EP1913606B1 - Leitungstransformator zur impedanzanpassung - Google Patents
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- EP1913606B1 EP1913606B1 EP06762086A EP06762086A EP1913606B1 EP 1913606 B1 EP1913606 B1 EP 1913606B1 EP 06762086 A EP06762086 A EP 06762086A EP 06762086 A EP06762086 A EP 06762086A EP 1913606 B1 EP1913606 B1 EP 1913606B1
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Definitions
- the invention relates to a line transformer for impedance matching in high-frequency applications.
- components are used whose differentiated impedances must be adapted to each other.
- the described transformer can not be used in the microwave range. Due to the length of the cable, which results from the repeated passage of the double lines through the ferrite core, the dimensions of the impedance transformer can no longer be considered small compared to the wavelength occurring above the shortwave area.
- the DE 11 59 527 B discloses an impedance transformer for high frequency applications having the features listed in the preamble of claim 1.
- the invention has for its object to provide a transformer for impedance matching for high frequency applications in a wide frequency range, which is to be integrated in a simple manner in a manufacturing process.
- a line transformer is designed for impedance matching in high-frequency applications.
- the line transformer comprises at least a first high-frequency line section and a second high-frequency line section.
- the at least two high-frequency line sections can be produced in a simple manner, since they are designed as printed lines, such. B. microstrip lines or triplate lines.
- the at least two high-frequency line sections have a substantially identical impedance.
- At least one of the strip lines is guided by a ferrite body for damping sheath waves. Advantages result in particular from the use of printed lines, which can be produced in a simple manner during production, for example, a printed circuit of an RF amplifier.
- a parallel arrangement of the high-frequency line sections over a minimum length is advantageous.
- a parallel arrangement of the high-frequency line sections results in a simple manner a comparable line length along the individual high-frequency line sections.
- Such an identical length of the high-frequency line sections can increase the bandwidth of the line transformer.
- connection points along each of the high-frequency line sections are advantageous to select the total length between the connection points along each of the high-frequency line sections identically. This is practically done by including the pipes reached between the connection points and the parallel line sections outside of the parallel section.
- a further improvement results from the use of a common ferrite body, which surrounds at least two of the plurality of high-frequency line sections and attenuates the resulting sheath waves.
- the ferrite body does not serve a magnetic coupling between the individual line sections and a cheap simple geometric body can be used as a ferrite body.
- a separate feedthrough is preferably provided in the ferrite body for each of the high-frequency line sections. This results in a ferrite body with one or more tunnel-like bushings, each enclosing a high-frequency line.
- the ferrite body consists of a Ferrrit analysesoberteil, in which grooves are incorporated parallel to each other.
- the webs of the ferrite body upper part formed between the grooves or laterally of the grooves engage through recesses provided in the printed circuit board.
- the ferrite body is covered by a plate, so that a ferrite body closed around at least part of the high-frequency line sections is produced.
- the line transformer according to the invention can be extended to the effect that the input and / or output side additionally a symmetry member is provided, which is also arranged in stripline technology on the circuit board and forms an integrated component with the line transformer.
- the individual high-frequency line sections are connected to each other on the input side and output side in different ways.
- a combination of a plurality of parallel and / or serial connections can be provided on each side of the high-frequency line sections. It can be realized gear ratios corresponding to a quotient of squares. Possible gear ratios are therefore 1: 4, 1: 9, 1: 16, 4: 9, 9:16, etc.
- one of the high-frequency line sections has line elements as outer conductors, which are connected to a ground potential on the input and output sides.
- Sheath waves do not occur due to the common potential of both ends of the high-frequency line section.
- the ferrite body used can be chosen small, which in turn can reduce the cost of manufacturing as well as the cost of the material.
- microstrip lines or stripline lines or triplate lines are preferably used. This allows the impedance of the individual high-frequency line sections, which are identical to one another, to be determined by a suitable selection of the printed circuit board material as well as the line geometry.
- the Fig. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a line transformer according to the invention 1.
- the line transformer 1 according to the invention comprises a first high-frequency line section 2 and a second high-frequency line section 3.
- the first high-frequency line section 2 consists of a first line element 4 and a second line element 5.
- the width of the first and the second Conduit element 4, 5 is identical and the two line elements 4, 5 are arranged parallel to each other.
- a center conductor 6 is formed, which is shown extended only for explanatory purposes in the drawing with respect to the line elements 4, 5.
- they are connected together at one or more locations.
- the first line element 4 and the second line element 5 are preferably arranged on a top or bottom of a multilayer printed circuit board. Also on the top and bottom of a multilayer printed circuit board, a third line element 7 and a fourth line element 8 of the second high-frequency line section 3 are arranged.
- the second high-frequency line section 3 is constructed to be comparable to the first high-frequency line section 2, so that the second high-frequency line section 3 has a second center conductor 9 spaced in the distance between the second third line element 7 and the fourth line element 8 and preferably is arranged identically with respect to its relative position.
- a first connection point 10 and a second connection point 11 are provided.
- the first connection point 10 consists of a first connection contact 10a and a second connection contact 10b, which in the illustrated embodiment is connected to a ground potential 15.
- the second connection point 11 is formed by a first connection point 11a and a second connection point 11b, the second connection point 11b of the second connection point 11 in turn being connected to a ground potential 15.
- the illustrated line transformer 1 is thus provided for an arrangement between two unbalanced signals.
- a symmetry element can also be provided in each case or on one side. With the help of such a symmetry member, which is preferably integrated into the structure of the line transformer 1 and thus forms a structural unit with this, the line transformer 1 according to the invention can also be used for balanced signals.
- connection point 10 is referred to as the input side and the second connection point 11 as the output side. It is obvious that this distinction is made only for the purpose of simplified illustration and the illustrated line transformer 1 can also be used in the reverse direction.
- the input-side connection point 10 is connected to the first connection point 10 a both to the first center conductor 6 and to the second center conductor 9.
- a schematically illustrated connection line between the first connection point 10a and a first connection point 16 and a second connection point 17 is provided.
- the first to fourth line elements 4, 5, 7 and 8 are connected to a ground potential 15 via third to sixth connection points 18, 19, 20 and 21 and form in pairs respectively the outer conductors of the high-frequency line sections 2, 3.
- the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 are thus connected in parallel on the input side.
- the first center conductor 6 of the first high-frequency line section 2 is connected via a seventh connection point 22 to an eighth connection point 23 and to a ninth connection point which is located in the Fig. 1 is covered, the third conduit member 7 and the fourth conduit member 8 is connected.
- the first line element 4 and the second line element 5 of the first high-frequency line section 2 are connected on the output side via a tenth connection point 25 and an eleventh connection point 26 in turn to the ground potential 15.
- the second center conductor 9 of the second high-frequency line section 3 is connected to the first connection point 11a of the second connection point 11 via a twelfth connection point 27.
- the output side of the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 are connected in series with each other.
- the Indian Fig. 1 Therefore illustrated line transformer 1 has due to the one hand parallel and on the other hand serial connection of the two high-frequency line sections 2, 3, a transmission ratio of 4 to 1.
