der beiden Trägerplatten (30, 40) jeweils mindestens eine Streifenleitung (31, 41) verläuft, welche mit ihrem einen Ende an der oberen stirnseitigen Kante der zugehörigen Trägerplatte (30, 40) in unmittelbarer Nähe jeweils eines der Anschlußflecken (10, 11) der planaren Struktur (1) endet
• - daß die Verbindung von Streifenleitung (31, 41) und zugehörigem Anschlußflecken (10, 11) jeweils durch Einwirkung einer äußeren Kraft (F) auf das zuge­ hörige Verbindungsteil (5a, 5b) für die Dauer der Einwirkung herstellbar ist, wobei die Kraft (F) das über der Streifenleitung (31, 41) und dem Anschluß­ flecken (10, 11) befindliche Verbindungsteil (5a, 5b) auf die Streifenleitung (31, 41) und den An­ schlußflecken (10, 11) preßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitungen (31, 39, 41, 49) mit ihrem anderen Ende jeweils an einen Streifenleitungs/Hohl­ leiter-Übergang (9a, 9b, 9c, 9d) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitungen (31, 41) mit ihrem anderen Ende jeweils an einen Streifenleitungs/Koaxialleitungs-Übergang (8a, 8b) angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Streifenleitungen (31, 41) mit ihrem anderen Ende an einen Streifen­ leitungs/Hohlleiter-Übergang (9) und mindestens eine andere Streifenleitung (31, 41) an einen Streifen­ leitungs/Koaxialleitungs-Übergang (8) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der beiden Fixierteile (3, 4) und die mit den Stirnseiten in Berührung stehenden Seitenflächen des Magazins (2) planparallel ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der beiden Fixierteile (3, 4) unter­ halb des Magazins (2) jeweils einen parallel zur Unter­ seite des Magazins (2) verlaufende Wulst (34, 44) mit rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, auf dem das Magazin mit seiner Unterseite aufliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der beiden Fixierteile (3, 4) einen U-förmig ausgebildeten Wulst mit rechteckförmigen Quer­ schnitt aufweisen in welchem das Magazin (2) einfügbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierteile (3, 4) Bohrungen (33a, 43a, 33b, 43b) zur Aufnahme von Führungsstiften (7a, 7b) aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierteile (3, 4) Bohrungen (32, 42; 32a, 42a, 32b, 42b) zur Aufnahme von Fixierelementen (6; 6a, 6b) aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magazin (2) mindestens eine Bohrung (22) zur Durchführung mindestens eines Fixierelements (6) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (32; 32a, 32b) des einen Fixierteils (3) mit einem Gewinde und die Bohrungen (42; 42a, 42b) des anderen Fixierteils (4) ohne Gewinde versehen sind und daß als Fixierelemente Schrauben (6; 6a, 6b) vorgesehen sind, deren Schaft nur am unteren Ende mit einem Gewinde versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der äußeren Kraft (F) jeweils ein Stempel (50) vorgesehen ist, welcher von oben auf das zugehörige Verbindungsteil (5) drückt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (50) spielfrei und mittels einer Feder (51) federnd gelagert in einem Halter (52) sitzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Fixierteil (3, 4) gehörenden Halter (52) zu einer gemeinsamen Halterung (52a, 52b) zusammengefaßt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (52a, 52b) einzeln parallel schwenkbar in den zugehörigen Fixierteilen (3, 4) gelagert sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (5a, 5b) jeweils an der Unterseite des zugehörigen Stempels (50a, 50b) fest angebracht sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (5a, 5b) mit einem ihrer beiden Enden jeweils an der Oberseite des zugehörigen Anschlußfleckens (10, 11) fest angebracht sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (5a, 5b) mit einem ihrer beiden Enden jeweils an der Oberseite der zugehörigen Streifenleitung (31, 41) fest angebracht sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (5a, 5b) rechteckförmige Goldbandstückchen sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trägerplatten (31, 41) Keramikleiterplatten sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die planare Struktur (1) auf die Oberseite des Magazins (2) mit einem leitfähigen Kleber aufgeklebt ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die planare Struktur (1) mittels Unterdruck auf der Oberseite des Magazins (2) fixiert ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die planare Struktur (1) über einer Öffnung auf der Oberseite des Magazins (2) sitzt und diese vollständig abdeckt und daß diese Öffnung Teil einer Saugeinrichtung ist, die den Unterdruck erzeugt.