DE69216742T2

DE69216742T2 - Breitbandiger Übergang zwischen einer Mikrostreifenleitung und einer Schlitzleitung

Info

Publication number: DE69216742T2
Application number: DE69216742T
Authority: DE
Inventors: Mike D Thomas
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2012-09-26
Also published as: EP0534796B1; US5278575A; CA2078736C; DE69216742D1; IL103281A; AU642095B2; KR960006457B1; EP0534796A1; CA2078736A1; ES2096047T3; AU2534492A; KR930007001A; JPH05218711A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen beim übergang zwischen Mikrostreifen- und Schlitzleitung-Mikrowellenübertragungs leitungen.
Aufgeweitete Schlitzstrahler werden wegen ihren Breitband-Eigenschaften und ihrer Eignung für Aktiv-Radar-Architekturen zunehmend populärer in Aktiv-Radar-Anordnungen. Gegenwärtig muß für jede Anwendung ein neuer frequenzabhängiger übergang zwischen einem Mikrostreifen und einer Schlitzleitung entworfen werden.
Konventionelle übergänge zwischen Mikrostreifen- und Schlitzleitung-Übertragungsleitungen haben entweder eine Art intermediäre Übertragungsleitung verwendet, beispielsweise einen Parallelstreifen, oder frequenzabhängige Abstimmblindleitungen. Diese konventionellen übergänge erfordem daher mehr Platz auf der Leiterplatte und sind ebenfalls in der Frequenzbandbreite begrenzt.
Die Druckschrift US-A-4500887 offenbart eine Antennenstruktur mit einer Mikrostreifen-Speiseleitung und einem übergang von der Mikrostreifen-Übertragungsleitung in eine zweiseitige gekerbte Antenne. Dieses auf geweitete Kerbantennenelement weist ein Metallisierungsmuster auf, das mit einer Mikrostreifen-Speiseleitung kompatibel ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Breitbandübergang zwischen Mikrostreifen- und Schlitzleitung-Übertragungs leitungen bereitzustellen.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, besteht aus einem übergang zwischen zwei Arten von Über- tragungsleitungen, Mikrostreifenleitungen und Schlitzleitungen. Was neu an diesem besonderen Übergang ist. ist die beim Integrieren der zwei Arten von Übertragungsleitungen beim übergang verwendete Geometrie. Die verwendete Geometrie führt zu einem Breitband-Mikrostreifen-Kurzschluß über der Schlitzleitung und einem Breitband-Schlitzleitung- Leerlauf in der Richtung entgegengesetzt der Ausbreitung auf der Schlitzleitung. Diese zwei Eigenschaften sind für die direkte Kopplung zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung erforderlich. Es gibt keine Arten von intermediären Übertragungsleitungen zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung, und es werden keine frequenzabhängigen Abstimmblindleitungen verwendet, um die für die Kopplung benötigten Kurzschlüsse und Leerläufe zu erzeugen. Das Ergebnis ist ein Breitband-Übergang, der unter Verwendung von Standardätztechniken hergestellt werden kann, und keine plattierten Durchgangslöcher erfordert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden noch offensichtlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer exemplarischen Ausführungsform von ihr werden, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, in denen zeigen:
FIG. 1 eine Draufsicht auf einen Übergang zwischen einem Mikrostreifen und einer Schlitzleitung gemäß der Erfindung;
FIG. 2 eine Ansicht des Ausgangsende des Übergangs von FIG, 1;
FIG. 3 eine Ansicht des Eingangsende des Übergangs von FIG. 1;
FIG. 4 eine Unteransicht des Übergangs von FIG. 1;
FIG. 5 eine Draufsicht auf einen zweiseitigen gedruckten aufgeweiteten Schlitzstrahler, der die Erfindung verkörpert;