- the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 are selected in their geometry, including the selected dielectric material, such that the high-frequency line sections 2, 3 have an impedance of Each having 50 ohms, this results in an impedance matching of 25 ohms on the input side to 100 ohms on the output side.
- the ferrite body 12 does not surround the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 over their respective overall length, but only over part of the longitudinal extent.
- the ferrite body 12 consists of a ferrite body upper part 12a and a ferrite plate 12b.
- the ferrite body upper part 12a and the ferrite plate 12b are located at the in Fig. 1 Dashed lines shown contact plane 14 to each other.
- a first groove 45 and a second groove 46 are introduced in the ferrite body shell 12 a.
- the grooves 45, 46 are formed rectangular in the illustrated embodiment and in their width substantially coincide with the width of the first to fourth line element 4, 5, 7 and 8.
- the ferrite plate 12b may be designed as a flat plate which connects in a simple manner the webs formed between and on both sides of the recesses 45, 46 in the ferrite body upper part 12a.
- the webs preferably have planar contact surfaces for the ferrite plate 12b.
- upwardly oriented boundary surface of the ferrite body shell 12a formed as a flat contact surface 13. This results in a substantially rectangular contact surface 13, on which, for example, a corresponding surface of a Heat sink can be created.
- the heat-emitting surface is significantly increased, so that the temperatures are reduced within the ferrite body 12. Even when using the line transformer 1 in a power amplifier thus the amount of heat can be dissipated in a simple manner to the ambient air.
- the surface of the ferrite body upper part 12a could also be enlarged, for example, by forming cooling rib-like geometries instead of the planar contact surface 13.
- sheath waves can form between the general ground potential 15 and the third line element 7 or the fourth line element 8. These are attenuated by a ferrite body 12 surrounding the third line element 7 and the fourth line element 8, as a result of which the heat development in the ferrite body 12 also occurs.
- a line transformer 1 is shown, in which both the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 are guided by a common ferrite body 12.
- the illustrated embodiment however, such an arrangement for the first high-frequency line section 2 is not required.
- the formation of sheath waves does not occur in this case, since the first line element 4 and the second line element 5 of the first high-frequency line section 2 are connected both at the input and the output side to the ground potential 15.
- an arrangement as in the illustrated embodiment has advantages in terms of the use of identical parts, because such a ferrite body 12 both for in the Fig. 1 illustrated embodiment as well as another, later with reference to the Fig. 2 Illustrated embodiment can be used.
- the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 are arranged parallel to each other at least at a minimum length. Their length is the same. The minimum length results from the frequency range in which the line transformer is used. Other than that in the schematic representation of Fig. 1 In particular, the first center conductor 6 and the second center conductor 9 are also the same length as the line elements 4, 5, 7 and 8 surrounding the center conductors 6, 9.
- the proposed line transformer 1 is intended for use in high-frequency applications, in particular microwave applications.
- the ferrite body 12 has a positive influence on the behavior of the line transformer 1 at low frequencies and thus increases the bandwidth.
- Fig. 2 shows a second embodiment of a line transformer 1 'according to the invention, in which a third high-frequency line section 29 is additionally present. At the same time, the wiring of the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 is changed. As in the first embodiment of the Fig. 1 only the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 are partially enclosed by the ferrite body 12.
- the shown line transformer 1 ' has a transmission ratio of 9 to 4.
- the first connection point 10a of the first connection point 10 is connected to the first center conductor 6 of the first high-frequency line section 2 at the first connection point 16 '.
- the second connection point 17 'of the second center conductor 9 is connected to the third connection point 18' and the fourth connection point 19 'of the first line element 4 and the second line element 5.
- the second connection point 17 ' is connected to a thirteenth connection point 30 of a third center conductor 33 of the third high-frequency line section 29.
- the second high-frequency line section 3 and the third high-frequency line section 29 are connected in parallel on the input side.
- the parallel circuit of the second high-frequency line section 3 and the third high-frequency line section 29 is connected in series with the first high-frequency line section 2.
- the third line element 7 and the fourth line element 8 of the second high-frequency line section 3 are connected together to the ground potential 15 via the fifth and sixth connection points 20 'and 21'.
- Also connected on the input side to the ground potential 15 are a fifth line element 31 and a sixth line element 32 via a fourteenth and fifteenth junction 34, 35, respectively.
- the first connection point 10 is referred to as the input-side connection point.
- the side of the second connection point 11 is referred to as the output side.
- the first center conductor 6 and the second center conductor 9 are connected via the seventh connection point 22 'or the twelfth connection point 27' together with the first connection point 11a of the second connection point 11.
- the third center conductor 33 of the third high-frequency line section 29 is connected on the output side to the third and fourth line elements 7 and 8, respectively, of the second high-frequency line section 3.
- the eighth connection point or the ninth connection point 23 'or 24' are connected on the input side to a sixteenth connection point 28 on the third center conductor 33 of the third high-frequency line section 29.
- the fifth and sixth line element 31, 32 are connected on the output side via a seventeenth or eighteenth junction 36 and 37, respectively, to the ground potential 15.
- the outer conductor consisting of the fifth and sixth line element 31, 32 of the third high-frequency line section 29 input and output connected to the ground potential 15.
- the output side results in a serial arrangement of the second high-frequency line section 3 with the third high-frequency line section 29, wherein this serial connection of the two high-frequency line sections 3 and 29 is arranged parallel to the first high-frequency line section 2.
- the ferrite body 12 which is used in both embodiments, identical.
- the line elements 4 and 5 of the first high-frequency line section 2 and the line elements 7 and 8 of the second high-frequency line section 3 are connected only on one side to the ground potential 15.
- Both high-frequency line sections 2 and 3 consequently have a so-called "floating ground", so that in both cases the jacket waves must be damped. This is done in a manner already explained by the ferrite body 12, which in its construction from the Fig. 1 already known ferrite body 12 corresponds.
- the fifth line element 31 and the sixth line element 32 are connected to the ground potential 15 via the connection points 34 - 37 both at its input-side end and at its output-side end.
- the third high-frequency line section 29 can therefore be arranged outside the ferrite body 12.
- gear ratios can be set, which correspond to a quotient of squares.
- the transmission ratio is independent of the selected cable length. However, the line length must exceed a certain minimum length, with an exact multiple of a certain wavelength ⁇ is not required.
- the possible bandwidth of the line transformer 1, 1 ' is more than two octaves.
- the line transformer 1 ' As shown in the Fig. 2 is shown in a schematic representation, again a perspective view of a constructed line transformer in the Fig. 3 shown.
- the line transformer 1 ' according to the invention is constructed on a three-layer printed circuit board.
- a first circuit board element 38 is clearly recognizable, on which the first line element 4, the third line element 7 and the fifth line element 31 are applied as metal tracks.
- the distance to the center conductors 6, 9 and 23 arranged underneath is determined by the thickness of the first printed circuit board element 38.
- a part of the entire longitudinal extent of the first and third line elements 4 and 7 is covered by the ferrite body upper part 12a.
- the flat contact surface 13 is formed, being omitted for reasons of clarity on an additional representation of a heat sink provided there.
