Anordnung zur Herstellung eines Übergangs zwischen einer Mikrostripleitung und einer koplanaren Zweibandleitung

Abstract

 Es wird eine Anordnung zur Herstellung eines breitbandigen Übergangs zwischen einer Mikrostripleitung (ML) und einer koplanaren Zweibandleitung (ZL) beschrieben. Die Mikrostripleitung (ML) und die Zweibandleitung (ZL) sind quer zueinander geführt. Die Masseelektrode der Mikrostripleitung und die Masseelektrode (5) der Zweibandleitung liegen unmittelbar aufeinander. Zwei streifenförmige andere Elektroden (2, 3) der Mikrostripleitung (ML) und die dazu quer verlaufende und zur breiteren Masse-elektrode der Zweitbandleitung koplanare schmalere streifenförmige Elektrode (6) der asymmetrishen Zweibandleitung sind durch ein oder mehrere Bondbänachen oder-drätchen (21, 31) aus Metall breitbandig miteinander verbunden. Die Anordnung ist vorteilhaft als schneller integriert optischer Modulator mit Grenzfrequenzen im GHz-Bereich verwendbar, wobei sich zweckmäßigerweise der Abstand zwischen den koplanaren Elektroden (5, 6) in deren Längsrichtung konisch verengt. Außerdem ist die Anordnung vorteilhaft zum Verbinden einer Zweibandleitung mit dem steifen Innenleiter eines Koaxialkabels verwendbar.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Anordnung zur Herstellung eines Übergangs zwischen einer Mikrostripleitung und einer koplanaren Zweibandleitung.

[0002] In Mikrowellenschaltungen und in Schaltungen der integrierten Optik, beispielsweise zur Ansteuerung schneller elektrooptischer Wellenleitermodulatoren werden neben Mikrostripleitungen auch häufig koplanare Zweibandleitungen verwendet. Beide Leitungstypen müssen häufig durch breitbandige Übergänge miteinander oder mit koaxialen Leitungen verbunden werden. Aus der Literatur sind beispielsweise breitbandige Übergänge zwischen steifen koaxialen Leitungen und koplanaren Zweibandleitungen bekannt. Ein Übergang von einem steifen Koaxialkabel auf beispielsweise eine Zweibandleitung in Dünnschichtschaltungen ist jedoch aufgrund der erforderlichen Verbindung des steifen Innenleiters des Koaxialkabels mit der dünnen Elektrode der Zweibandleitung technologisch schwierig.

[0003] Übergänge von koaxialen Steckern auf Mikrostripleitungen auf Al₂0₃-Trägern sind kommerziell erhältlich.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Anordnung zur Herstellung eines breitbandigen Übergangs zwischen einer Mikrostripleitung und einer koplanaren Zweibandleitung anzugeben. Ed 1 Sti/16.5.1984 Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Mikrostripleitung und die koplanare Zweibandleitung quer zueinander geführt und so angeordnet sind, daß die Masseelektrode der Mikrostripleitung und die Masseelektrode der Zweibandleitung unmittelbar aufeinanderliegen, und daß eine streifenförmige andere Elektrode der Mikrostripleitung und die dazu quer verlaufende und zur breiteren Masseelektrode der Zweibandleitung koplanare schmalere streifenförmige Elektrode der dadurch asymmetrischen Zweibandleitung durch ein oder mehrere Bändchen oder Drähtchen aus elektrisch leitendem Material miteinander verbunden sind.

[0005] Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist gemäß Anspruch 1 so ausgestaltet, daß die beiden Enden der schmaleren Elektrode der asymmetrischen Zweibandleitung mit jeweils einer quer dazu verlaufenden streifenförmigen Elektrode der Nikrostripleitung durch jeweils ein oder mehrere nebeneinander angeordnete Bändchen oder Drähtchen aus elektrisch leitendem Material verbunden sind.

[0006] Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist nach Anspruch 3 so ausgestaltet, daß die eine oder mehreren streifenförmigen Elektroden der Mikrostripleitung und deren Masseelektrode auf einander gegenüberliegenden Seiten eines dünnen Substrats aus elektrisch isolierendem Material, und die beiden koplanaren Elektroden der Zweibandleitung auf einer Seite eines Substrats aus dielektrischem Material angeordnet sind. Dabei besteht vorzugsweise gemäß Anspruch 4 das Substrat der Mikrostripleitung aus Keramikmaterial und das Substrat der Zweibandleitung aus elektrooptischem Material.