FIG. 6 eine Unteransicht des aufgeweiteten Schlitzstrahlers von FIG. 5;
FIG. 7 eine Überlagerungsansicht der auf der Ober- und Unterseite des Übergangs von FIG. 5 ausgebildeten Strahlerelemente; und
FIG. 8 eine graphische Darstellung, die die gemessene Rückflußdämpfung (VSWR) eines exemplarischen Übergangs, der die Erfindung verkörpert, als eine Funktion der Frequenz veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein übergang zwischen einem Mikrostreifen und einer Schlitzleitung gemäß der Erfindung wird ausgebildet, indem man eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung mit einer zweiseitigen Schlitzleitung integriert, wie in den FIGS. 1-4 gezeigt. Wie allgemein bekannt ist, besteht eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung aus einer zweiadrigen Übertragungsleitung, die durch einen über einer leitenden Erd- Gegengewichtsebene angeordneten leitenden Streifen gebildet wird. Der Wellenwiderstand der Mikrostreifenleitung wird durch die Breite des leitenden Streifen, seine Höhe über der Erd-Gegengewichtsebene und die dielektrische Konstante des zwischen den beiden befindlichen Materials bestimmt. Eine zweiseitige Schlitzleitung besteht aus einer Schlitz- Übertragungsleitung, die durch die kollinearen benachbarten Kanten zweier leitenden Erd-Gegengewichtsebenen gebildet wird, die auf voneinander abgewandten Seiten einer dielektrischen Platte angeordnet sind. Der Wellenwiderstand der zweiseitigen Schlitzleitung wird durch die Größe der Überlappung der zwei Kanten der Erd-Gegengewichtsebenen, die die Schlitzleitung bilden, die Dicke der dielektrischen Platte zwischen ihnen und die dielektrische Konstante des Plattenmaterials bestimmt.
FIG. 1 ist eine Draufsicht auf den Übergang 50 und zeigt die leitfähigen Bereiche als schraffierte Bereiche auf der oberen Oberfläche des dielektrischen Substrates 52; die leitfähigen Bereiche definieren verschiedene Elemente der Übertragungsleitungen. Die leitfähige Schicht auf der oberen Oberfläche definiert eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung 54, eine der Schlitzleitung-Erd-Gegengewichtsebenen 56 und einen Übergangsbereich 58. Die Mikrostreifen-Übertragungsleitung 54 vereinigt sich mit der Erd-Gegengewichtsebene 56 beim Übergang 58.
FIG. 2 ist eine Ansicht des Ausgangsende des Übergangs 50 von FIG. 1, die die Schlitzleitung-Erd-Gegengewichtsebenen 56 und 60 für eine zweiseitige Schlitzleitung zeigt.
FIG. 3 ist eine Ansicht des Übergangsende, die den Mikrostreifen-Aderstreifen 54, die Schlitzleitung-Erd- Gegengewichtsebene 56 und die Schlitzleitung-Erd-Gegengewichtsebene 60 zeigt.
FIG. 4 eine Unteransicht, die wieder die Mikrostreifen- und Schlitz leitung-Erd-Gegengewichtsebene 60 zeigt.
Die Mikrostreifen-Übertragungsleitung und die zweiseitige Schlitzleitung werden jeweils so hergestellt, daß jede Übertragungsleitung denselben nominellen Wellenwiderstand aufweist.
Wie in den FIGS. 1-4 veranschaulicht ist, wird eine der Erd-Gegengewichtsebenen (Erd-Gegengewichtsebene 60), die die zweiseitige Schlitzleitung umfaßt, ebenfalls als die Erd-Gegengewichtsebene für die Mikrostreifenleitung benützt. Dies erzeugt eine Breitband-Mikrostreifen-Nebenschlußverbindung über der Schlitzleitung bei ihrem Überschneidungspunkt beim Bereich 58. Die Mikrostreifen-Nebenschlußverbindung ist bei den Kanten der Erd-Gegengewichtsebenen 56 und 60 lokalisiert, was ebenfalls einen Breitband-Schlitzleitung-Leerlauf bei einem Ende der Schlitzleitung