- the path lengths of the individual high-frequency line sections 2, 3 and 29 between the first connection point 10 and the second connection point 11 are identical. As it is in the Fig. 3 is best seen, this is achieved most easily by the fact that on the input side of the first high-frequency line section 2 is led out straight from the ferrite body 12, whereas on the output side of the course of the third high-frequency line section 29 is rectilinear.
- Such an identical configuration of the lengths between the first connection point 10 and the second connection point 11 of all the involved high-frequency line sections 2, 3 and 29 results in no differences in transit times between the individual high-frequency line sections 2, 3 and 29. Such differences in transit time must be avoided in particular in order to enable an application in the direction of higher frequencies.
- a socket 40 is provided, with which the line transformer 1 'can be connected to an existing circuit.
- an identical running, not shown jack provided on the side of the second connection point 11, for example.
- solder joints 50 are formed on both sides of the ferrite body 12 on the first conduit member 4 and the third conduit member 7 of the first high-frequency line section 2 and the second high-frequency line section 3 . These solder joints 50 connect the first Conduit 4 with the in the Fig. 3 invisible second conduit member 5 and the third conduit member 7 with the in the Fig. 3 likewise not visible fourth line element 8.
- a sheath wave can form only in the intermediate parallel region, on which there is a change in potential over the length of the outer conductor.
- Fig. 4 are to the line transformer 1 'of Fig. 3 the individual illustrated on the first printed circuit board element 38 and a second printed circuit board element 39 conductor tracks.
- a first printed circuit board element 38 forms the outer layer
- the second printed circuit board element 39 forms the inner layer of the line transformer 1 '.
- connection points 22 'and 27' can be realized in a simple manner on the second circuit board element 39 by merging the corresponding tracks.
- a connection between the second connection point 17 'and the thirteenth connection point 30' by merging the extensions of the second center conductor 9 and the third Center conductor 33 realized.
- the tenth junction 10 'and the seventeenth junction 36 on the first circuit board element 38 and the fifth junction 20' and the fourteenth junction 34 on the input side of the first circuit board element 38 is formed.
- a first recess 42, a second recess 43 and a third recess 44 are provided.
- the recesses 42-44 are arranged so that they are positioned coincident when superimposing the first circuit board element 38 and the second circuit board element 39. Through the recesses 42-44 formed between the grooves 45, 46 of the ferrite body shell 12a web or the webs formed on the outer sides are passed and, as it was already in the comments above Fig. 1 and 2 has been explained, on the opposite side by a ferrite plate 12 b connected to each other.
- the geometries of the first to third high-frequency line sections 2, 3 and 29 can be adapted to standard ferrites. This allows, for example, the cost-effective use of standard ferrites, such as those used in the manufacture of switching power supplies. If the length of the high-frequency line sections 2 and 3 involved by the ferrite body 12 is large enough, outside the ferrite body 12 the geometry of the high-frequency line sections 2, 3 and 29 can be chosen such that an identical transit time exists between the input-side first and the output-side second connection point 10 or 11 results.
- the second printed circuit board element 39 can also be provided on the rear side with the corresponding conductor tracks for the line elements 5, 8 and 32.
- the invention is not limited to the illustrated embodiments. In particular, combinations of the individual features of the embodiments are conceivable. Moreover, by providing further high-frequency line sections or symmetry elements, the field of application of the illustrated line transformers 1, 1 'can be extended.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Leitungstransformator zur Impedanzanpassung in Hochfrequenzanwendungen.
- In vielen Hochfrequenzschaltungen kommen Bauteile zum Einsatz, deren uriterschiedliche Impedanzen aneinander angepasst werden müssen. Um in der Produktion die Fertigungssicherheit erhöhen zu können und gleichzeitig die Produktionskosten senken zu können, ist es wünschenswert, die zur Impedanzanpassung erforderlichen Bauteile in den Produktionsprozess integrieren zu können.
- Aus der
EP 1 043 736 A1 sind Impedanztransformatoren für den Kurzwellenbereich bekannt, welche in gedruckter Schaltungstechnik ausgeführt werden können. Die auf einer Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen sind dabei schleifenförmig durch einen Ferritkern hindurchgeführt, wobei die Verkopplung zwischen den einzelnen Leiterabschnitten magnetisch erfolgt. Zum Erzeugen des richtigen Übersetzungsverhältnisses werden die durch die Leiterbahnen auf der Leiterplatte gebildeten Doppelleitungen in einer entsprechenden Anzahl von Windungen durch einen gemeinsamen Ferritkern geführt. - Der beschriebene Transformator ist im Mikrowellenbereich nicht einsetzbar. Aufgrund der Leitungslänge, die durch das mehrfache Durchführen der Doppelleitungen durch den Ferritkern entsteht, können oberhalb des Kurzwellenbereichs die Abmessungen des Impedanztransformators gegenüber der auftretenden Wellenlänge nicht mehr als klein angesehen werden.
- Die
DE 11 59 527 B offenbart einen Impedanztransformator für Hochfrequenzanwendungen mit den in der Präambel von Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator zur Impedanzanpassung für Hochfrequenzanwendungen in weitem Frequenzbereich zu schaffen, der in einfacher Weise in einen Fertigungsprozess zu integrieren ist.
- Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Leitungstransformator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß wird ein Leitungstransformator zur Impedanzanpassung bei Hochfrequenzanwendungen ausgebildet. Der Leitungstransformator umfasst zumindest einen ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt und einen zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitt. Die zumindest zwei Hochfrequenzleitungsabschnitte sind in einfacher Weise herstellbar, da sie als gedruckte Leitungen ausgeführt sind, wie z. B. Microstrip-Leitungen oder Triplate-Leitungen. Die zumindest zwei Hochfrequenzleitungsabschnitte weisen eine im wesentlichen identische Impedanz auf. Zumindest eine der Streifenleitungen ist durch einen Ferritkörper zum Dämpfen von Mantelwellen geführt. Vorteile ergeben sich dabei insbesondere aus der Verwendung von gedruckten Leitungen, die in einfacher Weise während einer Produktion beispielsweise einer gedruckten Schaltung eines HF-Verstärkers hergestellt werden können.
- In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Leitungstransformators dargestellt.
- Insbesondere ist eine parallele Anordnung der Hochfrequenzleitungsabschnitte über eine Mindestlänge vorteilhaft. Durch eine parallele Anordnung der Hochfrequenzleitungsabschnitte ergibt sich in einfacher Weise eine vergleichbare Leitungslänge entlang der einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitte. Durch eine solche identische Länge der Hochfrequenzleitungsabschnitte lässt sich die Breitbandigkeit des Leitungstransformators erhöhen.
- Insbesondere ist es vorteilhaft, die Gesamtlänge zwischen den Anschlusspunkten entlang jedes der Hochfrequenzleitungsabschnitte identisch zu wählen. Praktisch wird dies durch eine Einbeziehung der Leitungen zwischen den Anschlussstellen und den parallelen Leitungsabschnitten außerhalb des parallelen Abschnitts erreicht.