[0007] Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die als schneller integriert optischer Modulator verwendet werden kann, ist gemäß Anspruch 5 so ausgebildet, daß sich der Abstand zwischen den koplanaren Elektroden der Zweibandleitung in deren Längsrichtung verengt, wobei das Verhältnis zwischen der Breite der schmaleren Elektrode der Zweibandleitung und dem Abstand zwischen den beiden koplanaren Elektroden längs dieser Elektroden konstant gehalten ist. Bei dieser Ausführungsform ist zugleich ein für den breitbandigen Übergang günstiger größerer Abstand und ein für eine hohe Grenzfrequenz des Modulators im GHz-Bereich günstiger wesentlich kleinerer Abstand zwischen den koplanaren Elektroden der Zweibandleitung realisierbar.

[0008] Die erfindungsgemäße Anordnung wird vorteilhafterweise gemäß Anspruch 6 zur Herstellung eines breitbandigen Übergangs zwischen einer koaxialen Leitung und einer Zweibandleitung verwendet, wobei ein Übergang zwischen der koaxialen Leitung und der Mikrostripleitung hergestellt wird. Dieser Übergang von der koaxialen Leitung, beispielsweise einem Koaxialkabel, auf die Mikrostripleitung kann mit kommerziell erhältlichen Bauteilen erfolgen.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 in perspektivischer Darstellung eine asymmetrische koplanare Zweibandleitung, deren Anfang und Ende jeweils durch einen breitbandigen Übergang mit einer Mikrostripleitung verbunden sind;

Figur 2 in einem Diagramm den bei einer speziell bemessenen Anordnung nach Figur 1 gemessenen Frequenzgang des Reflexionsfaktors S₁₁ bzw. des Einfügeverlusts S₂₁.

[0010] Bei der Anordnung nach Figur 1 besteht die Zweibandleitung ZL aus der breiten streifenförmigen Masseelektrode 5 und der dazu koplanaren schmäleren streifenförmigen Elektrode 6 auf der Oberseite.des Substrats 7. Die Unterseite des Substrats 7 kann zusätzlich metallisiert und mit Masse verbunden sein. Der Wellenwiderstand Z₀ der Zweibandleitung wird durch die Parameter c/b, b/D und die Dielektrizitätskonstante ε_τ des Materials bestimmt, aus dem das Substrat 7 besteht. Dabei bedeuten b den Abstand zwischen den parallel verlaufenden streifenförmigen Elektroden 5 und 6 der Zweibandleitung ZL, c die Breite der schmaleren Elektrode 6 der Zweibandleitung ZL und D die Dicke des Substrats 7. Für ein Substrat aus LiNn0₃ und Z₀ = 50 Ohm ist beispielsweise das Verhältnis c/b näherungsweise 0,6, wenn D ungleich größer als b ist.

[0011] Die Mikrostripleitung-ML ist beispielsweise auf dem Substrat 1 aus A1₂0₃ mit einer Dicke t von etwa 0,6 mm aufgebracht. Die Masseelektrode 4 ist durch ganzflächige Metallisierung der Unterseite des Keramiksubstrats 1 gebildet und auf der Oberseite sind die streifenförmigen Elektroden 2 und 3 in Form von Metallstreifen der Breite w aufgebracht, die senkrecht zur schmäleren streifenförmigen Elektrode 6 der Zweibandleitung ZL verlaufen. Im vorliegenden Fall des 0,6 mm dicken Substrats 1 aus Al₂O₃ beträgt die Breite w der Elektroden 2 und 3 für eine 50 Ohm_-Leitung etwa -1,2 mm. Der breitbandige Übergang von der Mikrostripleitung ML auf die Zweibandleitung ZL wird wie folgt erzielt: Die Unterseite der Mikrostripleitung ML, auf der sich die Masseelektrode 4 befindet, wird beispielsweise durch Einfügen eines Federblechs in guten elektrischen Kontakt mit der Masse- elektrode 5 der Zweibandleitung ZL auf der Oberfläche des Substrats 7 gebracht. Die "heißen" streifenförmigen Elektroden 2 und 3 der Mikrostripleitung ML werden mit der zur Masseelektrode 5 koplanaren "heißen" Elektrode 6 der Zweibandleitung ZL über leitende Bändchen oder Drähtchen 21 bzw. 31 beispielsweise durch Bonden verbunden.

[0012] Die Optimierung des breitbandigen Übergangs erfolgt durch die richtige Wahl der Dimensionen a, b, c und d, von denen a den Abstand des Endes der Mikrostripleitung ML auf der breiteren Masseelektrode 5 der Zweibandleitung ZL von dem der koplanaren schmäleren Elektrode 6 gegenüberliegenden Rand der breiteren Masseelektrode 5, und d die Breite oder der Durchmesser der Bändchen oder Drähtchen 21, 31 bedeuten.