erzeugt. Die Erd-Gegengewichtsebenenkanten, die entlang des in FIG. 3 gezeigten Eingangsende verlaufen, bilden eine abrupten, sehr hohen Widerstandsabschluß bei dem Ende der Schlitzleitung-Übertragungsleitung, welche entlang der Linie zwischen den Erd-Gegengewichtsebenen 56 und 60 gebildet wird. Die gemeinsame Lokalisierung des Mikrostreifen- Nebenschlußes über der Schlitzleitung und des Schlitzleitung-Leerlaufes bewirkt eine starke Kopplung von dem Mikrostreifen zu der Schlitzleitung. Die Nebenschlußverbindung des Mikrostreifen über dem Ende der Schlitzleitung bewirkt, daß die Mikrostreifen-Abschlußimpedanz die Parallelkombination des Schlitzleitung-Wellenwiderstands und der hohen Impedanz bei jenem Ende der Schlitzleitung ist. Falls der Schlitzleitung-Wellenwiderstand derselbe ist wie jener der Mikrostreifenleitung, ist der Übergang gut angepaßt und besitzt eine niedrige Rückflußdämpfung (VSWR). Das Signal breitet sich die Schlitzleitung hinunter zum Ausgangsende hin aus, da die hohe Impedanz Signale zum Ausgangsende hin in Phase mit dem sich dort schon ausbreitenden Signal reflektiert. Ähnlich werden auf den übergang von der Schlitzleitung her einfallende Signale stark in den Mikrostreifen eingekoppelt werden.
Die FIGS. 5-7 veranschaulichen einen zweiseitigen gedruckten aufgeweiteten Schlitzstrahler, der einen Breitband-Speiseschaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Strahler weist ein planares dielektrisches Substrat mit oberen und unteren Oberflächen 102 und 110 auf. Die obere Oberfläche 102 weist mittels konventionellen photolithographischen Techniken darauf ausgebildete leitfähige Bereiche auf, die ein erstes aufgeweitetes Strahlerelement 104 und eine Mikrostreifen-Übertragungsleitungsader 106 definieren. Das Strahlerelement 104 und die Ader 106 treffen sich direkt beim Übergangsbereich 108.
FIG. 6 zeigt eine Unteransicht des auf geweiteten Kerbstrahlers, wobei die untere Oberfläche 110 des Substrates gemustert ist, um das untere aufgeweitete Strahlerelement 112 zu definieren.
FIG. 7 ist eine transparente Draufsicht auf den aufgeweiteten Kerbstrahler, um die Überlappung der Mikro- streifen-Aderleitung 106 mit dem unteren leitfähigen Strahlerelement 112 zu zeigen. Folglich fungiert der das Element 112 definierende leitfähige Bereich als die Erd-Gegengewichts ebene für die Mikrostreifen-Übertragungsleitung. Dies erzeugt einen Breitband-Mikrostreifen-Nebenschluß über der Schlitzleitung bei dem Überschneidungspunkt beim Bereich 108. Der Mikrostreifen-Nebenschluß ist bei den Kanten der Erd-Gegengewichtsebenen lokalisiert, was ebenfalls einen Breitband-Leerlauf bei einem Ende der Schlitzleitung erzeugt. Die gemeinsame Lokalisierung des Mikrostreifen- Nebenschlußes über der Schlitzleitung und des Schlitzleitung-Leerlaufes bewirkt eine starke Kopplung von dem Mikrostreifen zu der Schlitzleitung, wodurch Energie von dem Mikrostreifen in die Schlitzleitung und den freien Raum eingespeist wird. Ähnlich wird auf den Übergang von der Schlitzleitung her einfallende Energie stark in den Mikrostreifen eingekoppelt werden.
Das Leistungsverhalten ist mittels Messung verifiziert worden (siehe FIG. 8). Bei diesem Beispiel ist die über das Frequenzband von 40 MHz bis 20 GHZ hinweg gemessene Rück flußdämpfung (VSWR) geringer als 1,5 : 1.
Der Übergang der vorliegenden Erfindung zeigt eine exzellente Impedanzanpassung über eine extrem breite Frequenzbandbreite hinweg. Darüberhinaus ist der Übergang sehr kompakt und relativ leicht herzustellen.