- Durch eine Bedämpfung von Mantelwellen durch den Ferritkörper entsteht in dem Ferritkörper eine erhebliche Wärme. Dies ist insbesondere bei Leistungsverstärkern problematisch, bei denen Temperaturen innerhalb des Ferritkörpers entstehen könne, die zur Zerstörung des Leitungstransformators führen. Die Abgabe der entstehenden Wärme an die Umgebung kann verbessert werden, indem zusätzlich zu dem Ferritkörper ein mit dem Ferritkörper in Verbindung stehender Kühlkörper vorgesehen wird. Dieser Kühlkörper wird in Anlage mit dem Ferritkörper gebracht, der um einen optimalen Wärmeübergang zu erzielen und die Verwendung einfacher Kühlkörper zu ermöglichen, erfindungsgemäß mit einer ebenen Anlagefläche versehen ist. An dieser ebenen Anlagefläche kann ein Standardkühlkörper angebracht werden, der in an sich bekannter Technik z. B. mittels Federspangen an der Leiterplatte fixiert werden kann.
- Eine weitere Verbesserung ergibt sich durch die Verwendung eines gemeinsamen Ferritkörpers, der zumindest zwei der mehreren Hochfrequenzleitungsabschnitte umgibt und die dort entstehenden Mantelwellen bedämpft. Der Ferritkörper dient dabei nicht einer magnetischen Kopplung zwischen den einzelnen Leitungsabschnitten und ein preiswerter einfacher geometrischer Körper kann als Ferritkörper Verwendung finden.
- Um eine unerwünschte Verkopplung der einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitte untereinander zu verhindern, ist in dem Ferritkörper vorzugsweise für jeden der Hochfrequenzleitungsabschnitte eine separate Durchführung vorgesehen. Es entsteht somit ein Ferritkörper mit einem oder mehreren tunnelähnlich ausgebildeten Durchführungen, die jeweils eine Hochfrequenzleitung umschließen.
- Um die Fertigung weiter zu vereinfachen, ist es dabei vorteilhaft, einen zweiteiligen Ferritkörper vorzusehen. Der Ferritkörper besteht aus einem Ferritkörperoberteil, in das parallel zueinander Nuten eingearbeitet sind. Die zwischen den Nuten bzw. seitlich der Nuten entstehenden Stege des Ferritkörperoberteils greifen dabei durch Aussparungen, die in der Leiterplatte vorgesehen sind. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte wird der Ferritkörper durch eine Platte abgedeckt, so dass ein um zumindest einen Teil der Hochfrequenzleitungsabschnitte geschlossener Ferritkörper entsteht.
- Der erfindungsgemäße Leitungstransformator kann dahingehend erweitert werden, dass eingangs- und/oder ausgangsseitig zusätzlich ein Symmetrieglied vorgesehen wird, welches in Streifenleitertechnik ebenfalls auf der Leiterplatte angeordnet ist und mit dem Leitungstransformator zusammen ein integriertes Bauteil bildet.
- Zum Erzeugen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses durch den Leitungstransformator werden die einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitte eingangsseitig und ausgangsseitig in unterschiedlicher Weise miteinander verschaltet. Dabei kann auf jeder Seite der Hochfrequenzleitungsabschnitte eine Kombination aus mehreren parallel und/oder seriellen Verbindungen vorgesehen werden. Es lassen sich Übersetzungsverhältnisse realisieren, die einem Quotienten von Quadratzahlen entsprechen. Mögliche Übersetzungsverhältnisse sind daher 1:4, 1:9, 1: 16, 4:9, 9:16 usw.
- In Abhängigkeit von den gewählten Übersetzungsverhältnissen lassen sich Schaltungen realisieren, bei denen einer der Hochfrequenzleitungsabschnitte Leitungselemente als Außenleiter aufweist, die eingangs- und ausgangsseitig mit einem Massepotential verbunden sind. In einem solchen Fall treten Mantelwellen aufgrund des gemeinsamen Potenzials der beiden Enden des Hochfrequenzleitungsabschnitts nicht auf. Auf ein Durchführen dieses Hochfrequenzleitungsabschnitts durch den Ferritkörper kann daher verzichtet werden. Infolgedessen kann der verwendete Ferritkörper klein gewählt werden, wodurch sich wiederum der Aufwand in der Fertigung ebenso verringern lässt wie die Kosten für das Material.
- Um in einfacher Weise die Impedanz der verwendeten Hochfrequenzleitungsabschnitte einstellen zu können, werden vorzugsweise Microstrip-Leitungen oder Stripline-Leitungen bzw. Triplate-Leitungen verwendet. Damit lässt sich die Impedanz der einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitte, die untereinander identisch sind, durch eine geeignete Auswahl des Leiterplattenmaterials sowie der Leitungsgeometrie bestimmen.
- Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Leitungstransformators sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitungstransformators;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitungstransformators;
- Fig. 3
- eine perspektivische Darstellung eines Leitungstransformators gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und
- Fig. 4
- eine Ansicht der zur Bildung des Leitungstransformators verwendeten Leiterplattenelemente.
- Die
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leitungstransformators 1. Der erfindungsgemäße Leitungstransformator 1 umfasst einen ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 sowie einen zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitt 3. Der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 besteht aus einem ersten Leitungselement 4 und einem zweiten Leitungselement 5. Die Breite des ersten und des zweiten Leitungselements 4, 5 ist identisch und die beiden Leitungselemente 4, 5 sind zueinander parallel angeordnet. Zwischen den beiden beabstandet zueinander angeordneten Leitungselementen 4,5 ist ein Mittelleiter 6 ausgebildet, der lediglich zu Erläuterungszwecken in der Zeichnung gegenüber den Leitungselementen 4, 5 verlängert dargestellt ist. Um die Leitungselemente 4 und 5 auf einem identischen Potential zu halten, sind sie an einer oder mehreren Stellen miteinander verbunden. - Zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele werden ausschließlich Stripline-Leitungen verwendet, wobei ebenfalls die Verwendung von Microstrip-Leitungen denkbar ist. Weiterhin ist es möglich, anstelle des symmetrischen Aufbaus der Stripline-Leitungen, wie er in der
Fig. 1 dargestellt ist, eine asymmetrische Anordnung des Mittelleiters 6 zwischen den Leitungselementen 4, 5 vorzusehen. Wie es später unter Bezugnahme auf dieFig. 3 und 4 noch erläutert wird, sind das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 vorzugsweise auf einer Ober- bzw. Unterseite einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet. Ebenfalls auf der Ober- und Unterseite einer mehrlagigen Leiterplatte sind ein drittes Leitungselement 7 und ein viertes Leitungselement 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 angeordnet. Der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 ist vergleichbar mit dem ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 aufgebaut, so dass der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 einen zweiten Mittelleiter 9 aufweist, der in dem Abstand zwischen dem dritten Leitungselement 7 und dem vierten Leitungselement 8 und vorzugsweise bezüglich seiner relativen Lage identisch angeordnet ist. - Zum Anschluss des erfindungsgemäßen Leitungstransformators 1 ist eine erste Anschlussstelle 10 sowie eine zweite Anschlussstelle 11 vorgesehen. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel besteht die erste Anschlussstelle 10 aus einem ersten Anschlusskontakt 10a und einem zweiten Anschlusskontakt 10b, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Massepotential 15 verbunden ist. Ebenso ist die zweite Anschlussstelle 11 durch einen ersten Anschlusspunkt 11a und einen zweiten Anschlusspunkt 11b gebildet, wobei der zweite Anschlusspunkt 11b der zweiten Anschlussstelle 11 wiederum mit einem Massepotential 15 verbunden ist. Der dargestellte Leitungstransformator 1 ist somit für eine Anordnung zwischen zwei unsymmetrischen Signalen vorgesehen. Anstelle des unmittelbaren Anschlusses an der ersten Anschlussstelle 10 und der zweiten Anschlussstelle 11 kann jedoch auch jeweils oder an einer Seite ein Symmetrieglied vorgesehen sein. Mit Hilfe eines solchen Symmetrieglieds, das vorzugsweise in den Aufbau des Leitungstransformators 1 integriert ist und somit eine bauliche Einheit mit diesem bildet, kann der erfindungsgemäße Leitungstransformator 1 auch zur Anwendung bei symmetrischen Signalen kommen.