[0013] Für das ausgewählte Beispiel der 50 Ohm-Mikrostripleitung ML auf 0,6 mm dickem Substrat 1 aus A1₂0₃ und der asymmetrischen koplanaren Zweibandleitung ZL auf 1,5 mm dickem Substrat aus LiNb0₃ haben sich beispielsweise folgende Dimensionen bewährt: a = 0 bis 0,5 mm, b ungefähr 0,25 mm und c./b ungefähr 0,6.

[0014] Von den beiden Kurven A und B in Figur 2 zeigt Kurve A den gemessenen Frequenzgang des Reflexionsfaktors S₁₁, der an der als Eingang fungierenden streifenförmigen Elektrode 2 der Mikrostripleitung ML und Kurve B den gemessenen Frequenzgang des Einfügeverlusts S₂₁ für eine derartig bemessene Anordnung, bei der die Länge L der "heißen" Elektrode 6 der Zweibandleitung ZL 13 mm und deren Breite c = 120 µm bei c/b = 0,6 betrug, und bei der die streifenförmige Elektrode 3 der Mikrostripleitung ML mit 50 Ohm abgeschlossen war. Die Breite d der Bondbändchen 21 und 31 betrug jeweils 100 µm. Der Frequenzgang dürfte bei Verwendung breiterer Bändchen oder Drähtchen 21 und 31, beispielsweise mit einer Breite oder eines Durchmessers d von 200 bis 1000 um noch wesentlich besser sein.

[0015] Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist typisch für schnelle integriert optische Modulatoren. Der Abstand b zwischen den koplanaren Elektroden 5 und 6 der Zweibandleitung ZL soll in diesem Fall jedoch nur 5 bis 20 um betragen. Der Übergang von dem beim Ausführungsbeispiel verwendeten Abstand b von 250 µm auf Abstände von 5 bis 20 um kann dann einfach durch beispielsweise taperförmige Verengung des Abstands zwischen den koplanaren Elektroden 5 und 6 in Längsrichtung dieser Elektroden erfolgen, wobei das Verhältnis c/b längs der Elektroden 5 und 6 konstant gehalten wird. Nach diesem Prinzip wurden bereits Modulatoren mit über 4 GHz Grenzfrequenz bei einer Länge L der heißen Elektrode 6 der Zweibandleitung ZL von 13 mm erprobt.

Ansprüche

1. Anordnung zur Herstellung eines breitbandigen Übergangs zwischen einer Mikrostripleitung und einer koplanaren Zweibandleitung,
dadurch gekennzeichnet . daß
die Mikrostripleitung (ML) und die koplanare Zweibandleitung (ZL) quer zueinander geführt und so angeordnet sind, daß die Masseelektrode (4) der Mikrostripleitung (ML) und die Masseelektrode (5) der Zweibandleitung (ZL) unmittelbar aufeinander liegen, und daß eine streifenförmige andere Elektrode (2; 3) der Mikrostriopleitung (ML) und die dazu quer verlaufende und zur breiteren Masseelektrode (5) der Zweibandleitung (ZL) koplanare schmalere streifenförmige Elektroden (6) der dadurch asymmetrischen Zweibandleitung (ZL) durch ein oder mehrere Bändchen oder Drähtchen (21; 31) aus elektrisch leitendem Material miteinander verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Enden (61, 62) der schmaleren streifenförmigen Elektrode (6) der asymmetrischen Zweibandleitung (ZL) mit jeweils einer quer dazu verlaufenden streifenförmigen Elektrode (2, 3) der Mikrostripleitung (ML) durch jeweils ein oder mehrere Bändchen oder Drähtchen (21, 31) aus elektrisch leitendem Material verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die eine oder mehreren streifenförmigen Elektroden (2, 3) der Mikrostripleitung (ML) und deren Masseelektrode (4) auf einander gegenüberliegenden Seiten eines dünnen Substrats (1) aus elektrisch isolierendem Material und die beiden koplanaren Elektroden (5, 6) der Zweibandleitung (ZL) auf einer Seite eines Substrats (7) aus dielektrischem Material angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (7) der Zweibandleitung (ZL) aus elektrooptischem Material besteht.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Abstand zwischen den koplanaren Elektroden (5, 6) der Zweibandleitung (ZL) in deren Längsrichtung verengt, wobei das Verhältnis zwischen der Breite (c) der schmaleren Elektrode (6) der Zweibandleitung und dem Abstand (b) zwischen den beiden koplanaren Elektroden (5, 6) längs dieser Elektroden konstant gehalten ist.

6. Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines breitbandigen Übergangs zwischen einer koaxialen Leitung und einer Zweibandleitung, wobei ein Übergang zwischen der koaxialen Leitung und der Mikrostripleitung hergestellt wird.

Zeichnung