Claims

1. Ein Breitband-Übergang (50) zwischen einem Mikrostreifen und einer Schlitzleitung mit:

einem dielektrischen Substrat (52) mit ersten und zweiten voneinander abgewandten Oberflächen, die mit jeweils einem mittels Musterung ausgebildeten elektrisch leitfähigen Bereich beschichtet sind, die die Erd-Gegengewichtsebenen (56, 60) und Übertragungsleitungen (54) der Mikrostreifen- und der Schlitzleitung-Übertragungsleitungen definieren;

wobei die Mikrostreifen-Übertragungsleitung (54) eine Mikrostreifen-Aderleitung (54), die durch die mittels Musterung ausgebildeten Bereiche auf einer ersten der voneinander abgewandten Oberflächen definiert ist, und eine Erd-Gegengewichtsebene (60), die durch die mittels Musterung ausgebildeten Bereiche auf der zweiten der voneinander abgewandten Oberflächen definiert ist, aufweist;

wobei die Schlitzleitung-Übertragungsleitung erste (56) und zweite (60) Erd-Gegengewichtsebenen aufweist, die durch jeweils einen der mittels Musterung ausgebildeten Bereiche auf den jeweiligen ersten und zweiten Oberflächen definiert sind;

wobei die zweite Erd-Gegengewichtsebene (60) der Schlitzleitung-Übertragungsleitung auch als die Erd-Gegengewichtsebene (60) der Mikrostreifen-Übertragungsleitung (54) fungiert;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Schlitzleitung-Übertragungsleitung eine Längsachse entlang des dielektrischen Substrates (52) aufweist und die Mikrostreifen-Aderleitung (54) quer zu der Längsachse verläuft, wobei die Mikrostreifen-Übertragungsleitung (54) in die erste Erd-Gegengewichtsebene (56) der Schlitzleitung- Übertragungsleitung in einem auf dem ersten Bereich definierten Übergangsbereich (58) übergeht, wodurch eine Breitband-Mikrostreifen-Nebenschlußimpedanz und ein Breitband- Schlitzleitung-Leerlauf Nebenschluß über der Schlitzleitung bei dem Überschneidungspunkt der Mikrostreifen- (54) und Schlitz-Übertragungsleitungen geschaffen wird, wodurch eine starke Kopplung zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung geschaffen wird, derart, daß Wellenausbreitung und korrespondierende Energie die Schlitzleitung hinunter in eine Richtung zum Ausgangsende hin erfolgt und auf den Übergang von der Schlitzleitung her einfallende Energie stark in die Mikrostreifen-Übertragungsleitung (54) einkoppelt, so daß Energie von dem Mikrostreifen in die Schlitzleitung eingespeist wird.

2. Der Übergang nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß

die starke Kopplung zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung ohne Arten von intermediären Übertragungsleitungen zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung erreicht wird, und ohne irgendwelche frequenzabhängigen Abstimmblindleitungen.

3. Der Übergang nach Anspruch 1, wobei die Mikrostreifen- Übertragungsleitung (54) durch einen Mikrostreifen-Wellenwiderstand gekennzeichnet ist, und die Schlitzleitung-Übertragungsleitung durch einen Schlitzleitung-Wellenwiderstand gekennzeichnet ist, der nominell gleich dem Mikrostreifen- Wellenwiderstand ist.

4. Ein zweiseitiger aufgeweiteter Schlitzstrahler mit einem Mikrostreifen-Speiseschaltkreis mit:

einem dielektrischen Substrat mit ersten (102) und zweiten (110) voneinander abgewandten Oberflächen;

einem ersten aufgeweiteten Strahlerbereich (104), der auf der ersten Oberfläche (102) durch einen ersten leitfähigen Bereich auf der ersten Oberfläche (102) definiert ist;

einem zweiten aufgeweiteten Strahlerbereich (112), der auf der zweiten Oberfläche (110) durch einen zweiten leit- fähigen Bereich auf der zweiten Oberfläche (110) definiert ist;

wobei die ersten und zweiten aufgeweiteten Strahlerbereiche (104, 112) bei einem Überlappungsbereich (108) der Strahlerbereiche (104, 112) eine Strahlerkerbe definieren;

einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung, die eine Aderleitung (106), die auf der ersten dielektrischen Oberfläche (102) durch einen leitfähigen Übertragungsleitungsbereich definiert ist, und eine Erd-Gegengewichtsebene, die durch den zweiten aufgeweiteten Strahlerbereich (112) definiert ist, aufweist, wobei die Übertragungsleitung direkt in den ersten aufgeweiteten Bereich (104) in der Nachbarschaft der Kerbe übergeht;

wobei die ersten und zweiten Strahlerbereiche (104, 112) eine zweiseitige Schlitzleitung-Übertragungsleitung in der Nachbarschaft (108) der Kerbe definieren;

wobei die Schlitzleitung-Übertragungsleitung eine Längsachse entlang des dielektrischen Substrates aufweist und die Aderleitung (106) quer zu der Längsachse in der Nachbarschaft (108) der Kerbe verläuft; und wobei eine Breitband-Mikrostreifen-Nebenschlußimpedanz und ein Breitband-Schlitzleitung-Leerlauf-Nebenschluß über der Schlitzleitung bei dem Überschneidungspunkt des Mikrostreifen (106) und der Schlitzleitung auftritt, wodurch sich eine starke Kopplung zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung ergibt, derart, daß Wellenausbreitung und korrespondierende Energie die Schlitzleitung hinunter in eine Richtung zum Ausgangsende hin erfolgt und auf den Übergang von der Schlitzleitung her einfallende Energie stark in die Mikrostreifen-Übertragungsleitung (54) einkoppelt, so daß Energie von dem Mikrostreifen in die Schlitzleitung eingespeist wird.

5. Der Strahler nach Anspruch 4, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die starke Kopplung zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung ohne Arten von intermediären Übertragungs leitungen zwischen dem Mikrostreifen und der Schlitzleitung erreicht wird, und ohne irgendwelche frequenzabhängigen Abstimmblindleitungen.

6. Der Strahler nach Anspruch 4, wobei die Mikrostreifen- Übertragungsleitung (106) durch einen Mikrostreifen-Wellenwiderstand gekennzeichnet ist, und die Schlitzleitung-Übertragungsleitung durch einen Schlitzleitung-Wellenwiderstand gekennzeichnet ist, der nominell gleich dem Mikrostreifen- Wellenwiderstand ist.