- Bei der weiteren Beschreibung wird die erste Anschlussstelle 10 als Eingangsseite und die zweite Anschlussstelle 11 als Ausgangsseite bezeichnet. Es ist offensichtlich, dass diese Unterscheidung lediglich zu Zwecken der vereinfachten Darstellung getroffen wird und der dargestellte Leitungstransformator 1 ebenfalls in umgekehrter Richtung verwendet werden kann.
- Die eingangsseitige Anschlussstelle 10 ist mit dem ersten Anschlusspunkt 10a sowohl mit dem ersten Mittelleiter 6 als auch mit dem zweiten Mittelleiter 9 verbunden. Hierzu ist eine schematisch dargestellte Verbindungsleitung zwischen dem ersten Anschlusspunkt 10a und einer ersten Verbindungsstelle 16 sowie einer zweiten Verbindungsstelle 17 vorgesehen. Das erste bis vierte Leitungselement 4, 5, 7 und 8 sind über dritte bis sechste Verbindungsstellen 18, 19, 20 und 21 mit einem Massepotential 15 verbunden und bilden paarweise jeweils die Außenleiter der Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3. Der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 sind somit eingangsseitig parallel geschaltet. Ausgangsseitig ist der erste Mittelleiter 6 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 über eine siebte Verbindungsstelle 22 mit einer achten Verbindungsstelle 23 und einer neunten Verbindungsstelle, die in der
Fig. 1 verdeckt ist, des dritten Leitungselements 7 und des vierten Leitungselements 8 verbunden. - Das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 sind ausgangsseitig über eine zehnte Verbindungsstelle 25 und eine elfte Verbindungsstelle 26 wiederum mit dem Massepotential 15 verbunden. Der zweite Mittelleiter 9 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 ist dagegen über eine zwölfte Verbindungsstelle 27 mit dem ersten Anschlusspunkt 11a der zweiten Anschlussstelle 11 verbunden. Damit sind ausgangsseitig der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 seriell miteinander verschaltet. Der in der
Fig. 1 dargestellte Leitungstransformator 1 weist daher aufgrund der einerseits parallelen und andererseits seriellen Verschaltung der beiden Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 ein Übersetzungsverhältnis von 4 zu 1 auf. Sind beispielsweise der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 in ihrer Geometrie einschließlich des gewählten dielektrischen Materials so gewählt, dass die Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 eine Impedanz von jeweils 50 Ohm aufweisen, so ergibt sich eine Impedanzanpassung von eingangsseitig 25 Ohm auf ausgangsseitig 100 Ohm. - In der
Fig. 1 ist es dargestellt, dass sowohl der erste als auch der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 2, 3 gemeinsam durch einen Ferritkörper 12 umschlossen sind. Der Ferritkörper 12 umgibt den ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und den zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 dabei nicht über ihre jeweilige Gesamtlänge, sondern nur über einen Teil der Längsausdehnung. Um in einfacher Weise den Ferritkörper 12 montieren zu können, besteht der Ferritkörper 12 aus einem Ferritkörperoberteil 12a und einer Ferritplatte 12b. Das Ferritkörperoberteil 12a und die Ferritplatte 12b liegen an der in derFig. 1 gestrichelt dargestellten Kontaktebene 14 aneinander an. In das Ferritkörperoberteil 12a sind eine erste Nut 45 und eine zweite Nut 46 eingebracht. Die Nuten 45, 46 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet und stimmen in ihrer Breite im Wesentlichen mit der Breite des ersten bis vierten Leitungselements 4, 5, 7 und 8 überein. - Die Tiefe der Nuten 45, 46 ist so gewählt, dass die Stripline-Leitungen des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 und des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 gerade vollständig innerhalb der ersten Nut 45 und der zweiten Nut 46 angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Ferritplatte 12b als ebene Platte ausgeführt sein, die die zwischen und beidseits der Ausnehmungen 45, 46 in dem Ferritkörperoberteil 12a ausgebildeten Stege in einfacher Weise miteinander verbindet. Die Stege weisen vorzugsweise ebene Anlageflächen für die Ferritplatte 12b auf. Ebenso ist die in der
Fig. 1 nach oben orientierte Begrenzungsfläche des Ferritkörperoberteils 12a als ebene Anlagefläche 13 ausgebildet. Es entsteht dabei eine im Wesentlichen rechteckige Anlagefläche 13, an der beispielsweise eine korrespondierende Fläche eines Kühlkörpers angelegt werden kann. Durch einen zusätzlich angeordneten Kühlkörper wird die wärmeabgebende Oberfläche signifikant erhöht, so dass die Temperaturen innerhalb des Ferritkörpers 12 reduziert werden. Selbst bei Verwendung des Leitungstransformators 1 in einem Leistungsverstärker können somit die auftretenden Wärmemengen in einfacher Weise an die Umgebungsluft abgeführt werden. Alternativ zum Aufsetzen eines separaten Kühlkörpers könnte auch die Oberfläche des Ferritkörperoberteils 12a beispielsweise vergrößert werden, indem kühlrippenähnliche Geometrien anstelle der ebenen Anlagefläche 13 ausgebildet werden. - Durch den Ferritkörper 12 werden entstehende Mantelwellen zwischen den äußeren Leitungselementen 4, 5, 7 und 8 der Stripline-Leitungen gedämpft. Eine solche Dämpfung von Mantelwellen ist insbesondere dann erforderlich, wenn, wie dies im Beispiel des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 der Fall ist, die entgegengesetzten Enden der äußeren Leitungselemente 7, 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 nicht auf einem identischen Massepotential 15 liegen. Eingangsseitig ist das dritte Leitungselement 7 und das vierte Leitungselement 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 mit dem Massepotential 15 verbunden. Ausgangsseitig ist dagegen an der achten Verbindungsstelle 23 sowie der in der
Fig. 1 nicht sichtbaren neunten Verbindungsstelle das dritte Leitungselement 7 bzw. das vierte Leitungselement 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 mit dem ersten Mittelleiter 6 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 verbunden. Bei einer solchen Anordnung, die auch als "floating ground" bezeichnet wird, können sich zwischen dem allgemeinen Massepotential 15 und dem dritten Leitungselement 7 bzw. dem vierten Leitungselement 8 sog. Mantelwellen ausbilden. Diese werden durch einen das dritte Leitungselement 7 und das vierte Leitungselement 8 umgebenden Ferritkörper 12 gedämpft, wodurch es auch zur beschriebenen Wärmeentwicklung in dem Ferritkörper 12 kommt. - In der
Fig. 1 ist ein Leitungstransformator 1 dargestellt, bei dem sowohl der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 als auch der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 durch einen gemeinsamen Ferritkörper 12 geführt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine solche Anordnung für den ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 jedoch nicht erforderlich. Die Ausbildung von Mantelwellen tritt in diesem Fall nicht auf, da das erste Leitungselement 4 und das zweite Leitungselement 5 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 sowohl eingangsals auch ausgangsseitig mit dem Massepotential 15 verbunden sind. Eine Anordnung wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat jedoch Vorteile bezüglich der Verwendung von Gleichteilen, weil ein solcher Ferritkörper 12 sowohl für das in derFig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel als auch ein weiteres, später unter Bezugnahme auf dieFig. 2 erläutertes Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. - Der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 sind zumindest auf einer Mindestlänge parallel zueinander angeordnet. Ihre Längenausdehnung ist dabei gleich. Die Mindestlänge ergibt sich aus dem Frequenzbereich in dem der Leitungstransformator eingesetzt wird. Anders als dies in der schematischen Darstellung der
Fig. 1 gezeigt ist, sind insbesondere auch der erste Mittelleiter 6 und der zweite Mittelleiter 9 gleich lang wie die die Mittelleiter 6, 9 umgebenden Leitungselemente 4, 5, 7 und 8. - Der vorgeschlagene Leitungstransformator 1 ist für den Einsatz bei Hochfrequenzanwendungen, insbesondere Mikrowellenanwendungen, vorgesehen. Der Ferritkörper 12 beeinflusst dabei insbesondere das Verhalten des Leitungstransformators 1 zu niedrigen Frequenzen hin positiv und vergrößert damit die Bandbreite.
- In der
Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leitungstransformators 1' dargestellt, bei dem ein dritter Hochfrequenzleitungsabschnitt 29 zusätzlich vorhanden ist. Gleichzeitig ist die Beschaltung des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 und des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 geändert. Wie schon in dem ersten Ausführungsbeispiel derFig. 1 sind lediglich der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 durch den Ferritkörper 12 teilweise umschlossen. - Der gezeigte Leitungstransformator 1' weist ein Übersetzungsverhältnis von 9 zu 4 auf. Um dieses Übersetzungsverhältnis zu erreichen, ist der erste Anschlusspunkt 10a der ersten Anschlussstelle 10 an der ersten Verbindungsstelle 16' mit dem ersten Mittelleiter 6 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 verbunden. Die zweite Verbindungsstelle 17' des zweiten Mittelleiters 9 ist dagegen mit der dritten Verbindungsstelle 18' und der vierten Verbindungsstelle 19' des ersten Leitungselements 4 und des zweiten Leitungselements 5 verbunden. Zudem ist die zweite Verbindungsstelle 17' mit einer dreizehnten Verbindungsstelle 30 eines dritten Mittelleiters 33 des dritten Hochfrequenzleitungsabschnitts 29 verbunden. Damit sind der zweite Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 und der dritte Hochfrequenzleitungsabschnitt 29 eingangsseitig parallel zueinander geschaltet. Die Parallelschaltung aus dem zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 und dem dritten Hochfrequenzleitungsabschnitt 29 ist seriell zu dem ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 geschaltet. Eingangsseitig sind das dritte Leitungselement 7 und das vierte Leitungselement 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 gemeinsam mit dem Massepotential 15 über die fünfte und sechste Verbindungsstelle 20' und 21' verbunden. Ebenfalls eingangsseitig mit dem Massepotential 15 verbunden sind ein fünftes Leitungselement 31 und ein sechstes Leitungselement 32 über eine vierzehnte bzw. fünfzehnte Verbindungsstelle 34, 35.
- Zur einfacheren Darstellung ist wiederum die erste Anschlussstelle 10 als eingangsseitige Anschlussstelle bezeichnet. Dementsprechend ist die Seite der zweiten Anschlussstelle 11 als Ausgangsseite bezeichnet. Auf der Ausgangsseite sind der erste Mittelleiter 6 und der zweite Mittelleiter 9 über die siebte Verbindungsstelle 22' bzw. die zwölfte Verbindungsstelle 27' gemeinsam mit dem ersten Anschlusspunkt 11a der zweiten Anschlussstelle 11 verbunden. Der dritte Mittelleiter 33 des dritten Hochfrequenzleitungsabschnitts 29 ist dagegen ausgangsseitig mit dem dritten und vierten Leitungselement 7 bzw. 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 verbunden. Hierzu sind die achte Verbindungsstelle bzw. die neunte Verbindungsstelle 23' bzw. 24' mit einer sechzehnten Verbindungsstelle 28 an dem dritten Mittelleiter 33 des dritten Hochfrequenzleitungsabschnitts 29 eingangsseitig verbunden.
- Das fünfte und sechste Leitungselement 31, 32 sind ausgangsseitig über eine siebzehnte bzw. achtzehnte Verbindungsstelle 36 bzw. 37 mit dem Massepotential 15 verbunden. Damit ist der Außenleiter bestehend aus dem fünften und sechsten Leitungselement 31, 32 des dritten Hochfrequenzleitungsabschnitts 29 eingangs- und ausgangsseitig mit dem Massepotential 15 verbunden.
- Auf diese Weise ergibt sich ausgangsseitig eine serielle Anordnung des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 mit dem dritten Hochfrequenzleitungsabschnitt 29, wobei diese serielle Verschaltung der beiden Hochfrequenzleitungsabschnitte 3 und 29 parallel zu dem ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 angeordnet ist.
- Wählt man beispielsweise als Leitungsimpedanz der einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 und 29 eine Impedanz von 33 Ohm, so ergibt sich bei der in der
Fig. 2 dargestellten Übersetzung von 9:4 eine eingangsseitige Anschlussimpedanz von 50 Ohm und eine ausgangsseitige Anschlussimpedanz von 22,2 Ohm. - Wie es bereits bei den Ausführungen zur
Fig. 1 erläutert wurde, ist der Ferritkörper 12, der in beiden Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommt, identisch. Bei dem in derFig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Leitungstransformators 1' sind die Leitungselemente 4 und 5 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 und die Leitungselemente 7 und 8 des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 jeweils nur einseitig mit dem Massepotential 15 verbunden. Beide Hochfrequenzleitungsabschnitte 2 und 3 weisen folglich einen sog. "floating ground" auf, so dass in beiden Fällen die Mantelwellen gedämpft werden müssen. Dies erfolgt in bereits erläuterter Art und Weise durch den Ferritkörper 12, der in seinem Aufbau dem aus derFig. 1 bereits bekannten Ferritkörper 12 entspricht. - Im Gegensatz dazu ist bei dem dritten Hochfrequenzleitungsabschnitt 29 das fünfte Leitungselement 31 und das sechste Leitungselement 32 sowohl an seinem eingangseitigen Ende als auch an seinem ausgangsseitigen Ende über die Verbindungsstellen 34 - 37 jeweils mit dem Massepotential 15 verbunden. Dadurch können sich zwischen dem fünften und sechsten Leitungselement 31 und 32 mit einem weiteren Bezugsmassepotential keine Mantelwellen ausbilden und eine Bedämpfung ist nicht erforderlich. Der dritte Hochfrequenzleitungsabschnitt 29 kann daher außerhalb des Ferritkörpers 12 angeordnet sein.
- In gleicher Weise, wie es in den
Fig. 1 und2 für einen Leitungstransformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 4 zu 1 bzw. 9 zu 4 dargestellt ist, können auch andere Übersetzungsverhältnisse mit einem entsprechend aufgebauten Leitungstransformator ausgebildet werden. Das gewünschte Übersetzungsverhältnis wird dabei durch eine geänderte Kombination von Parallel- und Serienschaltungen mehrerer Hochfrequenzleitungsabschnitte erreicht, wobei die jeweiligen Kombinationen der Parallel- und Serienschaltungen sich eingangs- und ausgangsseitig voneinander unterscheiden. Damit können Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden, die einem Quotienten von Quadratzahlen entsprechen. Das Übersetzungsverhältnis ist dabei unabhängig von der gewählten Leitungslänge. Die Leitungslänge muss jedoch eine gewisses Mindestlänge überschreiten, wobei ein exaktes Vielfaches einer bestimmten Wellenlänge λ nicht erforderlich ist. Die mögliche Bandbreite des Leitungstransformators 1, 1' beträgt dabei mehr als zwei Oktaven. - Zum besseren Verständnis ist bezüglich des Leitungstransformators 1', wie er in der
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung gezeigt ist, noch einmal eine perspektivische Ansicht eines aufgebauten Leitungstransformators in derFig. 3 gezeigt. In derFig. 3 ist der erfindungsgemäße Leitungstransformator 1' auf einer dreilagigen Leiterplatte aufgebaut. In der perspektivischen Darstellung ist ein erstes Leiterplattenelement 38 gut erkennbar, auf dem das erste Leitungselement 4, das dritte Leitungselement 7 sowie das fünfte Leitungselement 31 als Metallbahnen aufgebracht sind. Der Abstand zu den darunterliegend angeordneten Mittelleitern 6, 9 und 23 wird durch die Dicke des ersten Leiterplattenelements 38 bestimmt. - Ein Teil der gesamten Längenausdehnung des ersten und dritten Leitungselements 4 und 7 wird durch das Ferritkörperoberteil 12a verdeckt. Auf der von dem ersten Leiterplattenelement 38 abgewandten Seite des Ferritkörperoberteils 12a ist die ebene Anlagefläche 13 ausgebildet, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf eine zusätzliche Darstellung eines dort vorgesehenen Kühlkörpers verzichtet wird. Die Weglängen der einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 und 29 zwischen der ersten Anschlussstelle 10 und der zweiten Anschlussstelle 11 sind identisch. Wie es in der
Fig. 3 gut zu erkennen ist, wird dies am einfachsten dadurch erreicht, dass auf der Eingangsseite der erste Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 geradlinig aus dem Ferritkörper 12 herausgeführt wird, wohingegen auf der Ausgangsseite der Verlauf des dritten Hochfrequenzleitungsabschnitts 29 geradlinig ist. Die größere Länge, die der zweite und dritte Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 und 29 gegenüber dem ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 eingangsseitig ausweisen, wird dabei durch die geringere Länge ausgangsseitig gerade wieder ausgeglichen. Durch eine solche identische Ausbildung der Längen zwischen der ersten Anschlussstelle 10 und der zweiten Anschlussstelle 11 sämtlicher beteiligter Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 und 29 ergeben sich zwischen den einzelnen Hochfrequenzleitungsabschnitten 2, 3 und 29 keine Laufzeitunterschiede. Solche Laufzeitunterschiede gilt es insbesondere zu vermeiden, um eine Anwendung in Richtung höherer Frequenzen zu ermöglichen. - An der ersten Anschlussstelle 10 ist in dem in der
Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Buchse 40 vorgesehen, mit der der Leitungstransformator 1' an eine vorhandene Schaltung angeschlossen werden kann. Ebenso ist auf der Seite der zweiten Anschlussstelle 11 eine beispielsweise gleich ausgeführte, nicht dargestellte Buchse vorgesehen. Selbstverständlich ist ein solcher Anschluss des Leitungstransformator 1' mit Buchsen lediglich eine Möglichkeit der Kontaktierung. Idealerweise wird der Leitungstransformator 1' bei der Produktion z. B. eines Leistungsverstärkers in die Herstellung der Leiterplatte des Verstärkers selbst integriert. - In der
Fig. 3 ist es zu erkennen, dass zu beiden Seiten des Ferritkörpers 12 an dem ersten Leitungselement 4 bzw. dem dritten Leitungselement 7 des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 und des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 Lötstellen 50 ausgebildet sind. Diese Lötstellen 50 verbinden das erste Leitungselement 4 mit dem in derFig. 3 nicht sichtbaren zweiten Leitungselement 5 bzw. das dritte Leitungselement 7 mit dem in derFig. 3 ebenfalls nicht sichtbaren vierten Leitungselement 8. Durch die Verbindung der jeweils als Außenleiter der Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 fungierenden Leitungselemente 4, 5 und 7,8 außerhalb des Ferritkörpers 12 wird erreicht, dass die außerhalb des Ferritkörpers 12 geführten Leitungselemente 4, 5 und 7,8 bis hin zu den Anschlussstellen 10, 11 auf jeweils identischem Potential liegen. Damit kann sich eine Mantelwelle nur in dem dazwischen liegenden parallelen Bereich ausbilden, auf dem sich eine Potentialänderung über der Länge der Außenleiter ergibt. Durch eine entsprechende Verbindung des ersten mit dem zweiten Leitungselement 4, 5 und des dritten mit dem vierten Leitungselement 7,8 unmittelbar im Anschluss an den Ferritkörper 12 bleibt daher eine Mantelwelle auf die Längsausdehnung des Ferritkörpers 12 beschränkt und wird dementsprechend gedämpft. In dem Bereich innerhalb des Ferritkörpers 12 sind zumindest die durchgeführten Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 parallel zueinander angeordnet. - In der
Fig. 4 sind zu dem Leitungstransformator 1' derFig. 3 die einzelnen auf dem ersten Leiterplattenelement 38 und einem zweiten Leiterplattenelement 39 angeordneten Leiterbahnen dargestellt. Jeweils ein erstes Leiterplattenelement 38 bildet die Außenlage und das zweite Leiterplattenelement 39 bildet die Innenlage des Leitungstransformators 1'. Dabei ist es zu erkennen, dass die in der schematischen Darstellung derFig. 2 gewählten Verbindungsstellen 22' und 27' sich in einfacher Weise auf dem zweiten Leiterplattenelement 39 durch eine Zusammenführung der entsprechenden Leiterbahnen realisieren lassen. Dementsprechend ist eingangsseitig auch eine Verbindung zwischen der zweiten Verbindungsstelle 17' und der dreizehnten Verbindungsstelle 30' durch ein Zusammenführen der Ausläufer des zweiten Mittelleiters 9 und des dritten Mittelleiters 33 realisiert. In entsprechender Weise ist die zehnte Verbindungsstelle 10' sowie die siebzehnte Verbindungsstelle 36 auf dem ersten Leiterplattenelement 38 bzw. die fünfte Verbindungsstelle 20' und die vierzehnte Verbindungsstelle 34 auf der Eingangsseite des ersten Leiterplattenelements 38 ausgebildet. - Sowohl in dem zweiten Leiterplattenelement 39 als auch dem ersten Leiterplattenelement 38 ist eine erste Ausnehmung 42, eine zweite Ausnehmung 43 und eine dritte Ausnehmung 44 vorgesehen. Die Ausnehmungen 42 - 44 sind so angeordnet, dass sie bei Übereinanderlegen des ersten Leiterplattenelements 38 und des zweiten Leiterplattenelements 39 übereinstimmend positioniert sind. Durch die Ausnehmungen 42 - 44 werden der zwischen den Nuten 45, 46 des Ferritkörperoberteils 12a ausgebildete Steg bzw. die auf den Außenseiten ausgebildeten Stege hindurchgeführt und, wie es bereits vorstehend bei den Ausführungen zu
Fig. 1 und2 erläutert wurde, auf der gegenüberliegenden Seite durch eine Ferritplatte 12b miteinander verbunden. - Wie es in der
Fig. 4 bei der Darstellung des ersten Leiterplattenelements 38 und des zweiten Leitungselements 39 zu erkennen ist, ist die Breite der mittleren Ausnehmung 43 gegenüber der Breite der ersten Ausnehmung 42 und der zweiten Ausnehmung 44 vergrößert. Dadurch wird der Anordnung des zwischen den Nuten 45, 46 des Ferritkörperoberteils 12a ausgebildeten breiteren Stegs zwischen dem ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt 2 und dem zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitt 3 Rechnung getragen. Hier erfolgt sowohl eine Dämpfung der Mantelwelle des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2 als auch der Mantelwelle des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts 3 und die beidseitige Eindringtiefe wird berücksichtigt. - Sofern die Ausdehnung des Ferritkörpers 12 und damit der Ausnehmungen 42 - 44 in Übertragungsrichtung groß genug ist, können die Geometrien des ersten bis dritten Hochfrequenzleitungsabschnitts 2, 3 und 29 an Standardferrite angepasst werden. Dies erlaubt beispielsweise den kostengünstigen Einsatz von Standardferriten, wie sie bei der Herstellung von Schaltnetzteilen Verwendung finden. Sofern die durch den Ferritkörper 12 durchgeführte Länge der beteiligten Hochfrequenzleitungsabschnitte 2 und 3 groß genug ist, kann außerhalb des Ferritkörpers 12 die Geometrie der Hochfrequenzleitungsabschnitte 2, 3 und 29 so gewählt werden, dass sich eine identische Laufzeit zwischen der eingangsseitigen ersten und der ausgangsseitigen zweiten Anschlussstelle 10 bzw. 11 ergibt.
- Bei dem in der
Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein drittes, in derFig. 4 nicht separat dargestelltes Leiterplattenelement vorgesehen, welches in seiner Geometrie dem ersten Leiterplattenelement 38, wie es in derFig. 4 dargestellt ist, entspricht. Anstelle der Verwendung des dritten Leiterplattenelements kann auch das zweite Leiterplattenelement 39 auf der Rückseite mit den entsprechenden Leiterbahnen für die Leitungselemente 5, 8 und 32 versehen sein. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind Kombinationen der einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele denkbar. Darüberhinaus kann durch das Vorsehen weiterer Hochfrequenzleitungsabschnitte bzw. von Symmetriegliedern der Anwendungsbereich der dargestellten Leitungstransformatoren 1, 1' erweitert werden.
Claims (11)
- Leitungstransformator zur Impedanzanpassung bei Hochfrequenzanwendungen umfassend zumindest einen ersten Hochfrequenzleitungsabschnitt (2) und einen zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitt (3), wobei zumindest einer der Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) von einem Ferritkörper (12) teilweise umgeben ist, wobei die Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) als gedruckte Leitungen zwischen einer ersten Anschlussstelle (10) und einer zweiten Anschlussstelle (11) ausgeführt sind, die eine im wesentlichen identische Impedanz aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) als Triplate-Leitungen ausgebildet sind, die als Außenleiter des ersten Hochfrequenzleitungsabschnitts (2) fungierenden Leitungselemente (4, 5) unmittelbar im Anschluss an beiden Seiten des Ferritkörpers (12) miteinander verbunden sind und dass die als Außenleiter des zweiten Hochfrequenzleitungsabschnitts (3) fungierenden Leitungselemente (7, 8) unmittelbar im Anschluss an beiden Seiten des Ferritkörper (12) miteinander verbunden sind. - Leitungstransformator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest zwei Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) über eine Mindestlänge parallel zueinander angeordnet sind. - Leitungstransformator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zumindest zwei Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) zwischen der ersten Anschlussstelle (10) und der zweiten Anschlussstelle (11) eine identische Länge aufweisen. - Leitungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Ferritkörper (12) zumindest eine ebene Fläche (13) als Anlagefläche für einen Kühlkörper ausgebildet ist. - Leitungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass für mehrere Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3) Durchführungen (45, 46) in einem gemeinsamen Ferritkörper (12) ausgebildet sind. - Leitungstransformator nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch jede Durchführung (45, 46) des Ferritkörpers (12) genau ein Hochfrequenzleitungsabschnitt (2, 3) verläuft. - Leitungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) auf einer Leiterplatte ausgebildet sind und die Leiterplatte Aussparungen (42, 43, 44) aufweist, die von dem Ferritkörper (12) durchdrungen sind. - Leitungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf der Seite der ersten Anschlussstelle (10) und/oder auf der Seite der zweiten Anschlussstelle (11) des Leitungstransformators (1, 1') ein Symmetrieglied integriert ist. - Leitungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hochfrequenzleitungsabschnitte (2, 3, 29) auf der Seite der ersten Anschlussstelle (10) und auf der Seite der zweiten Anschlussstelle (11) jeweils parallel und/oder seriell verschaltet sind, wobei die Verschaltungen sich voneinander unterscheiden. - Leitungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein dritter Hochfrequenzleitungsabschnitt (29) als Streifenleitung ausgebildet ist, die ein sowohl auf der Seite einer ersten Anschlussstelle (10) als auch an einer zweiten Anschlussstelle (11) mit einem Massepotential (15) ausgebildetes Leitungselement (31, 32) aufweist. - Leitungstransformator nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass diejenigen Hochfrequenzleitungsabschnitte (29), die ein an der ersten Anschlussstelle (10) und an der zweiten Anschlussstelle (11) mit dem Massepotential (15) verbundenes Leitungselement (31, 32) aufweisen, außerhalb des Ferritkörpers (12) angeordnet sind.
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